BIM在機電工程施工中的應用
——延長石油科研中心項目

王齊興　賈張琴　李　莉　王小淘　趙　寧

(陜西建工第一建設集團有限公司安裝公司，西安　710077)

BIM在機電工程施工中的應用
——延長石油科研中心項目

王齊興賈張琴李莉王小淘趙寧

(陜西建工第一建設集團有限公司安裝公司，西安710077)

【摘要】BIM技術，作為近年來引領建筑業發展變革的一項關鍵技術，已經被越來越多的施工企業認知、認可并應用于施工生產全過程管理中，本文通過延長石油科研中心項目機電工程施工階段全生命周期的BIM技術應用探索與實踐，對基于BIM技術實現的碰撞檢測、3D漫游、4D施工模擬、5D成本控制、二維碼及移動終端應用、材料構件工廠化預制及現場拼裝等應用點進行了全面闡釋。事實證明，BIM技術在該超高層項目所實現的一系列應用，不但有效緩解了超高層普遍面臨的垂直運輸壓力問題，還給現場的施工管理帶來了重大變革，大幅提高了施工工效，有效杜絕了返工浪費等現象，實現了關鍵材料設備零浪費；同時，也為企業族庫數據的收集、完善，BIM人才培養模式探索，企業BIM標準的起草與修訂，企業BIM團隊的發展戰略規劃等提供了珍貴的經驗參考與實踐依據，為助力企業向技術引領型轉型提供動力。

【關鍵詞】BIM；機電工程；空間管理；精準算量；成本管理

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.03.05

1引言

近年來，伴隨著BIM理念在我國建筑行業內不斷地被認知和認可，各大建筑業企業都在引進BIM技術，建立以BIM應用為載體的項目管理信息化，提升項目生產效率、提高建筑質量、縮短工期、降低建造成本。然而，如何在建設項目全生命周期中至關重要的施工階段，將BIM技術扎實有效的應用落地，一直都困擾著處于發展變革期的各大施工企業，本文以具體工程(延長石油科研中心項目)為例，對BIM技術在機電工程施工中如何與現有項目管理模式相結合，如何有效落地應用進行了探索實踐。通過該項目機電工程施工全生命周期BIM技術應用，為企業族庫數據的收集、完善，BIM人才培養模式探索，企業BIM標準的起草與修訂，企業BIM團隊的發展戰略規劃等提供了珍貴的經驗參考與實踐依據，為助力企業向技術引領型轉型提供動力。

2工程概況

2.1項目簡介

延長石油科研中心項目，該項目位于西安市高新技術產業開發區，占地面積50畝，總建筑面積21.7×104m2；地下3層，地上裙樓5層，塔樓46層，總建筑高度217.3 m，塔樓結構類型為鋼筋混凝土柱鋼框架，鋼筋混凝土核心筒混合結構。其機電安裝工程設計理念先進，功能完善，電氣、智能化、給排水、消防、中水、雨水回收、采暖、通風空調等系統齊全，是一座綠色、節能、環保的現代化超高層建筑。該工程由陜西延長石油集團有限責任公司投資建設，陜西建工集團總公司施工總承包，陜西建工第一建設集團有限公司安裝公司機電分包。

2.2工程特點和難點

2.2.1工程特點

本工程樓體具有外觀獨特，建筑高度超高，項目體量大，各工種協同要求高，機電安裝工程各專業系統繁多，管線密集，各功能用房分布散，穿插作業工序多，垂直運輸壓力突出等特點。

2.2.2工程難點

(1)本工程為西安市地標性建筑，省級重點工程，社會影響力大，質量要求高，須確保工程各類指標一次成優，達到國家優質工程“魯班獎”；

(2)本工程機電安裝工程各功能子系統繁多，管線錯綜復雜，辦公空間利用率要求高，深化設計難度大；

(3)工程體量大，各工種穿插作業面多，相互間的施工交叉協調難度大；

(4)各功能設備用房分布散，地下室、設備層及屋面等大型設備多，設備規格尺寸大，重量重，運輸及安裝難度大，超高層設備安裝對隔振降噪的要求高；

(5)樓體建筑高度超高，超長電纜數量多，敷設難度大；

(6)樓體外觀獨特，圓弧管廊各系統管線坐標位置定位難度大，預制加工困難，安裝精度要求高；

(7)超高層辦公樓施工過程中的垂直運輸壓力大，矛盾突出。

3BIM組織與應用環境

3.1BIM應用目標

通過BIM技術在施工階段全生命周期的應用，達到降本增效，確保工程質量一次成優，探索企業借力BIM技術實現轉型發展之路，提高企業核心競爭力的終極目標。

3.2實施方案

根據科研小組制定的《延長石油科研中心BIM實施標準》(圖1)，遵循標準中所有22個原則實施建模。首先確定建模管線顏色表(圖2)、并嚴格按照機電安裝建模流程、管線綜合排布總體避讓原則、并細致劃分施工各階段出圖流程。

