淺談BIM技術(shù)在建筑機電工程安裝過程中的應(yīng)用

熊向前 陳漢卿

[摘? 要]：建筑機電安裝在項目管理過程中具備專業(yè)廣泛、專業(yè)性強等特點，目前采用傳統(tǒng)平面圖紙指導現(xiàn)場施工的方法，存在難以反映各專業(yè)管道空間交叉位置，后期施工易發(fā)生管道碰撞等問題，管理人員需耗費大量人力、物力、時間作前期技術(shù)交底和現(xiàn)場協(xié)調(diào)工作。文章通過分析BIM技術(shù)在建筑機電安裝中的應(yīng)用，提前暴露平面圖紙設(shè)計與實際不符、各專業(yè)管道交叉碰撞等問題，從而進一步優(yōu)化設(shè)計及施工方案，為后期施工提供技術(shù)支持，達到加快施工進度，提高工程質(zhì)量，降低施工成本的效果，為今后的建筑安裝工程施工提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]：建筑安裝; BIM技術(shù); 項目管理

TU806A

隨著國家對BIM技術(shù)的大力推廣和廣泛應(yīng)用，BIM技術(shù)在國內(nèi)建筑行業(yè)領(lǐng)域也得到了迅速發(fā)展。越來越多的大型建筑企業(yè)將BIM 技術(shù)應(yīng)用于項目的全周期管理。為進一步推廣BIM技術(shù)在建筑業(yè)的應(yīng)用，各省市陸續(xù)發(fā)布各項指導意見與實施辦法，以廣東省為例：省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳發(fā)布了《關(guān)于開展建筑信息模型 BIM 技術(shù)推廣應(yīng)用工作的通知》，到2014年底，啟動10項以上BIM技術(shù)推廣項目建設(shè);到2015年底，基本建立我省BIM技術(shù)推廣應(yīng)用的標準體系及技術(shù)共享平臺;到2016年底，政府投資的2萬m2以上的大型公共建筑，以及申報綠色建筑項目的設(shè)計、施工應(yīng)當采用BIM技術(shù)，省優(yōu)良樣板工程、省新技術(shù)示范工程、省優(yōu)秀勘察設(shè)計項目在設(shè)計、施工、運營管理等環(huán)節(jié)普遍應(yīng)用BIM技術(shù);到2020年底，全省建筑面積2萬m2及以上的建筑工程項目普遍應(yīng)用BIM技術(shù)[7]。

1 BIM 技術(shù)在建筑機電安裝深化設(shè)計中的應(yīng)用

建筑機電管道安裝在平面圖設(shè)計階段存在區(qū)分專業(yè)、區(qū)分系統(tǒng)進行管道繪制的情況，各個專業(yè)設(shè)計人員之間溝通少、配合度低，再加上管道類別復雜、交叉繁多、缺少統(tǒng)一規(guī)劃，對空間合理利用考慮欠佳，必然會導致管道布置發(fā)生沖突。那么BIM 技術(shù)將是建筑機電圖紙深化過程中最重要的一個環(huán)節(jié)，通過BIM建立機電安裝工程全生命周期的信息庫，使得各專業(yè)設(shè)計人員、建設(shè)方及施工方等都能參與其中，能夠很好的消除施工中交底不徹底的弊端，不僅提高了設(shè)計質(zhì)量，同時也提高了施工效率和質(zhì)量。

1.1 傳統(tǒng)工藝在建筑機電安裝中的局限性

建筑機電安裝工程在施工管理中，現(xiàn)場工程師需要結(jié)合企業(yè)管理目標要求，對現(xiàn)場的施工成本、工程進度、施工質(zhì)量和安全進行全方位管控。在傳統(tǒng)的安裝施工管理中，為防止后期施工中不同專業(yè)管道安裝發(fā)生碰撞，工程師利用掌握的項目資料，結(jié)合實際情況，運用自身技術(shù)經(jīng)驗，依靠CAD二維圖紙輔助管理，通過復制疊圖找出不同專業(yè)的管道交叉的位置，從而調(diào)整空間布局，有效地控制好設(shè)備、管道、電纜橋架等在空間上的排列走向，確保項目施工的可行性、美觀性和生產(chǎn)使用中的實用性。然而，這種現(xiàn)場施工管理模式要求工程師必須具有較高的專業(yè)水準，同時也不利于現(xiàn)場技術(shù)交底，工程師往往需需要花費大量的時間與施工單位進行溝通交流，并且存在因為技術(shù)交底不徹底而耽誤工期的隱患，具有較大的局限性。

