基于BIM 的建筑機電設備系統設計與施工優化實踐

任偉

（河南建筑職業技術學院，河南 鄭州450064）

通過BIM 技術平臺使深化設計與數字化施工有效結合，可實現從深化設計到數字化施工的信息傳遞，打通深化設計、數字化施工建造等環節。通過BIM 新型的應用技術，實現以創新的理念驅動行業間的交流與協作，充分發揮各自領域內的技術優勢，創造建筑行業設計、安裝新型產業鏈，開啟了全新施工模式。

1 基于BIM 的深化設計

深化設計的類型可以分為專業性深化設計和綜合性深化設計。通過BIM 模型為媒介，即使是不具備工程專業背景的人員，都能參與其中，工程團隊各方均能給予較多正面的需求意見，減少設計變更次數。除了實時可視化的溝通，BIM模型的深化設計加之即時數據集成，可獲得一個最具時效性的、最為合理的虛擬建筑，因此導出的施工圖可以幫助各專業施工有序合理地進行，提高施工安裝成功率，進而減少人力、材料以及時間上的浪費，從而一定程度上降低施工成本。

1.1 空間優化

通過BIM 的精確設計后，可大大降低專業間交錯碰撞，且各專業分包利用模型開展施工方案、施工順序討論，可以直觀、清晰地發現施工中可能產生的問題，并給予提前解決，也為后階段的數字化施工、數字建造打下堅實基礎。

如表1 所示，為某工程BIM 優化成果，成果以表格方式呈現，在表格中給出優化的專業和優化說明，給出調整意見，通過三維截圖和cad 平面圖對比分析的方式展現出來，最終有設計單位給出處理意見。

BIM 通過碰撞檢查在設計階段進行空間優化，管道合理留布置方面為業主提供了巨大的建設項目增值，例如以某冷凍機房為例，在冷凍機房中水管所占的比例相當大，若沒有經過空間方案合理規劃，則會使得空間和視覺上顯得過于擁擠。通過BIM技術，在不影響原管道機能及施工可行性前提下，合理排布各種管道，在三維模型下，深化設計人員從任意角度觀察管道的位置，通過空間優化手段，最終將原來房間凈高從3.1m 提升到3.45m，使得空間得到提升。

1.2 預留洞位置優化

管線綜合中經常會遇到需要留洞的問題，如何精確確定留洞的具體位置，傳統的深化方式靠的是深化設計人員借助空間想象來繪制出大致留洞位置，容易產生遺漏、偏差等問題。憑借BIM 技術三維可視化的特點，BIM 模型能夠直觀地表達出需要留洞的具體位置，不僅不容易遺漏，還能做到精確定位，有效解決深化設計人員出留洞圖時的諸多問題。同時，出圖質量的提高一也省去了修改圖紙返工的時間，大大提高深化出圖效率。

1.3 機電管線支架布留優化

在機電深化設計中，支架預埋布留是極為重要的一部分。在管線情況較為復雜的地方，經常會存在支架擺放困難、無法安裝的問題。對于剖面未剖到的地方，支架是否能夠合理安裝，是否符合吊頂標高要求，滿足美觀、整齊的施工要求就顯得尤為重要。其次，從施工角度而言，部分支架在土建階段就需在樓板上預埋鋼板，如冷凍機房等管線較多的地方，支架為了承受管線的重量需在樓板進行預埋，但在對機電管線未仔細考慮的情況下，具體位置無法控制定位，

現在普遍采用“盲打式”預埋法，在一個區域的樓板上均布預留。BIM 模型可以模擬出支架的布留方案，在模型中就可以提前模擬出施工現場可能會遇到的問題，對支架具體的布留擺放位置給予準確定位。

2 基于BIM 的數字化施工

實現數字化建造信息全生命周期，確保現場精確測繪高效放樣的安裝要求，將BIM 技術運用到預制加工技術中，同時全程融人二維編碼、現場三維測繪放樣等高新技術是關鍵重點難點，也是當前建筑機電管線數字化加工發展的最大創新應用點。

2.1 機電工程數字化加工

傳統的機電工程管線加工，就是根據圖紙要求在施工現場對管線進行組裝、焊接。但其相比鋼結構、玻璃幕墻等行業相比其工廠化程度不是很高。其主要原因是由于施工現場管線布置得不夠精確，限制了工廠預制化的深度和發展。

