BIM建筑网摘要：复杂造型及功能多样的屋面工程是整个建筑施工重要的一部分，其工程质量的好坏对后期使用阶段将产生重要影响，因此屋面工程一直是检查的重点之一，而在创优项目中对屋面施工质量及管线排布提出了更高的要求，二维的传统施工技术已经难以达到其施工要求。巨石科技中心项目将BIM技术应用于屋面深化设计，该技术的应用不仅提高了整个屋面的美观度更是在屋面施工精细化管理，节省材料等方面发挥了作用，达到指导创优的目标。
关键字：BIM技术、屋面深化、创优管理、设备基础、综合管线
一 工程概况
本项目为巨石科技中心项目，建成将作为巨石集团的总部办公大楼，位于桐乡市凤凰湖北岸凤桥路与凤凰湖大道交叉口，项目用地面积23292.5㎡，总建筑面积61617.27㎡。主要由东、西塔楼，A、B裙房及地下车库组成，建筑高度119.9m。塔楼为钢框架+核心筒结构，其余为框架结构，其中东、西塔楼在47.3m到62.6m范围设置架空走廊，走廊跨度约20m，采用钢构加桁架楼承板的结构样式。本工程屋面为上人屋面，面积约为3121㎡。
二 屋面技术难点
巨石科技中心项目屋面工程量大，工期紧，施工难度大。一方面涉及土建、幕墙、给排水、消防、通风空调、强弱电等多家单位，作业空间内多专业并行，穿插施工难度大；另一方面屋面空间小，专业设备多，设计图纸中设备位置及附属电箱均分散放置，不利于后期统一管理；而且本项目工程质量管理目标是争创“鲁班奖”，要求屋面整体布局合理，地砖平整、排布整齐、砖缝均匀、线条顺直，排水坡度明显、整体协调一致，屋面排气孔、落水口、排气管道及设备基础等成排成线、集中布置。
三 BIM深化应用
3.1屋面分析
对与屋面相关的建筑、结构、设备、幕墙以及相应的设计变更图纸等进行统一分析梳理，对图纸信息不明确的地方进行标记同时对建模时需用到的信息整理成表格形式（见图1），例如屋面设备方面需根据设计参数要求，与厂家确定具体屋面设备的实际规格尺寸及相应的设备基础最小尺寸要求，并由厂家提供实际参数规格表；管线方面整理屋面管线种类、尺寸、材质、连接方式等信息，方便建模时查找；
图1信息梳理屋面
3.2模型建立
根据施工图纸、相关的设计变更单以及梳理的表格，在软件中建立出屋面风井、新风机房、水管、风管、桥架、幕墙、采光中庭等三维模型（见图2），在建模的过程中进一步发现图纸问题（见图3）并结合之前的图纸问题一起与设计单位进行沟通解决。相对于传统的CAD平面图纸审图，在建立三维模型的过程中更能直观的发现不合理之处，并结合不同部位深化要求制定符合工程特点的实施标准，提高模型的精度和标准。
图2屋面工程三维模型
图3图纸问题
3.3屋面排版
在各专业模型完成的基础上，对屋面的设备基础、分格缝、天沟布置等进行初步定位，做到屋面分块均匀合理，坡度准确，排水系统流畅，整体协调，美观大方。
在CAD图纸中先对楼板进行分格缝深化设计，初步确定位置。分格缝在屋面找平层留设，分格缝宜均匀布置、左右对称，满足分格面积规范要求，分格缝宽度10mm。天沟位于与排水坡度垂直方向，沿女儿墙内侧通长布置，天沟宽度根据广场砖排布调整确定。（见图4）
图4屋面分格缝、天沟
3.4屋面砖排布
宴会厅屋面面积大，屋面设备多，为了控制施工质量减少施工损耗，采用CAD二维排砖和BIM三维排砖结合。在初步确定好的分格缝基础上根据砖的规格，砖缝宽度，排布方式等进行排砖，选择起铺点位置进行多次优化，完成后运用BIM软件进行屋面广场砖建模，用于指导屋面施工。（见图五）本工程广场砖采用100x100mm米黄面砖，砖缝宽度为10mm，屋面铺设地砖板块的平整度、坡度、排气孔符合要求，纵横缝顺直均匀，嵌缝合格无杂质。
图5屋面广场砖排布模型
3.5基础优化
依据之前初步确定的设备基础，结合屋面排水方向以及广场砖方案对设备基础进行形式调整。例如宴会厅屋面风冷热泵机组根据设备厂家提供的信息设备基础为落地式条形基础，该设备基础如按设计图纸位置施工会造成基础边距幕墙边和强电间墙体均过近，不利于后期使用和检修，因此需要对该设备机组位置进行优化。首先我们考虑把原本横向摆放的机组换成竖向摆放，但竖向摆放的设备与屋面排水方向垂直，且设备基础长度将近13米，会对屋面排水系统造成影响，因此改变机组方向的方案无法满足，只能考虑改变基础形式，把原本落地的条形基础改为架空型柱梁基础（见图6）。
图6基础优化过程
3.6管线优化
在基础排布模型上加入设备厂家提供的设备模型，根据设备接口位置优化分支管线，再综合考虑管道井、风井、采光井、强电间、屋面机房等，深化屋面管线路由，合理规划管道间距、标高，同专业管线尽量成排布置，减少管道交叉翻弯，各专业管线必须连接到位，满足设备的实用功能，深化时考虑检修通道，方便管道安装和检修。
3.7支架定位
结合屋面管线排布模型，根据管线路由布置屋面管线支架，对成排的管线充分采用综合支架，根据管线的数量、管径调节支架长度，根据相关规范以及广场砖的排布调节设置支架的间距，并考虑在支架落地处提前浇筑混凝土支墩，便于后期支架安装（见图7）。
