建筑機電安裝工程中BIM技術應用探討

金仁華

摘 要 建筑機電安裝工程涵蓋了照明、通風、燃氣、用電機械設備、給排水設施等多項施工內容，其管路、線路、儀器儀表、用電設備規格型號眾多，容易引發安裝錯誤。基于BIM的三維可視化模擬技術，施工單位能夠提前檢查管線碰撞、預留預埋、機電設備的安裝使用空間，同時還能實現很多其他的管理應用。本文研究在機電安裝中如何應用BIM技術，希望能對提升建筑機電安裝的質量有所幫助。

關鍵詞 建筑機電安裝 BIM技術 工程量核算

中圖分類號：TU85 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）02-0028-03

將BIM技術引入到建筑機電安裝中可幫助工程技術人員建立機電管線、土建基礎、機電設備的三維可視化模型，同時還能自動計算出機電安裝的工程量，促進各個專業之間的技術合作，利用這種技術之后，機電設備安裝的質量和效率都會獲得提升。

1 建筑機電安裝工程的主要施工內容及其施工特點

1.1 主要施工內容

第一，建筑電氣工程。建筑物內外部的照明線路、照明設備、變配電設備以及各類用電工具的動力電纜敷設等都屬于強電施工的范疇。同時，電氣工程中還包括弱電系統、建筑物的視頻安防系統（監控探頭）、火災報警系統以及各種智能識別系統都依靠弱電施工來運行。典型的弱電施工包括網絡通信線路和電話通訊線路。

第二，通風系統。建筑物室內空氣的循環流通依賴于空調、新風系統，衛生間的換氣、廚房換氣以及室內工作環境的換氣都要使用到通風系統。在火災安全防護中還要在特定位置設置強制性的防排煙設施，使其形成有效的防煙分區。

第三，給排水系統。城市中的建筑物大多為高層，市政供水要從地面上供給到建筑物各層，就要使用到水泵等機電設備，部分樓層設置有水箱，作中轉之用。

第四，燃氣系統。在民用建筑中，天然氣是重要的能源形式，燃氣管道敷設、燃氣表的安裝等也有屬于機電設備的安裝范疇[1]。

第五，其他電力機械設備。民用建筑中最主要的用電機械設備是電梯、備用發電機、充電樁等，工業建筑的機電設備類型非常繁雜，常見的如電機、行吊等。

1.2 施工特點

從建筑機電安裝工程的施工內容可知，此類施工活動以管道、強弱電線路、儀器儀表、用電設備為主。建筑物內的管線非常復雜，并且其部署空間非常有限，有些管線施工線路本身就存在一定的設計缺陷，相互之前交叉碰撞在一起，難以施工。現代化的建筑物一般要采用管線綜合布置的方式，也就是將各種管線集中部署在墻體、吊頂等空間內。傳統的人工讀圖模式在實施過程中有可能產生較大的技術偏差，因為工程圖紙通過正視圖、側視圖、俯視圖等方式來表現立體結構，技術人員在識圖的過程中要將這些平面信息轉化成立體信息，存在一定的難度，容易引發錯誤[2]。

2 BIM技術在建筑機電安裝中的應用場景

2.1 管線碰撞檢測

在傳統的施工方式下，各個專業的技術人員根據各自的工程圖紙完成機電管線和設備的安裝，由于機電管線本身就呈現出錯綜復雜的特點，設計者偶爾也會產生設計偏差，導致管線之前相互碰撞或者交錯在一起，在空間上無法錯開。還有些管線碰撞問題是由各個專業不遵循工序或者錯誤識圖所引起的。一旦出現錯誤的管線施工，在某個節點發生了碰撞，就必須對前期完成的作業內容加以從拆除，在明確新的施工方案后繼續施工[3]。這一過程中會浪費一定量的施工材料、消耗人力資源以及機械設備，對施工單位造成較大的資金浪費。BIM技術下可利用專業的軟件工具建立建筑物基礎、管道、橋架、穿線管的三維立體模型，并且完全按照圖紙設計要求模擬出各種構筑物和機電設備的空間關系，并且以不同的顏色來渲染這些機電管線。各個專業的工程技術人員可利用這種技術提前模擬出機電設備的空間關系，如果其中存在碰撞交叉的問題，三維模型中可輕易發現。此時就可向建設單位和設計單位反饋相關情況，及時做出變更處理。和傳統的管理模式相比較，基于BIM開展的管線碰撞檢查能夠做到風險前置，在施工之前就發現問題，避免了物資、機械以及人工的浪費。

