BIM技術在大型工業廠房機電安裝工程中的應用研究

趙潤東 劉塵 程子陽 張帥

摘要：建筑信息模型技術（Building Information Modeling，BIM）是信息技術與建筑業的有機結合以及直接應用，自21世紀初誕生以來已經引起了整個建筑業的重大變革。大型工業廠房機電安裝工程中普遍存在著施工圖設計不協調、工程變更頻繁、各施工單位不協調等問題，影響整個工程建設。將BIM技術應用于此類工程項目之中無疑能夠提高建設效率。本文從施工的可視化改進、工程變更管理、管道排布、信息與數據共享、工廠化預制、工程量統計對總結BIM技術在大型工業廠房機電安裝工程中的應用，為BIM技術的推廣使用提供幫助。

關鍵詞：建筑信息模型技術;工業廠房;機電安裝工程

一、前言

BIM技術通過收集建筑工程項目的各種數據建立數字化模型，利用仿真技術模擬出整個建筑的真實信息以指導工程施工，是對工程設計領域的一次革新[1]。由于該技術最大程度上挖掘了數字信息資源，借助數字模型來完成整個規劃、設計、施工等工作，貫穿了工程項目的全周期，對于提高施工效率以及工程質量起到了重要的推動作用[2]。大型工業廠房機電安裝工程涉及不同施工單位，施工期間存在著眾多問題，導致施工工期不斷延長，甚至埋下安全隱患。BIM技術引入我國時間尚短，并未在工程施工中得到廣泛應用，所以對此方面內容展開深入分析無論是對理論研究還是實踐應用均具有重要意義。

二、大型工業廠房機電安裝工程存在的問題

（一）施工圖設計不協調

大型工業廠房往往空間巨大，需要安裝的機電設備眾多，設計出的圖紙專業要求不僅相同，而不同專業水平的設計人員容易發生圖紙碰撞問題，施工圖設計不協調已經成為整個建筑業共同性問題之一。近些年來工業廠房對空氣凈化提出了更高的要求，傳統的二次回風系統越發難以滿足實際工作需要，新風+風機過濾單元（Fan Filter Units，FFU）+干盤管系統盡管減少了風管數量，卻使得吊頂內部多出數百臺風機過濾單元，而風機過濾單元又會與噴淋頭安裝位置發生沖突，由此導致圖紙設計期間消防專業設計人員根據消防要求進行設計，很少與暖通專業設計人員溝通，最終導致施工圖紙不得不重新排布，引起的施工圖設計不協調時有發生。

（二）工程變更頻繁

隨著信息技術的快速發展，電子設備的更新換代周期大幅縮短，大型工業廠房潔凈生產區的要求隨之提高，使用的機電設備經常面臨著更換的問題。不同機電設備的參數、規格不盡相同，在整合成為一個系統時不可避免的發生沖突情形，導致原有施工設計不得不做出改變。此外，由于機電安裝工程往往牽一發而動全身，某個專業設計缺陷容易形成疏漏，在施工過程中不得不返回施工現場進行逐一核對，導致工程變更尤為頻繁。

（三）各施工單位不協調

大型工業廠房機電安裝工程往往是多個施工單位共同承建，包括土建單位、機電安裝單位、裝潢裝修單位等，每個施工單位均有著各自的操作規范，容易導致彼此之間形成干擾和沖突。以土建單位以及機電安裝單位為例，土建單位需要按照規定的時間內將廠房地面澆筑好，而在此期間機電安裝單位正好需要對噴淋系統開展打壓試驗以確定有無漏點，在打壓試驗過程中必然會有漏點，漏水就會對土建單位地面澆筑施工帶來不良影響。在比如吊頂安裝單位與機電安裝單位，吊頂單位施工進度需要與機電安裝單位保持同步或者是相對滯后，一旦施工速度過快就會導致吊頂板框架已經安裝完畢，吊裝空調機或者是干盤管尚未就位，工程不得不暫停或者是返工。

三、BIM技術在大型工業廠房機電安裝工程中的應用

（一）施工的可視化改進

由于大型工業廠房機電安裝工程涉及多種構件，不同施工單位模型數據不盡相同，所以必須在統一的模型構建規則下完成BIM模型的建立，具體見表1。

BIM模型構建完畢后將施工設計圖紙中各個專業部分交由專業設計人員進行復核。由于大型工業廠房機電安裝工程涉及大量的機電設備，所以在深化設計時需要仔細核對通風裝置、空氣凈化裝置、排煙設備、給排水系統、真空設備、消防設備等管線的設計是否合理，按照樓層以及專業設立相應的檔案夾，以形成綜合的、完整的平面圖以及管線圖。

（二）工程變更管理

以往計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）繪制的平面圖中需要作出改動時施工單位往往必須親臨現場以收集實際信息，據此計算出機電設備管道的相應參數，業主與施工雙方再行協商以明確最終修改方案。BIM模型建立后無論是業主還是施工單位可以直接在構建的可視化模型中對管路走向以及具體尺寸進行修正，所有信息一目了然，如總長度、附件以及閥門個數、拐點等[3]。為方便工程結算時的審查，BIM模型中改動均以不同顏色表示。以機電設備變更后通風管道變更為例，在標高4.518 m處需要增加1根管道，在拐角處有兩個拐點，整個管道于廠房卷簾門上方、通風窗口下緣經過。業主以及施工單位只需要調出該部分模型，在雙方商議后形成統一意見，于模型中做出修改即可，無須現場測量，具體見圖1。

