BIM 技術在超高層機電安裝中的應用分析

陳旭元 曹 偉

（江蘇工程職業技術學院建筑工程學院，江蘇 南通226300）

40 層以上，或者高度達到100 米以上的建筑物即可被視為超高層建筑。隨著樓層的增高，超高層建筑的機電安裝難度也會隨之增大，一旦機電線路出現問題，將會嚴重影響用戶的居住體驗，在極端惡劣的情況下，很有可能造成惡性事故。因此，在進行超高層建筑機電安裝工程作業時，應該充分運用BIM 技術，在建筑信息模型的指導下，細化每一項作業流程，保證機電安裝工程順利進行。

1 某超高層建筑機電安裝工程概況

江蘇省某市新城區的商業綜合建筑體，是一類商住兩用的建筑。其中地上1～5 層為商業區，采用中空環繞式的設計，6～24 層為酒店客房；25、26 兩層為酒店復試餐廳；27、28、29 三層為酒店辦公區；30、31 兩層為設備調試間，每層層高為3.8m，建筑地面上方建筑主體全高度為128.7m，建筑面積達到71257.59m2。此外，還包含共兩層的地下建筑區域，地下一層為大型購物廣場；地下二層為車庫。該超高層建筑的綜面積達到108357.68m2。在機電安裝工程項目正式啟動之前，施工企業對該超高層建筑進行了實地勘察，發現施工難點如下：第一，建筑結構及其復雜，導致大部分機電管線處于“穿插”狀態，且管線布設的密度極大；第二，具備不同功能的樓層之間的管線協調存在較大困難；第三，在機電工程正式啟動之前，該超高層商住兩用建筑已經完成了幕墻工程的安裝，導致一些樓層的拐角處以及其他部分區域被大量幕墻支撐結構“擠占”，致使機電安裝的施工空間狹小，對施工組織的要求極高；第四，業主對樓層吊頂標高有要求，必須維持3.0m 的精確度，不得出現誤差。總體而言，在進行該超高層建筑機電安裝工程時，面臨多重困難。因此，為了提升工程方案的完善性，避免因考慮不周而導致返工，故安裝單位決定使用BIM 建筑信息模型軟件，虛擬出超高層建筑的建筑布局以及機電管線結構布局，對線路的走向、重要機電設備的布置位置進行反復論證。此外，在進行室外作業時，使用的支架等輔助設備的具體參數，都需要通過BIM 模型進行設計，最終目的在于保證施工質量和施工安全，并在規定期限內完成。

2 BIM 技術應用于超高層機電安裝的優勢分析

本文選用的超高層建筑機電安裝工程，應用了BIM 技術之后，經過系統性的測試、總結，發現其綜合優勢如下：

第一，借助BIM 建筑信息模型的，優化設計方案，極大地解決了安裝及運營成本。首先，該超高層建筑的總高度近130m，且總層數為33 層（包含地下部分），由于安裝團隊的技術人員沒有參與該超高層建筑的設計建造，故而對其中構造的了解程度不足。盡管經過實地考察，設計出了工程圖紙，但時間倉促，且受建筑層高的影響，難免出現錯誤、漏洞、缺陷、突發情況等問題。而應用BIM 技術，使超高層建筑中所有與機電安裝有關的參數“躍然紙上”。比如在30 層以上的機電管線鋪設時，需要在建筑體外部進行部分作業，隨著樓層的增高，支護裝置本身的重力對整體的影響逐漸提升。根據BIM 數字建筑模型的自動計算功能，得出的支護裝置施工成本相較預期的整改率降低幅度超過40%，施工成本節約程度超過10%，從而解決了困擾安裝團隊的一項重大問題[1]。

第二，對施工全過程管理起到良好的輔助作用。BIM 軟件中自帶格式轉化功能，在成功虛擬出建筑模型后，將之轉化成VRP 格式，通過佩戴3D 顯像眼鏡的方式，使三維立體形態的建筑模型清晰呈現在工作人員眼前。特別是與機電管線布設有關的區域，技術人員親臨現場時，雖然能夠做到精細化測量，但切入視角往往受環境影響而產生局限性。當技術上的問題得到系統性的解決之后，技術人員組織施工人員進行觀看，并對特定區域采用的特殊技術手段進行了講解，改善了傳統的技術交底模式。如圖1 所示，為BIM 虛擬機電管線布設立體圖，既可以在2D 視域下觀看，又可以佩戴3D 眼鏡，無死角地觀察各處細節。其中，白色部分代表管線支撐結構，灰色部分為當前觀察方向的管道排布情況，模型可以進行360°旋轉。可以看出，在BIM 建筑模型和BIM 機電模型中，重要組件以黑、白、灰光暗三原色顯示。技術人員看到的顏色如果是白色，說明在當前視角下，目標管道處于“迎光”方向；呈現灰色，說明視角已經與初始觀察方向發生了較大偏差。基于此，通過BIM 技術輔助機電安裝時，有關人員需要注意機電管道或管線明暗度的變化情況，避免出現遺漏，否則，將會引發新的問題。

