機(jī)電BIM模型集成在施工階段的應(yīng)用

溫 健

中建五局第三建設(shè)有限公司，湖南長沙 410000

任何現(xiàn)代建筑都不可能離開機(jī)電工程，而機(jī)電施工也理所當(dāng)然地成為建筑施工的重中之重。近些年來，我國建筑業(yè)雖然獲得了巨大的發(fā)展，但施工管理卻停留在傳統(tǒng)的粗放式管理的模式上。粗放式管理憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)辦事，不僅效率低下，而且無法保障機(jī)電工程施工質(zhì)量，機(jī)電施工亟待轉(zhuǎn)型升級(jí)。而在機(jī)電施工中應(yīng)用BIM集成模式，便不失為性價(jià)比最高的一種選擇。

1 BIM技術(shù)

在過去十幾個(gè)世紀(jì)，建筑施工管理一直停留在人工管理層面上。二十世紀(jì)中葉，人類進(jìn)入電子計(jì)算機(jī)時(shí)代。1960年代，電子計(jì)算機(jī)投入大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用；1970年代，微型計(jì)算機(jī)問世；1975年，美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)建筑和計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)教授伊斯特曼提出基于計(jì)算機(jī)描述建筑物，構(gòu)建數(shù)字元化建筑模型的BDS概念（Building Description System）。2002年，美國Autodesk公司正式提出BIM技術(shù) （Building Information Modeling，中譯名為“建筑信息模型”）。一經(jīng)推出，便大受全美各地建筑公司歡迎，迅速在建筑業(yè)界推廣開來。2007年，美國政府規(guī)定所有重要建筑項(xiàng)目都必須通過BIM進(jìn)行空間規(guī)劃；2012年，美國AEC行業(yè) （施工產(chǎn)業(yè)） 應(yīng)用BIM的比例上升到71%。74%的承包商、70%的建筑師、67%的機(jī)電工程師都在應(yīng)用BIM技術(shù)。韓國、澳大利亞、新加坡、英國、日本等發(fā)達(dá)國家建筑界也普遍引入、應(yīng)用BIM技術(shù)[1]。

BIM技術(shù)依托三維數(shù)字技術(shù)作基礎(chǔ)，集成許多設(shè)計(jì)師的信息工程數(shù)據(jù)模型，運(yùn)用Revit 等三維建模軟件，詳細(xì)描述建筑實(shí)體的特征及功能特性。BIM可以將設(shè)計(jì)圖上二維線條式構(gòu)成變成三維立體實(shí)物圖形，通過可視化形式呈現(xiàn)在設(shè)計(jì)師與施工人員眼前。

BIM的核心是參數(shù)化建模。它將一個(gè)建筑工程項(xiàng)目全生命周期中所有的數(shù)據(jù)信息 （從建筑的三維幾何構(gòu)圖，到建筑材料的質(zhì)量、價(jià)格、性能，建筑構(gòu)件的重要、施工流程，管理維護(hù)等） 全部整合到一個(gè)三維動(dòng)態(tài)數(shù)字模型中；同時(shí)，BIM還可以讓施工單位、業(yè)主與設(shè)計(jì)單位都參與到設(shè)計(jì)中來，發(fā)表自己的意見，尋找設(shè)計(jì)上存在的不足，進(jìn)行討論、修改，最后生成令各方都滿意的協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。

不僅如此，BIM還可以實(shí)現(xiàn)施工圖和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、真實(shí)建筑與仿真模型、工廠制造和現(xiàn)場安裝的在線聯(lián)系，通過數(shù)字技術(shù)傳遞仿真模型的數(shù)據(jù)到現(xiàn)場去，并實(shí)時(shí)互動(dòng)、反饋、交流、核對(duì)、檢測、更新，從而建立更加準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)多維模型，整合建筑項(xiàng)目各個(gè)階段的信息，為專業(yè)技術(shù)人員提供了一個(gè)全方位的信息平臺(tái)。在整個(gè)建筑項(xiàng)目全生命周期的每個(gè)環(huán)節(jié)上 （規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營），都可以應(yīng)用BIM技術(shù)。

