BIM 技術在城市建設機電工程管理中的應用

孫殿璞

（吉林省安泰市政工程有限公司遼寧區域監理四部，遼寧 大連 116000）

城市機電工程是我國基礎設施發展的重要組成部分，主要應用于城市交通信號設施、街道照明設置、安全視頻監控設施等，如何提高城市機電工程管理是業界需要關心的事情。BIM 技術是基于虛擬構建模型的一種高新應用技術，通過三維建模方式，模擬整個施工全過程[1]。因BIM 技術具有可視化、集成化、仿真性等特點，無論是管線碰撞檢查還是組織協調，都為城市機電工程的施工管理提供了極大的便利條件，開啟了機電工程管理方法新維度。

1 BIM 技術特點

BIM 技術是根據項目工程數據建立三維建筑模型，可以直觀地展示整個項目施工全過程，為各參建單位提供參考數據。在機電工程建設中，BIM 軟件可以將整個工程進行系統化，根據項目的實施隨時優化施工流程，不斷將更改的信息反饋至各參建單位端口，在節約工程成本的同時提升了溝通效率[2]。BIM 平臺可以進行項目全壽命周期管理，各個環節可以利用動態數據進行展示，保證了項目的協調性，提高了數據的準確性。BIM 技術主要有以下特點。

1.1 可視化展現

通過搭建的三維模型，在BIM 平臺窗口可以展示設計成果、施工動態、管道碰撞和設備操作等。這種可視化的功能，讓管理人員能夠更好地預判工程質量和安全的關鍵點。

1.2 集成化聯動

在建模的過程中，系統可以將各個構件有機聯動，把整個項目集成為一體。當一個構件位置發生改變時，相關的從動構件也跟著改變，更容易把握施工質量，提高工作效率。

1.3 參數化設計

BIM 技術擁有強大的“族”指令，擁有豐富的機電工程“族群”，同時也支持設計者自行編輯的“族”。通過“族”輸入參數后直接生成相關構件，快速便捷，提高設計者工作效率。當現場發生改變時，只需要調整參數即可重新生成構件，免去了傳統需要點、線、面繪制的弊端。

1.4 仿真化模擬

BIM 平臺可以對搭建好的模型進行動態模擬。將相關的分部分項工程賦予定額后，通過仿真模擬可以對整個機電工程的工期、成本進行計算，同時也可以對整個工程的重點、難點進行預判，提前做好預案消除施工沖突。

1.5 全過程協調

因BIM 平臺可以共享數據信息，各參建單位在授權的端口均可提取相關數據。對整個工程的設計、施工、運營有效地組織協調，提高了各單位的溝通效率，打破了地域與時間的壁壘。

2 城市建設機電工程系統

城市建設項目中，機電工程由交通信號控制系統、街道照明供配電系統、安全視頻監控系統組成。

2.1 交通信號控制系統

交通信號控制系統的基本組成是系統控制中心、交通燈控制器、信息數據傳送裝置。系統控制中心可以識別數據圖像，進行交互處理后由信息數據傳送裝置反饋至用戶端，同時用戶也可以在操作平臺控制信號系統。

2.2 街道照明供配電系統

街道照明供配電系統一般由接戶線、進戶線、總配電箱、干線、分配電箱、支線和用電設備等組成。照明供配電系統有放射式、樹干式和混合式等接線方式。

2.3 安全視頻監控系統

安全視頻監控系統是由影像采集、數據傳輸、信息登記組成。視頻攝像設備采集影像，然后經過通信光纜把數據傳送至終端，終端控制器再將數據分別傳送至各子監視端口，然后信息經過登記存儲到各系統中。

由此可見，城市建設機電工程的內容繁雜，機電設備安裝時需要較高的專業能力。同時組織管理難度較大，且具有一定的風險性。系統組成如圖1 所示。

3 城市建設機電工程中BIM 技術應用的優勢

3.1 提升機電項目工作效率

BIM 技術的核心就是利用相關軟件搭建數據模型，城市機電項目利用BIM 技術可以把所有相關數據反映到信息模型上，管理人員按照需求可以選擇性地對數據進行分析與對比，大大提高項目信息的利用率。建模人員根據圖紙與相關場地信息創建機電工程三維模型，然后將各分部分項工程設立成子菜單，項目管理人員通過BIM 模型就可以得到對應的施工信息及相關的設備材料參數。在施工過程中，BIM 系統可以不斷地完善工程信息，將機電工程的技術要求、材料設備信息、管件節點和管線布置等形成一個項目數據庫。不僅可以為各參建單位提供有力的技術支持，而且可將更多的項目信息有效應用到機電施工活動中，確保機電工程建設的施工效率和質量。