（三）管道排布

機電設備要想正常運轉離不開合理的管道排布，但是，大型工業廠房吊頂區域內作業空間有限，部分管道高度與施工人員腰部齊平，部分區域經常被大型風管遮擋或者是堵死，使得管道排布面臨著較大的難度，后期維護工作艱巨。BIM模型是基于整個大型工業廠房的參數信息建立的模型，形成的可視化模型與實際工程并無明顯差異，在模型中可通過調整視角、轉換空間等方式從多個角度觀察空間部分，為管道排布提供可靠的指導[4]。在實際施工過程中不同管道之間、管道與墻體之間容易出現碰撞的情形，此點也是困擾大型工業廠房機電安裝工程的棘手問題，一旦發生碰撞勢必會導致管道間相互干擾，甚至影響施工。在BIM模型中結構工程師（Structural Engineer）、建筑師（Architect）、水電風專業（Mechanical， Electrical & Plumbing，MEP）工程師建立相應的專業模型后由系統進行統一開展管道交叉結構沖突的檢驗工作，鏈接不同模型開展碰撞檢查并自動生成施工圖，便于指導實際施工工作[5]。管道間的碰撞以及管道與墻體間的碰撞檢查見圖2、圖3。

（四）信息與數據共享

大型工業廠房機電安裝工程的順利進行有賴于土建單位、機電安裝單位、裝潢裝修單位等相互協調、相互溝通，將手中的數據信息共享，便于科學設計不同的結構系統。BIM技術構建的模型完全是依據大型工業廠房機電安裝工程的數據信息建立，并且該模型貫穿了工程的整個生命周期[6]。各專業模型通過鏈接整合成為一個全面而系統的模型。每個單位均是模型中的一員，并且在實際工作中隨時可以借助平臺查閱其他模型參數信息，如此一來，某一個單位完全能夠通過模型置管的了解其他單位的相關信息，及時發現管道最低點是否與其他單位發生沖突，真正實現信息與數據共享的目的，整個大型工業廠房機電安裝工程的工作模式也發生了本質性的改變，具體見圖4。

（五）工廠化預制

為了減少大型工業廠房機電安裝工程中管道加工工作量，以往的施工多采取工廠化預制，依據施工單位提供的管件、閥門組、配件等參數預先制備以及整體安裝，以實現提高施工效率的目的。然而，此種方式補足之處在于機電安裝工程的不可預測性較大，管件、閥門組、配件等參數往往存在著一定的誤差，此種誤差就會導致工廠化預制與實際安裝發生沖突，偏差大的管道難以調整或者是補救，造成不必要的浪費情形[7]。在BIM模型中施工人員不僅可以詳細掌握管件、閥門組、配件等參數信息，還可以利用自動生成系統將錄入的各種參數信息進行檢驗，發現存在問題的環節后對相應數據進行調整，最終形成規格參數統一的預制加工圖[8]。工廠化預制完全按照該預制加工圖加工相應的構件并在平地上組裝，一方面提高了整個工廠化預制的精度，另一方面實現了生產過程以及安裝過程的相互分離，使得施工進度得到了有效的提升。在工廠化預制產品就位之后即可以一次性準確裝配，將產品生產、加工、安裝所需時間進一步壓縮。

（六）工程量統計

近些年來大型工業廠房機電安裝工程造價不斷提高，由于工程量計算偏差使得結算工作充滿了眾多的矛盾。即便是當下大型工業廠房機電安裝工程計算量依然占據整個工程預結算編制工作的五成以上。CAD的運用雖然在一定程度上減輕了工作強度，但由于前者需要大量的手動操作，人為因素必然會給整個計算工作帶來一定程度的不利影響[9]。大型工業廠房機電安裝工程本身具有結構復雜、使用的機電設備種類多樣、安裝困難等特點，最終形成了工程量計算精度低、重復冗余的局面。

BIM技術的本質上為數字信息的運用，利用電子計算機所具有的智能化來對參數化處理的建筑物進行處理，在構建的模型中所有構件均是由數據所構成，相應的信息均能夠通過算法運算，從而便于施工人員識別模型之中的構件，內嵌的幾何信息、物理信息、空間信息能夠自動統計各種構建信息，生成的結果與實際相吻合[10]。即便是作出的修改亦能夠在模型中得到相應的體現，便于審查的順利進行，正是基于BIM模型所具有的種種優勢，使得借助該模型計算出來的工程量具有極高的準確性，更容易得到業主以及施工單位的認可。

四、小結

BIM技術構建的模型以三維狀態為基礎，與以往采用二維狀態截然不同，并且在大型工業廠房機電安裝工程中貫穿了整個生命周期，施工人員無須深入施工現場即可以觀察各個建筑構建、機電設備的安裝信息，便于分析機電設備安裝是否合理。尤其是大型工程項目中BIM模型的可視化進一步提高了施工效率，有效的杜絕了以往施工期間暴露出來的問題，如施工圖設計不協調、工程變更頻繁、各施工單位不協調等。更為重要的是，BIM技術真正實現了不同施工單位之間信息的共享，便于開展協同工作，為整個項目按序施工提供強有力的保障。鑒于BIM技術具有的種種優勢，將其應用于大型工業廠房機電安裝工程中已經具備較高的可行性及可操作性，并且也必將成為今后建筑業的主流發展方向。

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