全生命周期BIM機電安裝工程應用分析
——以某高校技術勞動開發大樓項目為例

張 克

(龍巖學院 福建龍巖 364000)

0 引言

建筑產業作為國民經濟的支柱產業，在經濟建設中擔任著重要角色，目前盡管還保持著總值增長，但是增幅較慢。而且建筑業屬于勞動密集型產業，生產效率相對較低，由于信息溝通不暢，以及質量、尺寸等原因，造成工程返工、工期延誤或是設備與材料浪費等問題在建設中數見不鮮，加之設計圖紙修改頻繁未能及時糾錯，給建筑業生產造成了極大的浪費。

目前，在我國的建筑業的各大機電安裝項目中目前主要采用的是傳統的施工方式，由現場施工員讀懂圖紙，安排管線排布，之后依賴大量工人現場進行加工、安裝，但這種方法需要在現場安排大量的操作工人，這給現場的日常管理帶來了一定壓力。由于現場環境比較復雜，工作界面混亂，工人工作效率較低[1]。而且現場加工必定需要很多動火點，這無疑增加了現場的安全隱患。因此，很多的機電安裝企業開始嘗試采用BIM(Building Information Modeling)進行深化設計[2]。數字化加工及建造給機電安裝提出了更高的要求，對于管道不只停留在實現功能上，更從前期設計、施工管理、運營維護等的角度提出了新要求[3]。

隨著計算機信息技術的不斷發展，各行業數字化與信息化己經成為當今社會發展的重點，在此情況下，建筑業的信息化發展成為必然。隨著建筑信息化的開展，三維展示及應用的好處逐漸凸顯，可以在施工單位進入施工現場前實現機電的綜合調整[4]，在前期能進行方案比選，設計時做到綜合規劃，施工時能精確安裝[5]，不但能減少人工工作量，還能提高安裝工程質量，節約資源，降低成本。為此，將機電安裝工程與BIM應用技術相結合，應用BIM技術在工程全生命周期中對機電工程進行管理和控制，是機電安裝工程將來的發展方向[6]。

近年來，研究BIM在整個生命周期中的應用逐步發展，理論方面初現成效，對于實際BIM項目，主要是應用在大型項目中，其應用程度還不算廣，對于機電方面也缺少完整的應用思路。由于機電安裝工程具有體量大、專業多、工作復雜等特點，而且在運營階段的管理較少涉及，因而，完整的分析在工程全生命周期中應用BIM技術解決機電工程中的問題，對其發展具有重大意義。

1 機電安裝工程特點

機電安裝工程是建筑物及構筑物中非常重要的一部分，是賦予整個項目血液和動力的線路，在工程中起著非常重要的作用。建筑機電工程領域，本身就包括水電、暖風等許多專業，管理難度較大。隨著消費者需求的提升，現代社會中各類建筑項目也更為復雜，這些在機電工程中得到了體現，各類強弱電、給排水線路等設計越來越復雜，安裝也更復雜，管理也更為困難，技術要求也較高。其特點如下:

第一，覆蓋范圍廣。機電工程涉及的范圍很廣。它涉及各種工業領域，不僅在建筑和房屋建設領域，而且在機械、工業、工廠、制造、市政等機電安裝領域。而且機電工程涉及到給排水管道的安裝、各種電氣管線的人性化設計、焊接質量、設備尺寸、設備定期更換等等問題，這些都由不同的專業人員分管，需要大量的溝通協調工作。

第二，對象單樣性。每一種建筑都有自己的功能，即使是同一棟建筑，也會有不同的功能。機電安裝管線和其位置要符合法律法規的規定，但是具體設置也需要符合建筑物實際情況和使用者的需求，每一處都需要單獨設計，不能完全復制。

第三，限制因素較多。機電工程并不是獨立完成的，需要在各個階段與其他專業互相溝通、配合。在設計之初，各專業需要考慮相互協調、相互回避，還要考慮各專業機電安裝的協調與施工、結構的專業;在施工階段，土建工程應預留一些管孔；在運營階段，要考慮數據的完整性和規范性，便于后期管理。

在工程全生命周期中，涉及范圍廣，持續周期長，限制因素多，運營維護頻繁的機電安裝工程，更需要加強各方的溝通與協調，以保證其順利進行。

2 建筑機電安裝工程存在的問題

隨著建筑行業市場的競爭越來越大，項目不僅僅要遵循法律規章，還需要提高用戶滿意度，用戶體驗感的需求提升需要機電工程的發展與完善。機電安裝工程不僅僅只是滿足使用要求，還需要提高管理水平、提高技術水平，設計更為人性化，以滿足生活和生產的需要。由于機電設備安裝施工涉及專業多，對于項目經理來說如何管理，對于施工人員來說，如何配合其他方達到準確無誤的施工，都是較大的挑戰。目前，我國機電工程管理還存在一些不足之處，應該采取有效的技術或方法來改善。