3.2 促進項目信息的共享

BIM 軟件提供了多方協同工作的模式，在城市建設中一般將土木工程與機電安裝工程分開，但是在建模時可以共同使用一個模型進行管理。BIM 建模人員根據設計、施工、監理和檢測人員提供的信息同時覆蓋到數據模型中，形成的大型數據庫可以上傳至云端，然后授權開放端口，各參建單位這樣就可以利用數據模型為工作提供便利，實現信息共享的目的。相關管理人員通過BIM 可視化功能能夠及時了解項目最新信息，如果發現某處存在問題可以及時標記，建模人員發現后實時進行更改反饋，保證機電項目的實施質量。

3.3 提高機電項目管理水平

城市建設中機電工程涉及的內容繁雜，需要各分部分項工程有序協調配合才能完成，否則容易產生成本風險。BIM 技術可以對機電工程項目全生命周期進行管理：其可視化方便管理人員檢查分析；其集成化可以將整個施工項目整合為一體；其仿真性可以模擬施工。這樣可以更科學地為施工組織策劃，選擇更適合本工程的施工方法，提高項目管理水平。例如，當工期延誤時，管理人員可以通過BIM 技術模擬施工，根據流水節拍和流水步距選擇作業方式。這樣不但可以縮短工期，并且可以有效控制施工材料，實時對關鍵線路進行優化，促進機電工程穩定快速的建設，實現全過程管理。

4 BIM 技術在城市建設機電工程管理中的應用

4.1 BIM 技術設計管理

因BIM 技術具有協同性與可視化性，所以不再受工作地與視圖的限制。在機電工程初步設計時，BIM 技術人員可以參照現場實際情況進行建模，此時相關專業人員根據施工工序及相關的規范要求，隨時對建好的模型進行評價分析，不斷對設計圖紙進行優化，減少設計變更的概率。同時，需要參考多方管理人員反饋的意見，根據設計圖紙模擬管線安裝路徑，必要時對管件節點做“爆炸”處理，方便施工人員安裝。涉及設備尺寸與標高時要考慮原有建筑的位置，防止出現機電設備與其他管道碰撞或預留空間不滿足設備尺寸問題的發生。建模完成后需要模擬施工，合理分配工程的時間、資源、投資等相關參數，驗證工程實施的可能性，并不斷優化設計圖紙，直至滿足機電工程施工為止。

4.2 BIM 技術質量管理

機電工程在施工時會遇到間距不規則、管線碰撞等問題，嚴重影響管線敷設質量。BIM 技術人員在建立3D模型時，可以對復雜的機電工程進行碰撞檢測，提前對不合理的位置進行預警，為施工質量奠定基礎。城市建設機電工程結構相對復雜，不同子系統的施工活動可能會遇到交叉點，BIM 技術可以幫助機電工程進行碰撞檢測[3]。碰撞檢測是BIM 技術最基本的應用，通過搭建的數據模型，管理人員可以直觀地檢查管線系統整體布局，調整各分部分項、各子系統的位置，達到提前評估整個機電系統潛在風險的作用。

BIM 技術也可以對有限空間進行合理布置。在優化綜合管道時如果管線布置比較密集，可以使用組合支架分層進行布置。如果管線比較分散時，在允許的前提下減少管線間距，這樣可以提高有限空間的利用率。同時，BIM 技術也為安裝順序與工藝流程提供了參考，使現場施工人員更能理解安裝要求，提高了施工質量。

4.3 BIM 技術成本管理

BIM 技術可以對整個機電工程的全壽命周期進行分析。分部分項工程的綜合單價主要包含人、材、機，技術人員在建模時，可以對每個構件賦予計價編碼，根據編碼體系匹配對應的定額。機電工程施工人員利用BIM數據庫，勾選對應的構件即可匯總出對應的人、材、機，十分清晰展現出所需要的資源，項目管理人員即可對整個項目資源進行優化，節約成本避免浪費[4]。工程建設期間，有關各方利用信息模型可以對材料投入量進行有效管理，并根據城市建設機電工程的特點制定企業定額，更能滿足生產計劃。

項目管理人員借助BIM 數據庫提供的信息，建立完善的物料供應鏈，嚴格進行物料管理，可以減少資源浪費，滿足機電工程項目的成本管理要求。此外，BIM技術還可以動態分析項目數據變化，創建工程量清單，項目管理人員以此進行細化，計算出每個節點的工程量來設置限額領料單，這樣可以更科學地進行項目成本控制。

