探析BIM技術在機電施工管理過程中的應用
——以天悅家園項目為例

陳威

廣東省水利水電第三工程局有限公司 廣東 東莞 523710

1 BIM的應用背景

1.1 BIM在工程中的應用

BIM是一種基于3D數字化技術，將施工項目的各項相關信息綜合在一起的可視化的建筑信息模型。通過 BIM技術，可以對工程項目進行動態管理，通過對施工過程、材料、進度、安裝等信息進行實時跟蹤，防止出現返工、拆除等情況，從而有效地控制工程成本，提高企業的結算利潤。

1.1.1 對工程管理的業務過程進行優化

大部分建設工程的工作量很大，系統復雜，信息量大。利用 BIM技術建立的數據模型能直觀地顯示出管網如網線，電線等的具體位置和參數，并能直接從圖表中讀出彼此的位置關系，方便維護。在部件的位置轉移和替換過程中，對模型進行了信息的更新，并對變更的時間、維修信息進行了記錄，確保了數據的完整性和精確度。BIM是一種新型的建筑設計技術，它將信息技術應用于建筑設計的各個環節，以實現對整個業務過程的優化、效率的提升。

1.1.2 模擬施工

原來的建筑矛盾主要表現在對其它專業、工種、工序不了解的情況下，所以在處理矛盾時，多數方案都會受到工地上已經完工的部分的限制，而采取被動的改變，導致重新設計或者部分拆除，這不僅會增加成本，還會延誤工期。若應用 BIM技術，對建筑物、機電設備進行三維造型，按實際尺寸按順序排列管道，并對其進行碰撞檢驗，在設計建模時，可以發現不同的沖突和碰撞，并及時做出相應的修正，從而降低不必要的重復工作，增加一次安裝的成功率。

1.2 BIM技術最大特點

BIM技術木的最大特色就是參數化設計。在此基礎上，可以在機電安裝工程中運用 BIM技術，按照工程需求進一步深化模型，對每個終端點進行檢驗，在工程方案確定前，提前對管道碰撞問題進行檢測，并向設計單位反饋，避免由于圖紙原因造成的工期延誤和返工，降低返工成本，減少資源浪費，從而達到真正指導施工的目的。

2 BIM技術在機電施工管理中的優勢

BIM是一種以三維數字化信息技術為基礎的技術，通過構建機電工程項目的三維可視化模型，對所引入的工程項目進行參數化設計、可視化顯示，方便各方在統一的數據平臺上進行溝通、交流，進一步優化施工方案。BIM技術能夠對項目進行動態管理，監測、預警、變更有關參數，減少或避免返工、拆除，從而達到對項目成本的控制，保障公司的利益。

2.1 基于云平臺工作組的模型同步

機電工程的改造工程涉及設備、施工、監理、咨詢、業主方等多個方面。為了實現多用戶的協作，確保機電工程中多個用戶的一致性，可以采用分布式的云計算技術。根據這一技術，組建了工程項目云平臺工作小組，在各參與方變更后，及時更新 BIM數據模型，以保證所有參與者都能使用同一個模型，有效地防止因模型更新、圖紙變更等原因造成的錯誤，同時對施工現場的返工進行嚴格控制。

2.2 基于協同平臺的參數化設計

工程機電工程具有體量大、信息量大、涉及面大等特點。通過 BIM技術建立的三維信息模型，能夠清楚地顯示出管網的具體位置，以及線管、網線、管網、管道等相關的數據。在更換或移動的過程中，可以對 BIM進行實時的更新，并對更新的數據進行詳細的記錄，確保了資料的完整性和準確性，便于后續的維修。

2.3 基于施工模擬的碰撞檢測

利用 BIM技術建立了機電設備的三維數字化信息模型，并根據其尺寸對工程進度進行了仿真。施工仿真可以發現在設計、施工各階段存在的問題，施工單位要根據模型進行溝通、協調，做出相應的調整，降低返工次數，提高施工效率。

2.4 基于BIM技術的物資設備管理

機電工程涉及到大量的材料和設備的管理，項目經理可以根據工程的建設進度，根據工程的不同階段，采用 BIM的三維數據模型，對工程的實際工程量進行快速的計算，既能保證材料的管理，又能為材料采購計劃的編制提供準確、及時的數據支持，并根據定額領料制度，對現場物料進行管理。