2.2 安裝空間合理性分析

機電設備和管線在安裝的過程中對空間具有一定的要求，并不是只要設備能夠安裝進去就滿足工程要求，還要考慮到安裝和后期維護的便捷性，通常情況下要求設備和管線距離墻體、梁柱以及建筑物頂板等形成一定的距離和空間，否則有些操作會非常不便，并且還會影響到機電設備的通風和散熱。經常出現的不利情況是設備已經安裝完成之后才發現凈高、水平凈距離等不能滿足正常的使用需求。BIM技術將鋼筋混凝土結構以及各種機電設備構建成三維模型，并且軟件系統中可自動分析出設備之間、設備和基礎之間、管道和管道之間的距離關系。工程技術人員在建模的過程中應該盡可能提高精度，只有這樣才能準確發現安裝空間是否存在不合理的地方。BIM軟件可根據這些模型自動形成剖面圖，技術人員可非常方便地觀察到具體的空間數據，這也是有效預防返工的管理措施[4]。

2.3 預留預埋地模擬分析

建筑機電設備和管線的安裝要求在土建基礎上預留各種孔洞或者預埋各種穿線管。例如，給排水管道、通風空調管道都要在墻體或者樓層間版面上預留孔洞，室內照明設備通常是在墻體中預埋金屬穿線管或者接線盒。這一部工作是機電專業和土建專業相互配合來完成的。以民用建筑電氣預埋為例，墻體上預留的拆線板、接線盒、強電箱點位多達十幾處，工程技術人員在讀圖的過程中容易產生遺漏。機電預埋施工一旦存在遺漏，后續的安裝將難以進行，因為這些預埋件或者孔洞大多存在于鋼筋混凝土結構中，混凝土硬化之后就難以再補救，只能拆除重新澆筑。在BIM技術模式之下，施工人員可事先建立完善的三維模型，根據施工圖紙設計結果制作出預埋件或者預留孔洞的位置，然后再具體施工的過程中就可根據這些形象的模型來保證預留預埋的準確性，避免產生遺漏或者位置錯誤[5]。

2.4 施工方案的優化設計

施工圖紙中對機電管線的安裝位置并不一定能給出詳細的數據，有時僅僅在圖上做出示意，指明具體的標高，并且各個專業的管線也會存在標高一致的情況。在傳統的施工管理模式之下，各個專業的技術人員要在現場去分析相同標高的管線在水平面上應該如何布置，進而在此基礎上滿足各專業的施工需求。有時候甚至還需要在現場做出樣板，通過實際嘗試來確認具體的施工方案是否可行，這種管理模式呈現出效率低下的缺陷。在BIM技術路線之下，技術人員可利用軟件系統繪制管線的模型，并且在空間上對比各種施工方案的優劣，通過多次試驗之后確定出最優的部署方式。由于BIM使用了信息化模擬技術，能夠非常方便的改變參數，進而快速生成機電設備的空間模型，幫助技術人員快速實施方案對比和優化。

2.5 工程量核算

在核算工程項目造價時必須對各個分項分部工程的具體施工內容、工程量、材料使用量等做出詳細的統計，然后再核算出人工費用、機械費用、項目措施費用，最后再根據定額套用的要求計算出每一項施工內容的單位造價，將其和工程量相乘就能得到某一項具體施工活動的造價。在實際操作過程中有可能會出現工程量核算錯誤的情況，常見的為重復計算或者漏算。機電管線施工的難點在于線路長度大、轉彎方向多。例如，技術人員在統計管道施工的工程量時就要將其直線段、彎頭段的長度分別計算出來，整個過程容易出現錯漏。利用BIM軟件構建了機電管線的三維可視化模型之后，由于系統利用數字化的方式來模擬這些工件，因而能夠計算出各種管線的長度。實際上，在工程造價算量中一般不會使用到BIM軟件中的數據，這些軟件也不是為造價核算而設計的，但是造價管理人員可參考軟件系統中的數據，借此來檢查自己的核算結果，進而提升機電管線工程量核算的精確度[6]。

2.6 促進各專業協調施工

建筑機電安裝工程涉及各個專業之間的配合，土建專業主要完成機電設備的基礎施工、預留施工以及預埋施工，而各個專業之間在布線、排管、設備布置方面也會相互影響，這就要求各個專業之間加強技術合作，提前發現空間和布局方面存在的問題，并且就具體的施工順序達成共識，否則施工活動將會陷入混亂中。在傳統的施工模式下，各專業利用圖紙分析其自己的施工內容和機電設備安裝方式，并不能及時掌握其他專業的施工內容和具體需求，這樣很容易產生沖突。將BIM技術引入工程管理之后，項目部可將整個項目的三維模型建立出來，各個專業的技術人員不僅能觀察到自己負責的施工內容，同時也能觀察到其他專業的施工內容，相互之間可以商量出具體的施工順序，促進各個專業之間的協調作業。