4.4 BIM 技術進度管理

在機電項目施工過程中，因為需要多專業協同建設，增加了進度控制的難度，導致項目工期延誤時有發生。BIM 技術的出現，讓施工項目每個節點都可以進行模擬施工，保持各方施工協調進行、有序開展，使項目工期進度得到了有效控制[5]。在日常機電工程施工中，進度主要受工地布局、管線布置、設計變更等多種因素影響。管理人員通過模擬工藝流程，合理編制安裝作業指導書，對關鍵工作與關鍵路線進行合理分析，使工期更能夠得到保障。并且通過BIM 平臺采集到的數據，利用贏得值法對計劃進度與實際進度進行比較，方便進度偏差的計算。BIM 平臺還可以輸入各種機電子項目消耗的資源參數，形成進度網絡圖，當進度發生偏離時可以及時采取合適的糾偏措施，優化資源分配，縮短施工工期。

4.5 BIM 技術安全管理

機電工程施工過程中，現場布局是主要工序，如果現場布局不合理，就會大大增加安全事故發生的概率。根據現場實際情況，在BIM 平臺搭建一個施工總平面布置圖，利用有效的資源合理地分配施工區、材料加工區、辦公區等工程建設功能區，使布局更加合理化，減少各個流程的影響，提高場地利用率，更有利于維護安全穩定工作實施。BIM 技術人員在建模設置相關功能區時，需要考慮機械出場是否方便、消防設施是否滿足工程需求、材料加工是否有利于工程供給，嚴格檢查模擬現場是否會存在安全隱患，對容易產生安全事故的點進行標記，方便管理人員編制有針對性的安全專項方案。

機電工程因涉及易燃、易導電的設備較多，為降低安全隱患，可以通過BIM 平臺模擬施工現場的危險源，計算危險點發生時輻射的范圍及疏散救援的難度，分析出最佳安全實施方案。利用BIM 測算出的數據，管理人員可以對危險區域做區域劃分，設計出最優救援路徑，對危險位置安裝警示標志，路面開挖地段設置交通導行等安全措施，保證機械和電氣施工安全。利用BIM 技術虛擬化特點，建立施工虛擬空間，模擬應急情況及對策等，保證施工人員掌握危險源的處置方法，有利于提升施工人員自我安全防護意識。同時將BIM 平臺采集到的安全信息數據共享，為以后其他項目提供參考，這樣不但提升工作效率而且還降低安全培訓的成本。

4.6 BIM 技術協調管理

機電項目協調管理主要包括2 方面，一方面為工程本身涉及的工序多，設備安裝時交叉性作業復雜，需要協調的施工步驟較多；另一方面是各參建單位的協調，因現場實際情況不同，尤其地下隱蔽工程施工時經常會發生設計變更，這就需要與建設、設計、監理單位溝通協調。

項目技術人員通過BIM 平臺可以觀看整個工程的具體情況，這樣可以充分了解設計意圖，預先分析在各個施工階段的協調性，及時發現容易產生工序沖突的位置，為合理編制施工方案提供有效數據。對于復雜的施工段，利用BIM 技術制作成動態程序，加密生成二維碼，作業人員通過掃碼即可觀看施工流程，能夠更好地協調工序之間的順序。在鋪設地下管線時，往往會存在未知狀況，比如地下給排水管網、供熱管網、燃氣管網和通信纜線等，就為施工帶來了極大不確定因素[6]。BIM 技術人員根據現場施工人員的反饋，及時更新至3D 模型數據庫中，設計人員通過共享端口可以提取相關信息，及時了解機電設備的安裝過程中的施工難點和隱蔽點，提升了組織協調效率。只有明確地組織分工，有效地溝通協調，機電工程的施工才能完全受控。

4.7 BIM 技術運營管理

創建運營管理的組織架構，完善運營控制體系。機電工程施工結束后，因為很多管線將會被覆蓋，導致在運營階段發生故障時很難找出問題所在。而BIM 技術為運營階段提供了有效助力，當某處發生故障時，直接可以在BIM 模型中進行標記，關聯其所在的整個運行系統，將會快速鎖定導致故障發生的模塊，從而高效排查出問題原因[7]。同時BIM 也可以搭載物聯網技術，與現場機電工程進行連接，運營時如果發生故障，可以快速在BIM 平臺發出警告，讓管理人員更加快速地了解實際情況，達到實時監控的狀態。

5 結束語

綜上，BIM 在城市機電工程發展中占據了非常重要的位置。BIM 技術在機電工程中的管理與應用，使機電工程管理人員的工作效率與水平得到全面提升。這種基于數據集成和三維模型構建而產生的建設信息模型分析技術，滿足了城市機電工程建設的需要，可以有效優化施工方案，降低施工成本，為機電工程建設管理提供有力的支撐。