3 BIM技術在機電施工管理中的應用

3.1 深化設計

機電工程的深化設計主要包括：暖通、空調、排水、消防、強電、弱電等。在傳統的深層次設計中，由于缺少直觀的表現，大部分的沖突都是由設計師根據自己的經驗進行的，因此在實踐中會出現很多錯誤，造成返工、工期延誤等問題。在BIM技術的應用下，可以通過BIM三維信息模型進行深層次的管線優化，大大提高了工程的后期質量，減少了變更和修改，達到了節約投資的目的。BIM深化設計已成為 BIM技術的一大優點，通過 BIM技術深化設計，可以充分體現深化設計要求，如深化設計復核，末端定位和預留，強化設計對施工的控制與指導；能模擬施工工藝，控制施工過程的難點、重點以及進度；通過BIM模型，可以實現工程量的自動計算；能實現全方位可視化的全方位設計溝通；整合建筑設施和設備信息，為以后的操作提供支持[1]。

3.1.1 碰撞檢驗

利用 BIM技術建立了機電設備的管道模型，利用三維數據模型對設備進行了管道碰撞檢測，根據模型預警生成的檢驗報告，對設計方案進行了優化。對機械、電氣設備和建筑的梁、柱、墻進行沖突監控，保證各個專業管路之間不會發生沖突，并采取適當的路由等措施，使得機電管線的布置更加科學合理。采用BIM技術實現了機電管道設備的一體化布置，減少了施工難度，方便了現場施工。

3.1.2 協同工作

在 BIM的基礎上，各參與方對各專業的設計方案進行了優化，BIM平臺將最新的設計信息導入BIM模型，進行協同驗證，使得各參與方、各專業的數據在BIM的集成平臺上進行協同工作，實現了所有的信息共享，使得整個過程更加順暢。

3.2 施工工程造價

BIM不僅可以構建房屋的模型，還可以與本地的建材市場進行連接，在購買的過程中，可以獲得大量的信息，從而更好的進行工程成本的管理。在運用BIM計算機模型時，可以參考實際需求，列出材料清單，這份清單上不僅有單價，也有總價，最后由主管人員進行計算，以判斷方案的可行性，并對問題進行分析。采購物資的時候，要將相關的數據存入電腦，保證所有的工作都有工作記錄，方便審核。而且，BIM技術還能根據材料的市場行情，找出最適合的解決辦法，這可比手工操作簡單多了，還能節約大量的資金。在采購的過程中，他們會選擇最適合自己的方式，選擇最好的，最便宜的。BIM技術可以對建材市場進行動態監測，在采購過程中，建筑企業可以采購更便宜、更多的原材料，并對其進行成本控制。

3.3 可視化

采用BIM技術的3D可視化功能，在施工過程中，根據3D圖紙進行技術交底，實現三維和二維圖形的互相轉換，從而實現工程設計更清晰，更準確的目的。根據BIM模型的可出圖性質，推導出各種設計圖，可對下料、安裝、機電管道進行復查，保證工程的精確度。虛擬現實技術和 BIM技術的結合，使得3D技術和建筑管理的有機結合，使得三維圖形更加直觀、易于理解[2]。

3.4 輔助裝配施工

工廠預制生產必須根據圖紙上的電氣元件尺寸來進行預制。工廠生產的優勢有以下幾個方面。

3.4.1 規模化生產

通過 BIM技術，可以對機電產品進行參數化、可視化設計，并能自動生成相應的2D圖形，而工廠則可以利用預加工圖，用專門的流水線對零部件進行加工，從而達到大批量生產的目的。

3.4.2 精確預算，節約物料

人工辨識預制件不但容易出現錯誤，而且所能表達的信息也十分有限，而BIM技術所產生的零件圖形，能精確地與具體工程內容相匹配，并能準確地確定所需的材料，大大提高了零件的生產效率和質量，減少了材料的浪費，并能直接減少成本。工廠預制不受場地條件和其它工程進度的制約，可根據材料、加工尺寸等要求自己生產。

3.5 施工模擬

運用BIM技術進行施工模擬、漫游展示，實現了施工過程的動畫化，使得施工過程更加清晰直觀。利用工程模擬技術，進行輔助施工計劃的制定，使得施工管理更加條理化、簡潔。將BIM模型、施工方案和施工現場施工有機地結合起來，在施工中可以利用BIM模型進行現場檢驗，對存在的問題及時進行調整和修正，以確保施工的準確性，減少拆改和返工。

3.6 管道設計的應用

就機電設備而言，由于機電設備的安裝工作涉及到的技術種類繁多，因此在安裝過程中往往會遇到管路布局不合理的問題，有些線路的設計也較為先進，這就導致了設備的浪費。在這樣的環境下，利用BIM技術進行管道的布局與設計，利用BIM技術，可以將施工的相關信息顯示在電腦上，并利用3D的圖形，找出最適合的方案，再根據具體的安裝條件，進行優化，避免其他項目的干擾。需要采用BIM技術，將各種電動機裝置一起，采用不同顏色的管道進行聯接，這樣可以清楚地觀察出存在的問題，并找出最適合的解決辦法，從而合理地控制管道的工作，如圖1所示。