3.3團隊組織

設立延長石油BIM科研小組，由科技中心主任擔任組長，由中心下派3名BIM模型工程師進駐工地現場，負責結合現場實際情況完成建模及應用研發工作，選派經驗豐富的工程師、技師進駐工地進行項目支持，現場專業工長負責現場數據采集、模型校驗及實施效果論證等工作。

圖1　延長石油科研中心BIM實施標準

圖2　建模管線顏色表

3.4應用措施

為順應時代潮流，配合企業向技術引領型轉型，公司于2013年4月成立科技中心，先后投入科研經費80余萬元，用于BIM應用軟硬件配置、人員培訓及課題研發，以實現所轄基層BIM應用推廣及常態化管理。延長石油BIM科研小組為中心下轄其中一個項目層級科研小組。

3.5軟硬件環境等

中心現有高配置計算機10臺，相關BIM軟件3套，BIM安裝算量軟件1套，計價軟件24套，其他各類常規辦公軟硬件一應俱全。

4BIM應用

4.1BIM建模

該項目機電工程基于BIM技術的全專業建模，將空間管理提升到BIM層面，同時出具精度達LOD 400可滿足現場實際施工需求模型及深化設計施工圖紙。

首先對該工程的重點部位、深化設計重點工作、各關鍵施工工序模擬、系統校驗計算等方面進行了全面客觀地分析、規劃和部署，然后由各專業工長將各專業圖紙進行疊圖，對各關鍵部位，管線密集區的各系統管線走向、坐標位置等進行初步規劃、預排，并繪制多套綜合排布方案剖面二維圖(圖3)，交科研小組討論備選，經由各方組成的評審組論證后，選定最優方案創建三維模型(圖4)。

4.2BIM應用情況

本工程施工階段的BIM技術應用，完全圍繞現場實際需求展開，其主要應用點如下：

4.2.1前期準備階段

(1)基于BIM技術的可視化圖紙會審：在圖紙會審期間，利用BIM技術，將各專業二維圖紙轉化成三維模型后進行模型整合，所有參建各方利用直觀的三維信息模型，對設計圖紙進行交底及前期技術會審。設計院根據會審結果，出具圖紙會審紀要，提高了溝通效率，實現了信息資源共享。

(2)場地布置：在臨設布置階段，項目利用BIM技術對施工現場進行整體規劃，對其中的臨建、臨水、臨電、綠色施工、安全文明等進行合理規劃及部署，做到各功能分區明確合理，可視化組織實施，順應當下綠色，環保的施工理念，滿足國家級文明工地觀摩要求，如圖5、6所示。

4.2.2深化設計階段

(1)創建精準模型、實現基于BIM技術的空間管理：利用專業機電軟件分專業創建電氣、給排水、消防、暖通等各專業三維信息模型，分專業建模完成后，將基于同一原點的包括建筑、結構、鋼構、機電在內的所有各專業信息模型，在Navisworks平臺上進行整合，然后按檢測流程先后順序，進行各專業各系統間的碰撞檢測，根據碰撞檢測報告，調整模型，消除碰撞，完成模型深化設計。經深化設計后的各系統管線走向合理，各功能設備用房布局美觀，滿足相關規范及現場施工要求。

圖3　綜合排布方案剖面圖　　　　　　　　　　圖4　根據剖面創建的三維模型

圖5　場地布置三維模型1　　　　　　　　　　　　　　　圖6　場地布置三維模型2

機電專業模型如圖7、8所示。

圖7　機電專業模型1

圖8　機電專業模型2

(2)系統校核(水力計算)：利用軟件系統校核功能，對深化設計后的模型進行系統校核，確保調整后的系統滿足原設計功能參數要求。

(3)支吊架設計應力計算：利用專業機電支吊架設計模塊，對各部位管線支吊架進行深化設計，為確保支吊架應力計算滿足結構要求，利用軟件支吊架應力計算功能，校核各部位管線支吊架，導出支吊架設計應力計算報告書，上報設計院審核確認后出具支吊架預制加工圖，實現支吊架工廠化預制。

(4)基于BIM技術的二維出圖：小組將深化設計后的BIM模型，按照出圖流程，分專業出具深化設計施工圖，報審后下發至各施工班組指導施工。

4.2.3模擬驗證階段

(1)3D漫游：完成深化設計階段任務后，為直觀展示建成后實際效果，科研小組利用虛擬漫游功能，帶領各方共同檢驗即將實施于現場的各樓層三維模型。

(2)關鍵工序4D施工模擬：BIM 4D施工進度模擬技術是一種先進行模擬，后進行實體建設的過程，需將該技術應用在本工程的生產計劃與施工部署方案編制及實施過程中，其給該項目帶來的價值可歸納為“做沒有意外的施工”。