基于BIM 的工廠化的管線預制加工方式既可以減少現場的操作工人和現場管理的壓力，又可以提高現場施工的效率。為加快施工進度、提高施工質量提供有力保證。

管線數字化加工預先將圖紙中所設計的管材的規格、類型、壁厚等一些參數輸人BIM 設計模型中，根據各專業綜合深化設計，現場情況通過碰撞檢查、進行優化后，將管材的規格、類型、壁厚和長度等信息導出成一張完成的預制加工詳圖，然后將圖紙送到工廠進行管道的預制加工，根據現場的施工進度安排物流將預制好的管道送到現場安裝。主要工作流程如圖1 所示。

2.2 數字化測繪復核及放樣

現場測繪復核放樣技術能使BIM 建模更好地指導現場施工，實現BIM 的數字化復核及建造。在數字化加工復核工作中可以利用測繪技術對預制廠生產的構件進行質量檢查復核，通過對構件的測繪形成相應的坐標數據，并將測得的數據輸人到計算機中，在計算機相應軟件中比對構件是否和數字加工圖中的參數一致，或通過基于BIM 的三維施工模型進行構件預拼裝及施工方案模擬，結合機電安裝實際情況判斷該構件是否符合安裝要求，對于不符合施工安裝相關要求的構件可令預制加工廠商進行重新生產或加工。所以通過先進的現場測繪技術不僅可以實現數字化加工過程的復核，還能實現BIM 模型與加工過程中數據的協同和修正。

如上海某超高層建筑，其設備層析架結構錯綜復雜，同時設備層中還具有多個系統和大型設備，機電管線只能在桁架鋼結構有限的三角空間中進行排布，機電深化設計難度非常之大，鋼結構現場施工桁架角度發生偏差或者高度發生偏移，輕則影響到機電管線的安裝檢修空間，重則會使機電管線無法排布，施工難以進行。所以，需要通過BIM 技術建立三維模型并運用現場測繪技術對現場設備層鋼結構，尤其是桁架區域進行測繪，以驗證該項目鋼結構設計與施工的精確性。

2.3 數字化物流

圖1 數字化加工與BIM 協作流程圖

機電設備中具有管道設備種類多、數量大的特點，二維碼和RFID 技術主要用于物流和倉庫存儲的管理。現通過BIM 平臺下數字化加工預制管線技術和現場測繪放樣技術的結合，對數字化物流而言更是錦上添花。在現場的數字化物流操作中給每個管件和設備按照數字化預制加工圖紙上的編號貼上二維碼或者埋人RFID 芯片，利用手持設備掃描二維碼及芯片，信息即可立即傳送到計算機上進行相關操作。如上海某商業項目中，在數字化預制加工圖階段要求預制件編碼與二維碼命名規則配套，目的是實現預制加工信息與二維編碼間信息的準確傳遞，確保信息完整性。該項目結合預制加工技術，對二維編碼在預制加工中的新型應用模板、后臺界面及標準進行開發、制定和研究，確保編碼形式簡單明了便利，可操作性強。利用二維碼使預制配送、現場領料環節更加精確順暢，確保凸顯出二維碼在整體裝配過程中的獨特優勢，加強后臺參數信息的添加錄人。該項目通過二維碼技術實現了以下幾個目標：①紙質數據轉化為電子數據，便于查詢。②通過二維碼，可獲取圖紙中的詳細信息。③通過二維碼掃描可獲取管配件安裝具體位置、性能、廠商參數，包括安裝人員姓名、安裝時間等信息。

3 結論

本文主要論述了建設項目尤其是建筑機電系統的實施期(設計階段、施工階段、采購活動等)中的基于BIM 技術的相關應用。通過實踐我們可以認識到BIM 技術可為建設項目各參與方(投資方、開發方、政府管理方、設計方、施工方、工程管理咨詢方、材料設備供貨方、設施運行管理方等)提供服務，并為其提供了一個高效的協同工作平臺，減少由于項目參與各方工作不協同而引起的投資損失，并通過強化協同工作，可以加快建設進度和提高工程質量。