2.7 施工進度管理

工程項目的進度是建設單位和施工單位都非常關注的內容，傳統模式下由施工單位向業主、監理上報進度資料，但是建筑工程項目的施工內容非常繁雜，尤其是機電安裝工程，先是管道、穿線管就位，然后是放線，接著是安裝機電設備，最后再完成接線操作。內容過于詳細， 在進度管理以及進度資料的上報上比較滯后，并且還不能做到全面覆蓋。基于BIM技術的進度管理功能，利用激光掃描或者數碼相機全景掃描技術，形成3D或者4D建筑模型，掃描后所形成的模型會覆蓋所有已經完成施工的內容，進而幫助各方管理人員快速而全面地掌握進度信息。

3 BIM技術在機電安裝中的具體實現方法

3.1 BIM技術的主要軟硬件工具

第一，功能性軟件。BIM技術是利用一系列現代化的軟件構建建筑物基礎、機電設備、機電管線的三維立體模型，目前功能最全面的BIM軟件是Autodesk Revit，機電設備及管線的設計主要由ArchiCAD來完成，建筑物中的預埋電氣管線、暖通空調管線等在空間上有可能產生沖突，管線碰撞自動檢查是BIM技術的一大優勢，用于實現這一功能的軟件為Naviswork，Revit軟件在建筑物整體建模中的效果最為突出，其他的功能性軟件要和Revit實現有效的配合。BIM中可對建筑物基礎以及各種管線設備實現三維展示，此時要使用到3DMax等用于3D顯示的插件。

第二，硬件配置。由于BIM技術中使用的軟件系統要進行大量的數據運算，因而對服務器性能、數據庫性能以及網絡傳輸速度提出了較高的要求，在搭建系統的過程中應該結合項目復雜度、工程量等因素合理配置服務器的運行內存（通常要求在8G以上）、硬盤存儲空間（如1T以上）。

3.2 基于BIM技術的機電安裝施工流程

第一，建立三維模型。以工程圖紙為核心依據，明確混凝土基礎、機電設備、機電管線的各種參數，然后在BIM軟件中建立工作集，每一個專業還可建立專屬的子工作集，然后利用軟件系統中預設的組件搭建出三維模型。

第二，碰撞監測。此處的碰撞檢測可分為三種類型：一是對建筑結構的碰撞檢測，避免混凝土基礎產生設計缺陷;二是檢查管線和機電設備與混凝土基礎是否存在碰撞或者空間位置不合理的情況，檢測過程中要考慮到后期安裝及維修操作的便捷性;三是檢測管線之間是否存在相互碰撞的問題，控制好管線之間的間距。

第三，管線優化設計。在完成了機電設備和管線的三維建模、碰撞檢測之后，軟件系統會自動分析出其中存在的問題，如果圖紙本身就存在設計不合理的情況，那么技術人員應該及時向設計單位反饋具體情況，并且盡快設計出優化后的圖紙，管線碰撞檢查是一種有效的事前控制策略，應用價值很大。在優化管線的過程中一定要充分重視重力流管道和非重力流管道，前者以重力作用為動力，坡度要求較高，應該優先予以考慮。

第四，輸出圖紙。BIM系列軟件還具備自動形成圖紙的功能，并且支持圖紙的打印，具體包括了平面圖、剖面圖、三維軸測圖以及具體的BIM三維模型圖，可輔助工程技術人員完成安裝作業。

4 結語

BIM技術是利用現代化的軟件來模擬各種建筑信息，最具價值的是建立建筑物內外部結構的三維可視化模型，輔助管理工程進度、工程量核算等。在建筑機電安裝中可利用BIM技術來模擬機電管線和設備的三維模型，進而幫助技術人員檢測管線碰撞、預留預埋、空間利用等問題，還能對比優化各種施工方案。

參考文獻：

[1] 楊磊，陳健.BIM技術在機電安裝行業的應用與發展[J].建筑技術開發，2014，41（11）：60-62.

[2] 鄭磊.建筑機電安裝工程中BIM技術的應用研究[J].工程技術與發展，2020，02（01）：16.

[3] 李海波.BIM技術在建筑機電安裝工程中的應用分析[J].2019（30）：34-35.

[4] 超彭.試析BIM技術在建筑機電安裝深化設計中的應用[J].建筑技術研究，2019，02（06）：187-188.

[5] 任國強.BIM技術在機電安裝施工中的運用[J].城市建設理論研究：電子版，2015，05（36）：3012.

[6] 岳杰.BIM技術在醫療建筑機電安裝中的應用價值分析[J].世界最新醫學信息文摘，2017（01）：143.