該技術充分利用模型的可視化效果，為每個分包方合理安排施工計劃，單層模擬，可確定施工工序；整體模擬，可確定施工流水。從模擬施工中可監控任意時刻該項目各子項進行情況，發現并排除各種可能發生的未知因素，以確保項目進度按照預定的目標進行。

4.2.4現場實施階段

(1)基于BIM技術的精準預埋：在主體預埋階段，嚴格按照深化設計后的BIM模型，準確定位各類預留孔洞，預埋套管，出具主體預埋階段預留孔洞施工圖。

(2)基于BIM技術的工廠化預制及現場拼裝：基于BIM技術的工廠化預制，是按照(三維模型-根據樓體弧度現場放樣-出具二維圖及預制加工圖-工廠按圖實施預制-出廠粘貼模型定位碼-進場驗收粘貼產品信息碼-根據信息碼分類隨主體壓型鋼板進度提前吊運至相應樓層-現場掃描定位碼定位拼裝)這樣的流程，實現基于BIM技術的施工工法革新，以緩解超高層普遍面臨的垂直運輸壓力問題，提高工效，實現材料零浪費。

(3)二維碼應用(獨特的雙碼管理模式)：科研小組將BIM Explorer附帶的二維碼進行應用研發，并延伸二維碼應用至預制構件加工出廠檢驗，關鍵材料設備進場驗收等環節，形成獨特的雙碼管理制度。

產品信息碼作為現場管理標識碼，在關鍵材料設備進場時粘貼。在施工安裝階段，用任意手機掃描便可得知各構件使用樓層等詳細信息，便于材料隨現場主體進度，先于外框筒壓型鋼板鋪設進度，提前分類運輸至各相應樓層，緩解超高層普遍面臨的垂直運輸壓力；也為現場質量管理的可追溯性，提供數字化實現手段；

而模型定位碼是利用IPAD BIM Explorer掃描構件上的模型定位碼，可直接關聯預先導入IPAD內的信息模型，施工時利用該碼準確獲取各構件安裝位置等相關信息，精準定位各構件安裝位置，為現場大幅提高工效提供了信息化實現手段。

(4)移動終端(實現可視化交底)：科研小組將模型導入移動終端，實現現場利用移動終端查看復雜部位的機電模型詳細信息，使得項目的實體建造全過程的現場溝通、討論、決策都在可視化的狀態下進行，實現可視化交底，指導現場施工。

(5)成本管理(基于BIM模型的精準算量)：基于BIM技術的成本管理，是利用BIM軟件材料統計功能，根據實際需求實現分樓層、分區域、分系統導出材料表，實現成本管理的精細化和規范化。所提取的工程量，可導入計價軟件，通過組價完成工程造價。借此解決工程造價人員手工算量誤差大、工作效率低等問題。

5應用效果

5.1效率及效益分析

基于BIM技術實現的碰撞檢測、3D漫游、4D施工模擬、5D成本控制、二維碼及移動終端應用、材料構件工廠化預制及現場拼裝等，不但有效緩解了超高層普遍面臨的垂直運輸壓力問題，還給現場的施工管理帶來了變革，大幅提高了施工工效，有效杜絕了返工浪費等現象，實現了關鍵材料設備零浪費。經科研小組綜合分析測算，共計節約成本222.49萬元，節約工期45天；為響應國家節能、節地、節水、節材及環境保護提供了強有力的技術保障，并帶來巨大的經濟效益和社會效益。

通過該項目施工全生命周期BIM技術應用，為企業族庫數據的收集、完善，BIM人才培養模式探索，企業BIM標準的起草與修訂，企業BIM團隊的發展戰略規劃等提供了珍貴的經驗參考與實踐依據，為助力企業向技術引領型轉型提供動力。

6總結

6.1創新點

6.1.1基于BIM模型的沙盤制作

按照場地規劃BIM模型，以1：100的微縮比例制作模擬沙盤。該沙盤實體更加直觀形象地展示了所有臨設布置情況；現場太陽能路燈、辦公區除塵噴霧、雨水收集、臨水消防、文化長廊、機電安裝加工車間等均實現模型、沙盤、實景三景合一。

6.1.2基于BIM技術的工廠化預制

基于BIM技術實現的材料構件工廠化預制，結合二維碼應用，將各關鍵材料隨主體先于壓型鋼板鋪設進度，提前分類運送至相應樓層變成可能。這種有別于傳統施工工法的技術革新，不但有效緩解了超高層普遍面臨的垂直運輸壓力問題，還給現場的材料驗收管理提供了數字化的實現手段，該成果大幅提高了超高層施工工效，實現關鍵材料設備零浪費，對工程整體工期的提前也發揮了巨大作用。

