BIM在復雜建筑工程機電安裝中的應用

0 引言

隨著全球經濟的發展和城市化進程的加速，建筑項目不僅在規模上不斷增大，在技術復雜度上也日益增加，特別是在醫療、商業綜合體、交通基礎設施等領域，大型建筑項目的數量和復雜性顯著提升[1。這些項目通常包含復雜的機電系統，如暖通空調（HVAC）、給排水、電氣、消防等。系統的集成度高、接口多，對設計精度、施工質量和后期維護提出了嚴格的要求[2]。

機電安裝不僅關乎建筑的基本功能實現，更直接影響到建筑的安全性、能效、舒適度以及運維成本。同時，復雜建筑機電系統的安裝往往面臨著設計復雜性、施工難度、質量控制、成本與時間壓力以及運維管理等一系列挑戰，而傳統二維設計方式難以滿足高效管理和精細化操作的需求[3-4]。在此背景下，BIM 技術作為一種先進的信息化管理工具應運而生。

BIM技術通過構建建筑的三維數字模型，集成了建筑設計、施工、運維等全生命周期信息，實現了信息的集成化、可視化和協同化[5。BIM技術不僅能夠解決傳統二維設計帶來的局限性，還能夠提升設計精度，優化施工流程，降低項目風險，提高整體項目的效率和質量。本文結合具體工程，探討BIM技術在設計優化、施工協同、成本控制等方面的實際效用，為BIM技術在未來復雜建筑機電安裝中的普及與深化應用提供理論支持和實踐指導。

1工程概況

某商業綜合體總建筑面積約 90000m² ，其中地上建筑面積為 70000m² ，地下建筑面積為 20000m² 。建筑總層數27層，其中地上24層，地下3層。建筑提供高端辦公空間，滿足金融、貿易、咨詢等企業的辦公需求，部分樓層設有開放式辦公區、會議室、商務洽談室等設施。裙樓部分設有大型購物中心、餐飲店、娛樂休閑場所等，可以滿足人們的購物、餐飲、娛樂等需求。建筑主體結構采用鋼筋混凝剪力墻結構體系，基礎形式為樁基礎。

2工程特點

2.1深化設計難度大

深化設計有助于盡早發現問題，更精準地標注設備及管線的相對位置，便于更好地指導現場施工。商業綜合體機電系統復雜，涵蓋空調通風系統、消防系統、電梯、動力照明工程、弱電系統等諸多子項目，各系統均具有獨特性和復雜性。

同時各類項目的作業空間主要集中在室內，系統集成度高?；诖耍罨O計難度較大，不僅需要對各專業全系統進行優化，還需對參數復核計算，并對管線進行協調。

2.2施工交叉多導致協調難度大

商業綜合體單層面積大、施工周期緊，不同專業及施工單位間的交叉作業頻繁，需高效的協調和管理。施工過程中，還可能與裝飾單位、土建單位產生交叉影響，需妥善解決接口問題，避免施工沖突。此外，商業項目與招商情況緊密相關，施工過程中可能需根據不同業態要求進行頻繁調整。

2.3施工空間小、周期短、任務重

本項目施工空間狹窄，大型設備和材料的運輸困難。施工人員在狹小的空間內進行操作時，活動范圍受限，難以施展手腳，影響施工效率和質量。

3機電安裝中BIM技術的具體應用

3.1建立機電BIM模型

3.1.1 資料收集

在構建信息化模型前，需要收集并整理設計圖紙、規范標準以及業主需求等信息，確保材料的準確性和完整性。根據項目具體需求和團隊的熟悉程度，選擇AutodeskRevit 2020作為建模軟件。

3.1.2統一建模標準

基于現有項目資料，項目負責人需要設置項目坐標和樣板文件，以滿足模型的相互通用及不同專業之間的模型整合。采用統一分類編碼，便于識別和檢索各類設備、管道、線纜等元素，項目部分管道命名情況見表1。同時為每個構件賦予必要的參數，如尺寸、型號、制造商、性能指標等，便于后期查詢修改。

表1項目部分管道命名情況

此外，建立標準化構件庫，涵蓋常用機電設備、管道、閥門等，預先設定好各種參數和屬性，供設計師直接調用，以便減少重復勞動，提高設計效率。

3.1.3模型整合

根據各專業建立的BIM模型，進行模型整合。在整合模型過程中優化更新模型幾何尺寸與屬性信息等，確保模型的準確性和可靠性，為后續的施工、運營和維護提供有力的支持[]。

基于BIM整合模型的三維可視化特點，使設計方案更加直觀，有助于設計人員、施工人員和管理人員更好地理解項目的整體情況。相較于二維圖紙，BIM模型無需人員在腦海中構建機電管線三維模型，降低了管線排布、走向理解和想象的難度，減少了因理解偏差導致的施工錯誤。局部機電管線BIM模型示意圖如圖1所示。

3.1.4BIM數字化平臺應用

BIM通過數字化平臺記錄和追蹤項目的全過程，提高項目透明度，便于項目管理者進行風險評估和決策。平臺通過共享BIM模型，各方可實時了解項目的進展情況，促進參與方之間的協同工作，有助于減少溝通成本和誤解，提高項目的整體效率和質量。