1.2 BIM技術(shù)在建筑機電安裝中的應(yīng)用

隨著建筑信息化的快速發(fā)展，BIM技術(shù)在建筑機電安裝設(shè)計及圖紙深化過程中所發(fā)揮的作用日漸突顯。在項目管理中，可應(yīng)用BIM技術(shù)建立一個三維可視化虛擬建筑模型，模型中所有的構(gòu)筑物都是參數(shù)化的模型，能夠幫助設(shè)計人員和現(xiàn)場工程師在圖紙深化階段及安裝施工中及時發(fā)現(xiàn)并解決管道碰撞、凈高不足等問題，減少現(xiàn)場返工次數(shù)，防止資源浪費，從而有效控制項目成本，提高設(shè)計及安裝施工質(zhì)量[2-3]。BIM作為建筑信息的載體，在設(shè)計中能夠較好地解決建筑中的梁與管道、預(yù)留洞口與管道、管道與管道之間的沖突問題，保證設(shè)計圖紙能準確地反映出設(shè)計者意圖[4]。

建筑機電安裝工程管道布置包括：消防噴淋管、消防栓管、防排煙風管、給排水管道、空調(diào)送排風管、空調(diào)冷凍水管、冷卻水管、強弱電纜橋架、線槽等管道。綜合調(diào)整布局是深化設(shè)計的主要內(nèi)容，目的在于調(diào)整管道的空間關(guān)系。BIM的可視化三維模型能夠直觀地將各專業(yè)管道空間位置關(guān)系展現(xiàn)出來，并通過BIM的“碰撞檢查”功能，快速、正確地幫助設(shè)計人員和現(xiàn)場工程師發(fā)現(xiàn)管道沖突碰撞位置，及時優(yōu)化處理[5]。隨著BIM技術(shù)深化設(shè)計的推進，施工圖被不斷調(diào)整完善，最終使得施工圖紙更具有可操作性，減少施工現(xiàn)場返工，具體有幾點：

（1）通過運用BIM技術(shù)合理布置各專業(yè)管道，特別是房建工程地下車庫管道復雜，BIM技術(shù)能夠最大限度地提高地下車庫頂部空間使用，優(yōu)化管道路徑，減少管道沖突造成的二次返工。

（2）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在施工前通過BIM技術(shù)確定管道路徑和預(yù)留套管的精確位置，減少后期在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中二次開洞。

（3）彌補原圖紙設(shè)計的不足，減少在施工過程中因圖紙問題造成的人力、物力和財力的浪費。

（4）協(xié)調(diào)解決管道豎井的各專業(yè)管道布置，保證管道井預(yù)留足夠空間完成各類管道的安裝、檢修和更換工作。美國斯坦福大學設(shè)備工程中心曾總結(jié)過，建筑行業(yè)中使用 BIM技術(shù)帶來的好處：①通過BIM技術(shù)深化的圖紙準確率高、出圖效率高、施工過程中少返工;②由設(shè)計圖紙與現(xiàn)場實際情況不相符而變更產(chǎn)生的資源消耗下降了30%;③運用BIM碰撞技術(shù)分析解決機電管道碰撞問題，為合同價格減少了10%;④BIM技術(shù)的最直觀的特點就是三維可視化，同時又將建筑信息模型運用到建筑安裝工程施工階段中，使得施工效率大大提高，縮短了工期[6]。

2 應(yīng)用實例

南京某綜合體項目，建成后可實現(xiàn)商務(wù)辦公和五星級酒店運營。在項目設(shè)計階段和施工過程中，通過BIM技術(shù)解決了設(shè)計不合理、管道碰撞等問題，完成空間優(yōu)化和施工方案優(yōu)化。

建筑論壇與建筑設(shè)計熊向前， 陳漢卿： 淺談BIM技術(shù)在建筑機電工程安裝過程中的應(yīng)用

2.1 建立BIM模型

將原設(shè)計圖紙的構(gòu)件參數(shù)通過BIM軟件處理，建立建筑模型，創(chuàng)建過程根據(jù)現(xiàn)場實際情況，著重考慮建筑機電部分的模型創(chuàng)建。地上主體結(jié)構(gòu)和地下主體結(jié)構(gòu)通過原設(shè)計平面圖紙參數(shù)創(chuàng)建輪廓模型，裝飾裝修部位模型不考慮。在機電模型創(chuàng)建中，必須細化到各專業(yè)機電管道空間及管道走向，提高建模的精確度，這樣才更具參考性、正確性、可行性。BIM技術(shù)的創(chuàng)建模型及深化流程，如圖1所示。