盡管BIM技術(shù)擁有眾多優(yōu)點(diǎn)，但國內(nèi)建筑行業(yè)由于知識(shí)水平偏低、技術(shù)實(shí)力有限、企業(yè)本金不足等各種原因，絕大多數(shù)企業(yè)仍不熟悉BIM技術(shù)，更談不上大規(guī)模應(yīng)用BIM技術(shù)。2017年，國內(nèi)僅有23%左右的建筑企業(yè)應(yīng)用了BIM技術(shù)[2]。當(dāng)前，建筑業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)又面臨著轉(zhuǎn)型升級(jí)的挑戰(zhàn)。因此，完全有理由相信：BIM技術(shù)必將在建筑施工管理中推廣開來。

2 在機(jī)電施工中應(yīng)用BIM集成模型

當(dāng)下，人們的生活離不開電，人們對(duì)于機(jī)電工程的要求也越來越高。另一方面，現(xiàn)代高層建筑、大型建筑結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，二維平面設(shè)計(jì)圖已經(jīng)難以完整的表現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖（ 一些施工企業(yè)，相當(dāng)一部分施工人員，甚至包括一部分老板文化水平都在高中以下，很難看懂二維設(shè)計(jì)圖[3]） ；而施工企業(yè)在機(jī)電施工過程中實(shí)行粗放式管理，不僅浪費(fèi)大量人力、物力、財(cái)力，也容易造成管道與構(gòu)件、管道與管道之間發(fā)生碰撞，不得不進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，甚至返工，最后導(dǎo)致施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。

但在機(jī)電施工中應(yīng)用BIM集成模型，則可以提高施工效率，優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)，避免管線碰撞、管管碰撞，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、數(shù)字化施工管理，保證施工質(zhì)量。

2.1 施工準(zhǔn)備

傳統(tǒng)機(jī)電施工準(zhǔn)備，需要選擇、確定現(xiàn)場的運(yùn)輸路線，布置臨時(shí)用電、臨時(shí)用水、臨時(shí)排水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，還要設(shè)置材料放置區(qū)，因此，必須進(jìn)行實(shí)地勘測[4]。應(yīng)用BIM技術(shù)，技術(shù)人員只需將BIM參數(shù)化模型與GIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交互，提取GIS系統(tǒng)中的現(xiàn)場水源、電力、地理信息等資料，再綜合考慮技術(shù)規(guī)范、建筑位置、建筑面積、建筑高度、材料使用計(jì)劃等信息，便可快速布置施工現(xiàn)場，省去實(shí)地勘測的環(huán)節(jié)，節(jié)約人力、物力。

2.2 建立模型

技術(shù)人員根據(jù)設(shè)計(jì)單位輸出的二維施工圖，建立新的BIM三維模型，對(duì)建筑的基本形狀、體積、位置、尺寸、朝向進(jìn)行可視化呈現(xiàn)；然后，在這個(gè)三維模型上進(jìn)行空間配置，引入樓梯、電梯、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、柱、梁、板、空調(diào)、消防、水電管線等組件的形狀、尺寸、材料、性質(zhì)等數(shù)據(jù)、信息，搭建完整的機(jī)電施工模型；再后，根據(jù)機(jī)電施工模型輸出各專業(yè)完整、詳細(xì)的施工圖，并計(jì)算工程量、估算成本、進(jìn)行綜合施工協(xié)調(diào)。

2.3 碰撞試驗(yàn)

現(xiàn)在的建筑項(xiàng)目不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且建筑內(nèi)部的設(shè)備管線在安裝過程中會(huì)出現(xiàn)較為復(fù)雜的碰撞，在施工過程中必須根據(jù)實(shí)際情況來定，有時(shí)需要進(jìn)行部分調(diào)整。應(yīng)用BIM技術(shù)，可以在虛擬模型上檢查通風(fēng)、空調(diào)、排煙、給水、排水、電力、照明、消防等各系統(tǒng)管線之間是否存在存在碰撞點(diǎn)，并進(jìn)行管道安裝碰撞實(shí)驗(yàn)，邀請(qǐng)給排水、弱電、消防等各方面的工程師集思廣益，深化設(shè)計(jì)，優(yōu)化管線排布。