第一，規范標準不完善。由于建筑機電安裝工程行業規范標準沒有跟上機電技術、設備的發展，不能及時完善。所以在真正施工時，機電安裝工作經常出現無據可依、無規可循的情況。由于缺少這部分的規范標準，也會導致機電行業市場競爭趨于惡性，不利于行業的發展。

第二，設計及安裝匹配度不高。建筑和機電行業設計階段和施工階段一般是分開的，施工階段人員應盡量與設計階段人員進行多次、有效的溝通，以確保施工準確。由于目前設計方面，經常修改，并沒有與施工方及時溝通，加上圖紙不規范的問題，導致設計施工互相脫離，無法準確實施安裝工作，阻礙了行業發展。

第三，信息化程度低下。信息化建設是下一階段建筑業發展的重要目標。信息的互通能夠使機電項目各參與者便于交流，各信息傳達不容易失真，同時減少溝通成本，促進機電安裝工程的發展。

3 BIM在機電安裝工程中的應用點

某高校技術勞動開發大樓投資1960萬元，為5層標準層、地下2層，總建筑面積7682 m2，實驗室及學生技能培訓場所，本研究是基于該項目的BIM模型建造和使用，探討BIM機電工程在項目全生命周期中的應用點。

3.1 應用BIM使各專業參與規劃決策

在項目前期規劃階段，主要是利用BIM技術讓各個單位更為直觀地了解項目整體情況，更為準確直觀地計算、評估各個方案，對項目全生命周期成本進行預測，全方位進行評價后確定較為合理的整體建筑方案。在該項目中，應用BIM 技術在方案初期考慮充分利用自然資源，合理確定建筑類型、劃分建筑空間，盡量在提升用戶體驗感的同時降低建筑能耗，降低污染，對確定后續機電設備的數量、類型等指引整體方向。

3.2 采用BIM機電工程設計更為合理

機電安裝工程涉及到建筑、結構、設備、管道、電氣等，主要目的是保證室內電力供應、通訊正常、給排水正常，防火等，因此它是賦予建筑物生命的系統，創建維護適宜的居住環境。而機電設備設計是指在保證建筑結構形狀的前提下，對設備及各種管道進行合理布設，充分利用建筑物室內空間，保證建筑物正常運行。

由于機電設計的特征，傳統模式下這部分工作較之前期具有明顯的順序關系。機電部分必須要在整體部分的設計完成后，才能在主體圖紙中添加設備、強弱電、水暖通的信息。

隨著社會發展需求的變化，以及設備更新換代的原因，建筑物的功能也越來越復雜，而且業主需求可能會發生變動，這些最為直接的影響是機電設備、管道的改變。當機電設計完成后，如果建筑設計部分發生任何改動，其他專業需要隨之變動，若溝通出現差錯，最終設計花費的時間和精力會較大。該項目盡管是一棟地上5層，地下一層的單體式建筑，但是設計初期是辦公樓，設計后期又將之地下一層和地上兩層改成了實驗室，因此其排水、強弱電及各類管道部分都發生了改動。BIM在該項目設計階段的使用，能夠讓各專業保持更好的溝通，避免各專業之間的摩擦。一個部分發生了改變，后續及時進行修正，大大縮短了設計的時間。

3.3 機電設備布設自動化應用

機電設備種類繁多，一般在設計布設階段是按照規范要求手動布置。由于部分設備規則明確，當BIM應用于機電管理后，就能實現這部分機電設備的自動布設。本研究以某高校技術勞動開發大樓中消防構件的灑水頭為例，演示機電設備的自動布設效果。

首先需要繪制構件模型。利用Revit軟件繪制使用噴頭和管帽，并加入各構件屬性，如型號、大小、維護廠商、OmniClass編碼等，可以在設計階段就對信息進行導入，而此屬性自此跟隨構件到其生命周期結束，便于建立后續運營管理數據庫，系統管理機電設備。

接著，撰寫Dynamo模塊，制定布設規則。在撰寫該模塊前，需要確定構件擺設的規則和分類，這些分類均可以通過查閱國家相關法律法規完成。Dynamo是一種視覺程序設計工具，是將多個元素鏈接到一起以定義關系和組成自定義算法的動作序列，開發者可使用其開發各種工具，以利用外部庫或任何具有API的Autodesk產品。該項目中，使用Dynamo Studio設定灑水頭布設規則，結果如圖1所示。而且，這些規則可以在設定后存儲為私人用，也可以上傳至網絡開放式平臺，豐富數據庫，讓更多參與者后續使用并完善。