2.2 主體結(jié)構(gòu)施工前期優(yōu)化施工工藝

根據(jù)建筑平面結(jié)構(gòu)圖建立綜合體項目BIM模型，通過優(yōu)化各專業(yè)管道路徑及標高，建立BIM機電數(shù)據(jù)模型。將結(jié)構(gòu)模型和機電模型整合并進行分析，選擇關(guān)鍵部位，深化圖紙，將需提前在鋼筋混凝土主體結(jié)構(gòu)上預(yù)留套管的部位確定出來，導出設(shè)計圖紙進行提前預(yù)留，避免后期在受力的主體結(jié)構(gòu)中進行二次開洞，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，造成人力、財力、物力的浪費。特別是建筑的走廊部位，寬度和凈高有限，既有跨梁又有吊頂，加之頂部管道繁多復雜，通過BIM優(yōu)化調(diào)整布局，保證后期有足夠的吊頂空間，如圖2所示。

2.3 建筑機電安裝前期優(yōu)化

根據(jù)建筑機電平面圖紙，建立各機電管道BIM模型，將模型合并后進行管道碰撞檢查，解決安裝平面設(shè)計圖紙中存在的問題。特別是商業(yè)綜合體地下車庫中（圖3），由于管道錯綜復雜，管道之間的碰撞問題較多，通過BIM建模進行檢查，避免在施工過程中的返工，造成材料浪費。

BIM技術(shù)在各專業(yè)管道空間利用中具有明顯優(yōu)勢。建筑物走廊中，各專業(yè)橋架、防排煙管、新風管、消防栓管道、噴淋主管道及支管排布雜亂，使得后期走廊吊頂高度達不到設(shè)計規(guī)范要求，影響驗收。通過BIM技術(shù)，依據(jù)有壓管讓無壓管、水管讓風管、支管道讓主管道的原則重新布置管道位置，化解矛盾點，使走廊吊頂空間利用率達到最優(yōu)化。如圖4所示，走廊部位通過BIM優(yōu)化，在主體混凝土澆筑之前，將噴淋套管預(yù)留至優(yōu)化位置;在機電安裝之前，將各專業(yè)管道重新布置，強弱電橋架排布在兩邊，既能防止強電對弱電的干擾，同時又使走廊吊頂高度提高了100 mm。

2.4 建筑機電安裝工程施工前方案優(yōu)化

由于商務(wù)酒店建筑結(jié)構(gòu)復雜，對空間利用提出了很高要求，特別是酒店走廊、地下室設(shè)備間的空間利用，往往是機電施工方案優(yōu)化的著重點，通過會議的形式討論施工方案會消耗大量的時間，存在溝通不徹底、不充分的情況。BIM技術(shù)在此項目的機電安裝工程施工方案中取得了較好的效果。機電各專業(yè)運用BIM 技術(shù)相互協(xié)調(diào)合作，把各機電設(shè)計圖紙整合成BIM三維模型，運用BIM 技可視化的特點進行施工方案論證，能夠及時、清楚地把管線布置存在的問題反映出來，在施工過程中，便于項目工程師和各專業(yè)施工人員之間的溝通、交流，能夠更快地作出最優(yōu)化的方案，解決最棘手的問題。

3 結(jié)論

建筑機電安裝工程在項目管理過程中專業(yè)最多、專業(yè)性最強，包括給排水、電氣、采暖、消防、燃氣、通風、空調(diào)、智能化等相關(guān)專業(yè)，工程師在管理過程中必須認真負責，嚴格按照規(guī)范和安裝圖集的要求對現(xiàn)場施工進行管理，加強對現(xiàn)場安裝材料、安裝質(zhì)量和安全生產(chǎn)的管控力度。BIM技術(shù)在建筑機電安裝工程過程中的應(yīng)用，可以優(yōu)化管道布局、完善設(shè)計圖紙、減少返工現(xiàn)象，從而提高施工質(zhì)量、加快施工進度，降低施工成本。同時，BIM技術(shù)模型的直觀效果，能夠更好的對施工人員進行技術(shù)交底，提高施工人員的專業(yè)素質(zhì)，確保項目能夠按期保質(zhì)保量完成。

參考文獻

[1] 廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳. 關(guān)于開展建筑信息模型BIM 技術(shù)推廣應(yīng)用工作的通知[S]，2014.

[2] 楊太華，汪洋，王素芳.基于BIM技術(shù)的建筑機電安裝工程施工階段精細化管理[J].武漢大學學報，2013（10）.

[3] 張建平，李丁，林佳瑞，等.BIM在工程施工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2012（8）.

[4] Hanna， A.， F. Boodai， M. El Asmar. The State of Practice of Building InformationModeling （BIM） in the Mechanical and Electrical Construction Industries[J]. Journal ofConstruction Engineering and Management， 2013： p.10.1061/（ASCE）CO. 1943-7862.0000747.

[5] 章夢晨.基于BIM 的機電安裝工程深化設(shè)計應(yīng)用研究[D].廣州： 廣州大學，2016（18-19）.

[6] 牛博生.BIM技術(shù)在工程項目進度管理中的應(yīng)用研究[D]. 重慶：重慶大學，2012.