圖1 BIM技術在管道設計中的應用

3.7 設備維修處理

BIM系統擁有特殊的數據監測功能，施工項目經理可以對施工中的機械設備進行實時的控制，一旦發生故障，就會自動報警，減少財產的損失，同時也能提升設備的維護效率。在完成了機械工程之后，還要進行電氣設備的檢測，以免因為長期使用而導致線路老化。清晰地觀察到機器的運行狀況，當電動機的參數出現問題時，它會自動報警，讓維修人員可以更快地進行維修。BIM系統可以代替檢查和維護，將所有的零件都記錄下來，這樣就可以方便的維護保養了。如果機械設備個別部件的損失率太高，則要對全設備進行全面的檢查，看看有沒有其它安全隱患[3]。

4 項目BIM應用實例

4.1 項目概況

天悅家園項目屬于建筑分類中的一類級別，該工程總的用地面積是29130.93m2，總的建筑面積是111791.538m2。地上部分包含3棟28層商業住宅樓，一棟26層商業住宅樓以及一棟三層幼兒園。地下室為一層，含地下車庫、設備用房以及人防工程。本項目1-4號樓3層以上采用裝配式做法，地下室采用現澆混凝土結構。因首次進行裝配式施工，經驗不足，采用BIM技術進行建模。地下室線管影響空間凈高，也需要BIM技術進行管線優化，解決問題。

4.2 預制構件方面的應用

本項目結構梁、結構板為預制構件安裝，結構板采用60mm預制板加60mm的現澆層的結構。建筑在未實際施工前不清楚60mm厚的現澆層是否夠空間安裝消防、弱電、強電PVC線管。即使夠空間預埋，是否會有空骨現象，是否影響結構板強度？預制板的桁架鋼筋是否會影響PVC管線的敷設及PVC線盒的預埋？預制梁板內的預制PVC線管套管，預制排水管止水節是否設計正確，到時是否能正確拼裝預制構件，與后面現場砌筑的墻體是否會有沖突等問題。為解決上述問題，避免到實際施工時才發現問題，造成返工損失。決定采用BIM技術，按照實際預制板尺寸，及其上面的桁架鋼筋，PVC線管、線管的實際位置及規格，進行1：1尺寸精確建模，達到LOD400標準。事實上，在軟件里建模，相當于一次預施工過程，在建模過程中提前暴露出今后實際施工中會出現的問題，對圖紙進行一次深度的檢查，提前將問題暴露出來，檢查PVC線管能否在60mm厚的現澆層安裝下去，將問題反饋給設計單位，對圖紙進行修改。通過實際建模，發現大部分區域的樓板，PVC線管能預埋在60mm厚的現澆層內，但在部分區域加強電箱、弱電箱所在的客廳，或入戶玄關區域的位置，因為是線管匯集處，線管數量多，進戶線管尺寸較大等原因，造成此處的線管預埋厚度較厚，60mm厚的現澆層不能滿足敷設的要求。因此，在發現此情況后及時向設計單位反饋，并提出將這些區域的現澆厚度改為90mm，以滿足敷設的要求；通過預制梁及后續的內隔墻吸收不同板標高的影響。而對于預制陽臺板部分，因其包含排水立管的埋止水節，需要論證預制疊合板安裝完后，預埋止水節的位置是否正確，與其他專業工程設施是否有沖突。通過在設計圖上對陽臺預制板、沉箱預制板所預埋的止水節所標的尺寸進行建模，并將土建、機電模型整合進行碰撞檢查后，發現預制板所預埋的止水節靠墻太近，已侵入墻體5~10mm。將此問題截圖，形成碰撞檢查報告，反饋給設計單位。通過放置洗手盆、馬桶和淋浴器模型，與PVC排水管的建模。提前檢查衛生間的空間是否滿足要求，確定淋浴隔斷位置，檢查淋浴使用空間能否滿足實際使用需求。

5 結語

總之， BIM技術是一種非常先進的建筑建模技術，能夠在機電工程中進行建模。BIM技術在機電管道工程中具有最優的功能，可以幫助設計者在最短的時間內，找到最適合的方案，從而節約大量的資金，節約大量的時間，提高工程的質量和效率。為了增加建設單位的經濟效益，必須對建設項目的成本進行合理的控制，這兩者有著直接的關系，要對項目的投資和經濟效益做出準確的預估，以保證項目的最終效益，保證項目的工期。BIM技術可以與因特網技術相結合，為客戶提供一個專用的項目控制平臺，同時也方便了對機電產品的維護進度。