6.1.3基于BIM技術的系統校驗及應力計算

利用軟件系統校核功能，對深化設計后的模型進行系統校核，確保調整后的系統滿足原設計功能參數要求；為確保支吊架應力計算滿足結構要求，利用軟件支吊架應力計算功能，校核各部位管線支吊架，導出支吊架設計應力計算報告書，上報設計院審核確認，滿足了結構專業對我方綜合支吊架應力校核要求。

6.2經驗教訓等

在我司借力BIM技術，實現企業向技術引領轉型的過程中，也走了不少彎路，從最初的廣納學習，到后來的實踐探索，再到現階段的冷靜思考，追本溯源，其中一個最深刻的經驗教訓就是：大家應清醒認識到BIM技術不是萬能的，其根本價值在于助力企業實現降本增效，從而提高企業核心競爭力。而每個應用領域，均應圍繞自身實際需求展開；BIM技術從設計到運維的每個階段，均有其不同的歷史使命和特定的應用價值體現點，比如日照分析、風場模擬、聲場模擬、疏散模擬、建筑物能耗分析模擬等等這些應用點，其價值體現應該在設計階段。如果施工企業在施工階段為了體現BIM應用的高大上，盲目選取這些應用點展開，那么想從這些不符合自身實際需求的應用點里面實現應用的效益與價值幾乎不可能，也就陷入了為了BIM而BIM的漩渦。所以，BIM技術應用如果脫離自身實際需求，脫離施工現場實際，將會變得毫無價值。

基于以上觀點，總結了在BIM應用探索、落地的過程中的一些經驗：

(1)BIM技術應用的終極目標，是降本增效，提高企業核心競爭力，故所有BIM應用點的選取應切合企業自身實際情況及施工現場實際需求展開；

(2)BIM技術在施工企業的落地，首先應設立試點項目，且一定要由現場專業技術人員牽頭實施；

(3)BIM人才的選擇及培養，應挑選具備3～5年施工經驗的專業技術人員，并讓其承擔試點項目的建模等相關工作；

(4)企業BIM中心職責與作用，不應該只是建模及深化設計，更重要的應該是履行以下職責：

①搭建穩定的企業BIM管理組織架構，制定系統的管理制度，確保所轄基層BIM應用常態化，實現企業BIM技術應用真正落地；

②建立健全企業BIM技術應用各類標準，深化設計指導手冊等綱領性文件，收集完善企業BIM族庫建設；

③企業BIM人才培養戰略研究及BIM拓展應用探索與研發；

④重大工程項目的BIM應用實施方案策劃與實施過程中的技術支持；

⑤BIM系統相關數據的日常運維管理。

(5)BIM族庫的整體解決方案，呼吁各級政府主管部門制定準入制度，逐步將提供族庫數據作為材料設備廠家參與采購競標的先決條件，從而帶動整個建筑產業鏈各個環節全部參與族庫繪制與完善，從根本上解決業界普遍面臨的族庫資源短缺的瓶頸問題。

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BIM Application in the Construction of Electromechanical Engineering——Scientific Research Center of Yanchang Petroleum

Wang Qixing,Jia Zhangqin,Li Li,Wang Xiaotao,Zhao Ning

(InstallationCompanyoftheFirstBuildingofShaanxiConstructionEngineeringGroupCo.,Ltd.,Xi′an710077,China)

Abstract:As a key technology in recent years that brings about the reform of the building industry,BIM has been recognized and applied in the whole-process management of construction and production.Based on the BIM application in the whole life-cycle of the construction stage of the electromechanical engineering of the Scientific Research Center of Yanchang Petroleum,this article comprehensively analyzes such BIM application points as collision detection,3D roaming,4D construction simulation,5D cost control,2D code and MT application,factory prefabricated of material components and in-situ assembly.The application results show that the application of BIM technology in this super high-rise building not only relieves the vertical transportation pressure faced by most super high-rise buildings but also brings about significant reform to the in-situ construction management,which greatly improves construction efficiency,avoids rework waste and realizes zero-waste of key material and equipments.Meanwhile,BIM also provides precious experiences and practical data for the collection and improvement of company data,the exploration of trainings for BIM professionals,the draft and amendment of company BIM standards,and the development strategy and planning for the BIM team,which transfers companies to be technology-leading.

Key Words：BIM; Electromechanical Engineering; Space Management; Accurate Computation; Cost Managemnt

【作者簡介】王齊興(1982-)，男，工程師，陜西建工一建集團安裝公司科技中心主任。主要研究方向：建筑機電工程施工全過程BIM技術應用與精細化成本管控。

【中圖分類號】TU17

【文獻標識碼】A

【文章編號】1674-7461(2016)03-0026-06