圖1 自動布設灑水頭dynamo規則

最后按照規則進行自動布設。根據之前撰寫Dynamo自動布設灑水頭規則，利用 Dynamo抓取匯入Revit的Cad圖層，在抓取點位之后，可以調整樓層數以及高層，決定構件放置的位置，并自行設定標高、族的類型，最后根據輸入的高度以及規則，可自動布設出灑水頭成果如圖2所示。

圖2 自動布設灑水頭成果

3.4 機電管線碰撞綜合檢查

在傳統機電管線碰撞中，重復工作量非常大，這就是由于二維圖紙溝通不順暢的原因。BIM技術應用能最大程度地發揮BIM所具備的參數化聯動特點，從參數信息到形狀信息各方面同步的修改，而且也沒有改圖或重新繪圖的工作步驟，更改完成后的模型可以根據需要來生成平面圖、剖面圖以及立面圖。

該項目中的三維可視化模型便于討論修改，提高了建造工作效率。電暖氣、給排水、建筑、結構等各專業利用共同的BIM平臺建構自己的信息化模型，在平臺中搭建到一起，構成完整的建筑模型。各專業銜接快，信息不會失真，且計算機技術能智能判斷碰撞類型并匯總，便于各個專業修改并實時顯現調整結果。

最后，可以建立可視化漫游模型，全區域凈高復核，尤其針對管廊等用二維圖表達困難的區域，三維模型能給施工方提供準確信息。

3.5 施工管理的BIM應用

該項目負一層及一層為實驗室，設備眾多。在機電工程施工之前，可以對工程進行模擬，通過三維漫游、透明度、動畫來真實展示模型，通過設計人行路線感受該建筑及機電設備實體的特征，保證最終機電部分施工的效果。

施工中能應用BIM實時查詢，并進行信息更新。根據模型，BIM能協助施工人員實現3D機電安裝及設備模擬放置，同時添加設備的4D屬性。在施工中，只要選用任意設備實體，就可以查詢之前建模時輸入的各項信息，如名稱、類型、計劃安置時間等，并對場地信息進行統計，保證施工進度和機電安排的配合度，實現動態管理。

施工中需要分期對機電工程成本進行計算。由于機電工程不但復雜，而且工作量大，需要在施工中不斷拆分、統計，傳統方式多用手工計算，管理難度大，準確率不高。采用BIM進行管理，成本實時統計和更新，準確率高，其數值還能得到參建各方的認同。

在施工中，通過模型能明確各建筑安裝設備在建筑中的位置，從而降低施工返工率，提高工程質量，降低資金損耗，也方便施工中成本信息的搜集及動態管理。

施工中可以通過對各工序的三維仿真計算，計算出工序、工期、人力、機械、場地等資源的占用情況，根據本工程的情況，提前擬定設備供應計劃，明確進場時間，還可以實時調整，優化施工進度、資源配置和場地布局，實現多種施工方案的比較和選擇，從而更好地確定設備安裝的時間和順序。

3.6 機電安裝工程施工結束后的BIM應用

施工結束后，進入最后竣工結算階段，工程人員能夠利用BIM元素為實際構件的特點，自動統計工程量明細，減少計價人員繁重的計算工作，提高了工作效率，其準確性也比較容易能得到保障。

BIM技術成果不僅應用在過程階段，在交付之后還需要繼續使用。特別是機電安裝工程，它與結構工程相比，更新換代時間短，更需要后期持續的維護和管理。BIM模型將構件信息傳遞至運營維護階段，可以根據模型信息導出明細表，得到一系列規定格式的數據，比如項目中涉及到設備系統名稱、系統分類、編號、OmniClass編號、類型、數量、樓層、制造商、維修成本、直徑、溫度等級、上次維修日等信息，同時可以建立包含設備信息的Access數據庫，方便整個項目機電設備在運營階段的維護管理。如果出現問題，可以迅速查找該設備的信息，尋找維修廠家，或者進行替換，而不需要查詢過多的紙質材料。

4 結論

機電安裝工程是工程的重要組成部分，其順利完成關系著項目的使用質量。將BIM技術引入機電安裝工程，在機電管線的設計階段以及施工階段可以真正起到縮減周期、協調各專業工作，在后期運營中能夠更好地管理，延長其使用壽命，并提高其使用質量。本文總結了全生命周期中BIM技術在機電工程中的應用點，并通過實例測試，印證了各應用點的可行性，為后續大型項目應用該技術對機電工程進行管理提供了分析基礎。