圖1局部機電管線BIM模型

整體項目較為復雜，管線種類、規格、價格等信息數據較多，而通過BIM模型的構件參數化屬性功能，可以實時調整參數來修改模型并及時反饋到BIM平臺中，從而提高設計的靈活性、效率和準確性。

3.2碰撞檢測和凈高分析

3.2.1 碰撞類型

機電工程碰撞檢測主要分為硬碰撞和間隙碰撞。其中，硬碰撞是指不同構件在三維空間中發生重疊或干涉，例如機電管線穿過結構梁、風管與消防管道相交等。此類碰撞會導致施工無法進行或需要進行大量修改，影響工程進度和質量。

間隙碰撞是指構件之間距離過小，雖然沒有直接重疊，但可能會影響施工操作、設備維護或安全。如管道與墻面之間的距離過小，影響管道的安裝和維護；設備與設備之間的距離過小，可能會影響散熱和操作空間。

3.2.2 碰撞檢測

BIM模型碰撞檢測完成后，軟件會自動生成一份詳細的報告，列出發現的所有沖突點，項目局部管線碰撞檢測結果示意如圖2所示。設計師可以根據報告快速定位問題所在，采取相應的調整措施。盡管自動碰撞檢測能夠高效找出大部分沖突，但當涉及到特殊工藝或非標準構件時，自動檢測可能會出現誤報或漏檢現象。因此，設計師需仔細審查碰撞報告中的每個沖突點，結合實際經驗和專業知識做出最合理的調整。

圖2項目局部管線碰撞檢測結果

在本項目中，通過碰撞檢測功能發現多個專業之間的潛在沖突。其中，消防與結構碰撞共計149處，多發生在地下室、設備層和公共區域；給排水與電氣系統共計56處沖突；給排水與結構共計35處沖突，主要包括水管穿越結構梁時的預留孔洞不足、排水立管與結構柱的位置沖突。

3.2.3凈高分析

項目借助Revit凈高分析功能，設置凈高要求與分析范圍，對建筑內部各層的凈高進行分析。Revi軟件會自動計算并顯示凈高結果，對于不符合要求的區域進行高亮顯示或生成凈高報告。通過BIM三維模型，可以直觀地展示不同管線的凈高以及未達到要求的管線，幫助設計人員節省大量統計分析的時間。

3.3機電安裝模擬

BIM技術通過創建高精度三維模型，可將復雜的機電管線布局以直觀、立體的方式呈現出來。施工人員可以清晰地看到管線與設備的空間位置、尺寸以及相互關系，極大降低了施工過程中的誤解和溝通成本，使施工人員能夠迅速理解設計意圖，準確執行施工計劃。局部機電管線BIM模型如圖3所示。

圖3局部機電管線BIM模型用于指導施工

通過動態施工模擬消防水泵房施工過程，可對比分析兩種水泵房管線施工方案的施工難度和合理性。某消防水泵房方案優化前后示意圖如圖4所示。經對比分析，最終選定方案一為實施方案。

3.4工程量統計

BIM軟件能夠自動從模型中提取項目機電管線設備工程量信息，包括設備數量、型號，管線長度、材質，以及連接件、支架等輔助構件的數量和規格。提取的工程量信息根據需要進行分類統計，生成工程量統計報告，有助于施工人員和管理人員更直觀地理解工程量數據，從而做出更明智的決策。

根據統計的設備和管線信息，制定精確的采購計劃，包括確定采購數量、時間、供應商等關鍵要素，可確保施工所需的材料和設備能夠按時供應，避免延誤施工進度。在施工過程中，利用BIM技術對材料進行跟蹤和管理，記錄材料的進場時間、使用情況和庫存狀態等，有助于提高材料的利用率。

4結束語

本文以某城市綜合體項目為例，建立項目BIM三維模型，利用模型可視化特點向各參建方展示設計成果，幫助其更好地理解設計意圖，提高溝通效率。通過BIM碰撞檢測功能檢測各專業模型沖突，有助于提前發現各類管線沖突問題，減少后續施工返修次數。通過模擬機電管線施工過程，確定最佳施工方案，便于應對復雜多變的施工環境確定。同時，利用BIM軟件對項目工程量進行統計，便于制定采購計劃，降低工程成本，提高資源利用率。該項目機電安裝工程應用BIM技術后，工期縮短約3個月，工程成本降低約 15% ，且項目順利完工，施工質量達到優良標準。隨著技術的不斷進步和應用經驗的不斷積累，BIM技術在復雜建筑機電安裝工程中的應用將會更加廣泛和深入。

圖4消防水泵房方案優化前后示意

參考文獻

[1]鐘巍健.BIM技術在大型公共建筑工程施工管理中的綜合應用[J].工程建設與設計，2023（23）：135-138.

[2]蔡坤洪.基于BIM技術的住宅機電安裝工程質量控制[J].中國建設信息化，2023（22）：70-73.

[3]尚泉森，奧云軍，趙海生.基于BIM的能源島機電工程工廠化預制施工技術[J].安裝，2024（1）：79-81.

[4]馬銘君.基于BIM技術的地庫機電安裝工程施工探究[J].科學技術創新，2024（1）：171-174.

[5]張思銳.機電安裝BIM+裝配式的模塊化施工方法研究[J]科學技術創新，2023（22）：154-157.

[6]李瑞華.基于BIM技術的地鐵機電工程數字化建造方法研究[J].工程機械與維修，2024（2）：80-82.