高校科研楼BIM技术应用实例分析

李苹

（汕头市政府投资项目代建管理中心）

1 项目概况

广东以色列理工学院北校区科研楼，承载着学院重要的科研功能，包括35间专业实验室和32间功能待定实验室，实验室面积约8000m2，35间专业实验室，均需按照科研团队的要求进行设计与配置，每个实验室都是独一无二的。

由于科研楼实验室和公共走廊管线十分复杂，含专项设计共计达7个系统，局部走廊管线数量最多达29条（含三条截面较大的通风系统管道），为在已有建筑结构和管线基础上解决管线合理排布、保证净高等问题，在设计阶段就引入了建筑信息模型（BIM）技术[1]，并在施工阶段根据实际情况进行调整，保证了项目的正常实施。

2 BIM技术的实施情况

BIM作为一种应用于工程设计、建造与管理的数据化工具，实现建筑信息化的交互，如果数据齐全、工作深入，不仅能够在设计、施工阶段提供很大的帮助，更能在建筑后续维护工作中发挥作用，提高运维的工作效率[2]。

2.1 工作流程

在设计阶段，BIM团队就介入工作，首先根据项目特点制定了服务方案，确定了工作流程，如图1。

图1 BIM工作流程图

多专业BIM模型搭建完成后，BIM团队首先针对空间狭窄、管线密集的区域，进行了管线预排，模拟其可实施性，并针对性提出了优化方案，协助设计单位完成了数次设计修改。

2.2 出屋面风管位置的调整

已完成的建筑物设置了多个管道井，根据实验室要求，有多条通风管（立管）需要布设在管道井内，从屋面梁板结构伸出屋面。原设计的风管截面尺寸均较大，若按此排布，则多处与天面横梁碰撞，无法穿过，如图2、图3所示。

图2 1-6交1-7轴的风管示意图

图3 2-2交2-3轴的风管示意图

针对此问题，在驻场专业设计人员的配合下，在三维可视化的环境下，对八层风管的布置方案进行局部修改，相应调整水平管的截面尺寸和管道井中数根立管的位置，这是管线的第一次深化。之后，进行全盘管线的施工深化，即管线二次深化。所有管线均在满足设计和规范要求、考虑施工便利性、结合后期运维需求的前提下，在BIM模型中完成了排布和翻转。管线深化BIM模型完成后，BIM团队从模型中导出各种深化图，标明了每根管线的平面定位和管底标高，用于各专业参照进行施工。深化图包括各系统平面施工指导图、各实验室管线综合图、走廊管线综合图、各实验室穿墙管线开孔图等。

2.3 水平管线的布设调整

科研楼含专项设计共计达7个系统，除常规的消防、强电、弱电、排水系统，还有纯水及冷冻水供应系统，空调、排风通风系统及变风量控制系统，气体（氮气、氧气、燃气等）供应系统，局部走廊管线数量最多达29条。在607实验室及其附近走廊是整栋科研楼管线最密集的部位，如图4，在面积约200m2、吊顶要求2.7m的实验室里存在19条管线。原设计图上，有新风风管（630×400）和恒温恒湿风管（800×400）沿着六楼走廊敷设，接入607实验室。该处走廊已有管线最低标高只有3.2m，新建吊顶设计为3.1m，仅考虑上述两条管道截面尺寸已是无法实现的。

图4 走廊原状

为了满足设计对吊顶净高的要求，BIM团队把607室内和附近走廊的管线排布进行整体考虑，来获取最优解决方案。通过BIM模型多次分析与模拟，从管线繁杂的607室中挤出了宝贵的空间，把上述新风风管和恒温恒湿风管改为从607室内排布，立管作相应调整。此深化方案既保证了607室内2.7m的吊顶高度，也实现了走廊3.1m的设计吊顶净高要求，如图5。

图5 深化图纸

3 应用效果和问题分析

科研楼通过BIM技术前置，解决了大部分的设计缺陷，减少了施工过程的迁改和返工。管线的施工深化工作在三维可视化的环境下，让各参与方皆可直观高效地参与进来，使深化成果更具合理性与可操作性。在BIM团队的配合下，各施工班组按照深化图进行施工，基本消除以前复杂安装工程中经常出现的各系统“打架”、先行施工的工种“抢地盘”、不按深化方案施工、存在大量拆改返工等现象，大大减少了建设方监管、统筹与协调的工作难度。

存在问题：

⑴维修的困难仍然存在。虽然通过BIM优化，解决了管道布设问题，但是，由于在走廊位置的管道仍然有三至四层，而且管道之间的间距较小，日常巡查的视线、视角受到阻碍，无法观察清楚；同时，如果有管线或者接口出现问题，维修困难较大，可能需要把下层或同层的管道先移除，才能对目标管道进行维修。

⑵管道位置的调整可能产生新的问题。由于现有走廊宽度受到限制，部分应布设在走廊的管道调整到实验室内布设，虽然解决了标高、管道距离、管道上下层关系等问题，但可能产生新的问题。即有些管道是不合适在实验室内行走的，因为管道本身的特性所决定，或者实验室属于相对封闭的环境而不允许其他管道的进入，或者造成维护不便。

如果在建筑方案阶段，就让BIM介入，可以有效地解决上述两个问题。

4 运营维护的相关情况

理想状态，是通过整个BIM数字模型，在线监控整体实验室的运行状态，其中，所有运行产品的信息都可以监控，包括风机、风阀、风量信息、风压信息、各种传感器的信息，这些都可以通过网络实现在线观察控制开关，通过建设中植入的数据采集器即时发现安全隐患并报警[3]。目前，学校的科研楼交付使用已经超过20个月，电镜实验室已投入使用，成立了健康与医学科学与工程研究中心、机器人研究中心等科研机构，运行效果良好。

在运营中还是发现了不少问题，根据科研团队的需求，校方对实验室进行全面维养、逐一地处理或改造，包括全部实验室进行空调通风系统的第三方检测、电房新增低频磁屏蔽系统、新增气路系统等，此时，已有的BIM模型数据就可以发挥很好的作用。所以，BIM的使用，从设计、施工一直到运营阶段，对于高校实验室，是非常必要和有效的。

5 小结

理工类科研实验室，对于实验室的要求是多方面的，其管道系统具有多样、交叉、独特性，采用BIM技术可以很好地解决相关问题。如果在建设策划、建筑方案阶段，BIM就参与其中，能够提前处理很多问题。运营阶段，BIM模型持续发挥作用，如果能够植入数据采集器、传感器等，整个大楼的基本信息都在掌握之中。