图7屋面综合管线综合及支架布置模型
3.8方案交底
深化完成后，导出屋面漫游效果模型，以漫游形式结合模型向建设单位、总包单位、分包单位进行交底，有效提高了交底内容的直观性和精确度，分包单位也能很快理解施工方案，在模型中，我们展示屋面细部节点的做法，结合我们优化的思路，将这些节点更好的展示出来，使交底内容更加直观，也让施工单位对这些位置的施工工艺更加了解。
3.9方案出图
利用交底后的模型，根据不同的施工阶段导出二维CAD平面图纸，基础平面图纸用于基础的定位，管线排布图纸用于管道的安装、支架的设置等等，对细部屋面做法出具详图，配合模型导出的三维模型图（见图8），可以更好的用于指导现场施工。
图8BIM深化出图
四 BIM深化应用亮点
4.1屋面设备综合排布优化
排布前，将屋面设备摆放集中，根据厂家实际提供的设备尺寸进行初步定位，此时发现局部空调室外机设备根据原设计图纸位置摆放时将出现空间狭小情况，距离幕墙近的位置会影响设备的使用功能，其设备摆放位置与管道井的相对位置不利于管线安装，原风冷热泵设备摆放位置与屋面强电间有冲突，会影响屋面上人和检修通道。
排布后，按实际尺寸优化空调室外机的摆放和基础的间距，实际所需空间比设计所需空间要大，原设备摆放由于屋面采光井的位置，设备摆放空间不足，经过与建设单位、设计沟通，取消一个屋面采光井，用于设备的摆放，优化后的位置更利于设备的接管和检修，将原东西向摆放的风冷热泵设备优化成南北方向设置，避免了与强电间的冲突，将原本摆放紧凑，不利于安装的设备调整到空闲位置，既有利于管道安装，也使得屋面布局更加合理（见图9）。
图9屋面设备深化前后对比
4.2屋面检修通道优化
在屋面深化中，需考虑合理的上人通道和设备的检修空间，不利于通行和检修的位置需设置钢爬梯，在屋面综合管线路由深化上以便于使用及检修为原则，深化完成后相对比之前的方案，通道更加合理，且需设置钢爬梯的位置有原先5处减少到3处（见图10）。
图10屋面通道深化前后对比
五 效益分析
5.1工期缩短
本项目在屋面施工前由BIM技术人员提前深化完成了屋面排布方案，屋面所有相关方案经过各单位审核确认后，总包单位依据我们的方案制定屋面工程进度计划，对各工序进行了合理的安排，避免了因多家单位同时施工造成工作面相互冲突的情况的发生。各单位根据BIM人员交付的施工图施工后期未发生任何返工情形，使各单位在紧张的工期要求下都提前完成了各自的工作任务。
5.2材料节约
屋面深化设计中，注重对屋面砖的排布，减少屋面砖切砖，避免材料浪费。在选定最优排布方案后通过模型对所需各项材料工程量进行计算，辅助材料采购计划的编制（见图11），为材料的精细化管理提供数据支撑，做到事前有计划。完工后，借材料台账对材料损耗率进行分析，做到事后有复盘，实现闭环管理。本工程广场砖消耗量系数为758.3㎡/990㎡=0.7659，远低于浙江省18定额中的广场砖消耗量系数0.8745。此单项上为项目部创造近10%的利润。
图11项目材料统计表
六 流程总结
针对此次屋面空间小、设备多等问题，BIM人员提前和项目部沟通确定了屋面优化原则，宴会厅屋面设备集中摆放，管线成排成线，屋面主通道行走流畅，使屋面工程整体布局合理美观，为工程创优提供了帮助。同时使项目部在屋面施工中提升了管理水平，为后续类似工程屋面创优专项工作提供了借鉴之处。
巨石科技中心项目完成后BIM人员根据项目情况编制了一套详细的屋面深化BIM应用步骤，使屋面深化实施过程规范化、流程化，形成可复制、可推广的应用流程（见图12）。
图12屋面深化流程图
七 结语
BIM技术在施工创优管理上的深度应用，能够有效提高各专业间的施工效率，强化各专业间的深化设计协调性，通过施工过程的质量控制、优化施工方案进一步提高施工品质。
本工程依托BIM技术深度应用给项目创优管理提供了扎实的理论指导，除屋面创优深化工作外BIM团队在项目前期场地布置策划、主体施工方案优化、地下室综合管线、室外管网等相关应用工作上提供了多项落地成果，在提升项目科学化、精细化管理水平提供了极大帮助。
本文从BIM技术在屋面创优管理中的应用工作进行系统性总结，供企业内部同类工程的创优工作参考与借鉴。
参考文献
[1]孔祥利,李川,李晓雷,等.BIM技术在屋面施工当中的应用[J].中国房地产业,2017(20):1.
[2]杨春,龙洪,吴峰,等.BIM技术在屋面工程深化设计中的应用[J].中国建筑金属结构,2021(8):2.
[3]吴凤英,蔡开发,古杰.BIM技术在屋面排砖深化设计中的应用——以某三级综合性医院上人屋面为例[J].福建建筑,2021(2):4.
[4]周勇,骆发江,李鹏,王震,任宏伟,吴豪.基于BIM技术的屋面深化设计应用[J].施工技术,2016(S1):3.
版权声明
图文丨BIM土建/安装应用部/陈镔、邵贤卿
编辑丨云匠数字研究院/戴淑钦