2.4 預(yù)留預(yù)埋

在機(jī)電施工后期，預(yù)留預(yù)埋是安裝設(shè)備與管件的關(guān)鍵。預(yù)留包括預(yù)留墻上、板上的各種管道，預(yù)埋包括預(yù)埋埋線管、開關(guān)盒、過路盒、分線盒等線盒；如果預(yù)留在剪力墻上的孔洞或預(yù)埋套管位置出現(xiàn)誤差，輕則會(huì)造成返工，重則會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)受力。過去，技術(shù)人員只能在二維平面設(shè)計(jì)圖上確定預(yù)留預(yù)埋條件，難免出現(xiàn)漏、錯(cuò)、缺、碰，也無法掌握機(jī)電系統(tǒng)管線是否會(huì)出現(xiàn)交叉、拐彎[5]。應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行預(yù)留預(yù)埋，可以全方位三維可視化展示建筑結(jié)構(gòu)信息，精確定位預(yù)留孔洞的位置、高度、尺寸，并測算預(yù)留孔洞是否會(huì)破壞建筑結(jié)構(gòu)的受力，從而避免不必要的返工，保證施工質(zhì)量。

2.5 虛擬施工，全面檢查

在建立模型、碰撞試驗(yàn)、布置預(yù)留預(yù)埋后，為保證機(jī)電施工的可行性，還可以應(yīng)用BIM技術(shù)，根據(jù)GIS系統(tǒng)搜集到的現(xiàn)場全部環(huán)境數(shù)據(jù)暨季節(jié)、氣候等不可抗力進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測，在電腦上進(jìn)行一次虛擬施工，模擬機(jī)電施工全過程，在虛擬操作中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，進(jìn)行方案調(diào)整，從而大大提高設(shè)計(jì)方案的可行性與科學(xué)性。虛擬施工結(jié)束后，還要對(duì)機(jī)電系統(tǒng)管線設(shè)備空間整體效果、空間布置進(jìn)行全面檢查，力求美觀。

2.6 出圖、技術(shù)交底

完成上述步驟后，技術(shù)人員并可以將機(jī)電系統(tǒng)的BIM三維模型輸出，制成三維圖，對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底。在BIM三維圖上，詳細(xì)、準(zhǔn)確、清晰地顯示著機(jī)電系統(tǒng)管線的施工位置、標(biāo)高，克服了二維施工圖信息量有限、缺乏直觀感受的缺陷[6]。施工人員可以一目了然地了解設(shè)計(jì)意圖，掌握管線走向，根據(jù)三維圖認(rèn)真施工。

2.7 施工管理

將BIM技術(shù)與機(jī)電施工計(jì)劃相結(jié)合，可以整合形成4D動(dòng)態(tài)模型，精確計(jì)算工程量與施工進(jìn)度，將每天的工程量具體落實(shí)到每個(gè)施工班組頭上，實(shí)現(xiàn)有序有節(jié)奏施工，從而統(tǒng)一施工進(jìn)度。BIM技術(shù)可以為機(jī)電施工每個(gè)項(xiàng)目尋找最適宜的施工技術(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)工程師與施工人員的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)連接，讓工程師坐在辦公室里遙控指揮施工人員，指導(dǎo)他們嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范施工，并隨時(shí)解決施工中出現(xiàn)的各種問題，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化、精細(xì)化管理。

3 結(jié)語

在機(jī)電施工中應(yīng)用BIM集成模型，可以解決機(jī)電系統(tǒng)覆蓋面積廣、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求高、施工難度大等問題；同時(shí)實(shí)現(xiàn)多專業(yè)多工種協(xié)調(diào)配合、科學(xué)施工；還可以提高施工效率，節(jié)約成本。因此，BIM技術(shù)值得在機(jī)電施工中推廣、應(yīng)用。