圖1 BIM 虛擬機電管線布設立體圖

第三，通過BIM 虛擬超高層建筑模型，對管道和支吊架等設備進行預制加工。利用BIM 技術，成功建模之后，通過C4D 軟件中的body-painter 軟件，對機電管線布置進行虛擬操作，之后導出IFC 格式的數據問題。經過統計，在BIM 技術的協助下，機電安裝工程中僅管道施工一項內容，就減少了超過6 成的現場工作量。此外，經過預加工之后，很多管線材料進入場地之后直接進行安裝，大幅度降低了危險作業頻率。經過統計，9 成以上的危險作業得到避免，僅高空作業額外支出一項費用，節省幅度超過5%[2]。

3 BIM 技術應用于超高層機電安裝時的控制要點分析

3.1BIM 建模實施過程

在建筑工程領域中，BIM 技術并不是一項新的事物，已經成為了一種常見的重要性輔助施工手段。首先，由設計方提供BIM建筑模型，將建筑中特殊位置的設計構思、形態特征等全部體現在模型之中，之后將之提供給后續負責施工的企業。當負責機電安裝的企業獲得BIM 建筑模型之后，根據模型特點，結合自身的實地調研，建立側重點為機電安裝的BIM 機電模型。此時，建筑的整體布局已經形成，一些無法變動的區域也已清晰標注，機電安裝企業需要根據限定性的情況進行下一步工作。其次，施工方在BIM 機電模型的基礎上，對施工圖紙進行細化，并將實地考察中獲得的有價值的信息加入模型之中，使模型得到進一步的細化[3]。

3.2 基于BIM 技術的超高層建筑機電管線綜合優化分析

在超高層建筑機電安裝過程中，最大的難點在于：一旦出現機電管線甚至是管道沖突現象時，如果僅僅按照傳統的規范避讓總原則，即“電讓水、水讓風、小管徑讓大管徑、冷水管讓熱水管、有壓管讓無壓管、重力排水管優先”等進行處理，不僅不會解決問題，反而會受超高層建筑結構設計的特殊性的影響，使問題擴大化。在BIM 軟件中，Navisworks 功能能夠圍繞建筑中各系統之間的“沖突”提供解決方案。比如在本文選用的超高層建筑機電安裝案例中，通過BIM 軟件Navisworks 功能檢測出的多系統之間的碰撞超過6000 余處，其中，僅僅兩層地下室以及5層商業區中，機電專用管線走向出現“纏繞”、“碰撞”等問題近1200 處，管線與結構構件發生碰撞處超過160 處。如果按照傳統的解決方式，發現一處問題解決一處，不僅工程量浩大，且在“解決問題”的過程中，很可能引發新問題。故通過BIM 機電模型，對管線“纏繞”現象進行梳理，找出“互不影響”、“節約空間”的最佳方式，使問題得到根本性解決[4]。如圖2 左所示，是技術人員根據設計方案，將管線布設的初始參數輸入BIM 軟件后，得出的初級形態，可以看到，橫向、縱向的管道與建筑結構出現了“碰撞”，發現此問題后，通過調整參數，使機電管線沿著超高層建筑的“結構縫隙”穿過，有效解決了“碰撞”問題。經過調整的機電管線布設方式如圖2 右所示。

圖2 參數調整前后BIM 機電管線布設示意圖

結束語

在超高層建筑中進行機電安裝作業，并不是隨著樓層升高而重復管線鋪設，而是需要充分考慮超高層建筑的整體布局，涉及支撐結構的搭建、機電安裝造價成本控制等多項內容。因此，充分運用BIM 建筑信息模型，對超高層建筑機電安裝的各項信息數據進行詳細分析，針對作業難點反復論證，能夠從根本上提升機電安裝水平，保證質量。對用戶的居住以及后續維護，都能提供便利性。