BIM技術在機電工程項目中的應用研究

王鐘箐 盧紅燕

(成都大學建筑與土木工程學院 四川 成都 610106)

如今的大中型建筑工程中，對建筑性能要求愈加繁復，導致建筑的機電設備管線愈加復雜，機電工程安裝也愈加困難，存在著嚴重的資源浪費和環境污染現象，造成二次施工、工期延誤與成本損失結果。BIM技術則響應了建筑業各方的需求，為解決機電安裝問題提供了有效的新技術與新方向，大力提高建筑工程的質量，確保工程工期，節約成本，在建筑工程的機電工程中發揮了很大的作用，有著廣泛的應用。

一、工程概況

工程項目為四川某公共建筑的地下室工程，總建筑面積21263.73M2，地下層數一層，地下室層高3.9m，機電停車位586輛，非機電停車位1076輛。

該工程項目包含了機電三大專業系統

給排水系統有：生活給水系統、生活廢水系統、壓力廢水系統、消火栓系統、自動噴水滅火系統。

電氣系統有：10KV橋架、強電、消防強電、弱電，消防弱電。

通風系統有：排風(排煙)系統。

本工程項目機電系統眾多，管道錯綜復雜，使用了BIM技術對機電項目進行了碰撞檢查、優化設計，并進行了凈高分析、預留洞口、精確化施工出圖等工作。

二、機電項目優化設計

(一)模型構建

優良精確的三維工程項目模型是進行后續工作的必備基礎。基于Revit軟件，構建了本工程的土建模型、給排水模型、電氣模型以及通風系統等模型。如圖1所示。

(a)土建三維模型

(二)碰撞檢查

在施工前通過碰撞檢查預先發現并解決不同專業的干擾與沖突，是BIM技術應用于機電安裝施工管理中的關鍵應用[1]。碰撞檢查又分為硬碰撞和軟碰撞[2]。

硬碰撞為結構梁與管道、管道與管道之間在空間上方發生的實體交集與碰撞。軟碰撞為實體之間并不存在交集，但有些管道需要保溫層與檢修空間，而兩者之間的距離過小，不能滿足管道間的最小間距。進行軟碰撞檢查時需要設定一個臨界值，比如給排水管道保溫層厚度為100mm，則應以管道外壁100mm為碰撞臨界點。

影響機電施工的碰撞以硬碰撞為主，因此利用BIM技術進行碰撞檢查時，多是指各種管道之間、管道與設備、管道與結構、管道與橋架之間的硬碰撞。在已構建的三維可視化工程BIM模型中，設置相關檢查參數，模擬工程管線的實際布置情況，在土建模型、機電模型間進行管道碰撞檢查。

碰撞結果表明，本工程優化前的管線之間的碰撞多達6320處，這將對施工形成極大的困難，不僅會造成機電安裝的二次施工、還會延誤工期，在施工成本浪費的同時還會影響建筑的功能。

(三)管綜優化設計

機電工程的管綜優化設計是由施工企業確定供應商后，提供相應的設備族與管件族，交由專業的BIM技術人員按設計圖紙和施工方要求進行二次的優化設計，解決設計圖紙的問題并優化管線，將二次返工率降低到零點后，向施工方出示最后的施工圖紙。

1.電氣橋架優化設計

基于原始設計圖紙和碰撞結果，在優化總體原則“橋架和水管在同一高度時，平行分開布置時；在同一垂直方向時，橋架在水管上方布置；風管布置在橋架和水管的下方(除噴淋外)；綜合協調，充分利用可用的空間”指導下，遵從“風管為主，橋架次之，水管為輔，小管讓大管，有壓管讓無壓管”的排布原則[3]，首先對電氣橋架進行了優化設計。如圖2所示。

(a)優化前橋架局部三維圖

通過優化前橋架局部三維圖與優化后橋架局部三維圖對比，優化之后的橋架布置無碰撞，且更加合理，更便于打支吊架，降低了成本。

電氣橋架的優化設計應具體情況具體分析，不同的碰撞情況發生時應從各方面綜合考慮，要有大局觀。

2.管道、風管優化設計

當橋架優化后再進行水管、風管的管綜布置。風管是機電系統中面積尺寸最大的一個專業，因此其造價也相對其他兩個專業更高，所以當三者發生互相碰撞時，應盡量不翻彎風管，且噴淋應布置在風管上方。由于風管布置在最下層，因此風管支管應采用底平齊。當水管與橋架相撞時，因根據不同情況分析。若少數水管與多數橋架相撞，應翻彎水管，反之亦然；若兩者數量相同，應根據尺寸大小情況做相應的調整，小讓大；若兩者數量與尺寸皆相同，則翻彎橋架，水管盡量不翻彎，以便水流順暢。

優化后的管道和風管局部模型圖如圖3所示。

(a)優化前局部三維模型圖

經過管綜優化設計，對不同專業的管線進行優化和調整，從局部優化到綜合設計最優，有效減少管線碰撞，避免沖突，減少后續返工現象，大量節約施工成本。

(四)凈高分析

對于地下室有凈高要求的工程項目，可在相關軟件中設置檢查參數，繪制凈高分析圖，得出整個地下室的實際凈高情況。對于不滿足凈高要求的地方可以再次查看修改。也可運用3D漫游軟件進行檢查，模擬真人在建筑里查看的真實場景，可以更直觀的觀察到樓梯、坡道處的管線，進行凈高分析。

對本項目進行凈高分析發現，在樓梯、坡道處，由于管道的水平布置，導致凈高不符合要求。在剖面圖下，對涉及管道進行了折線和傾斜處理，滿足凈高要求(圖4)。

圖4 坡道處凈高分析

(五)預留預埋設計

利用BIM技術，可在施工前根據機電管綜優化模型，對工程管道的預留預埋進行事前設計，并可根據工程施工需要，進行預留預埋施工詳圖出圖，避免在現場臨時進行施工，不僅加快施工進度，同時節約了施工成本(圖5)。

(a)預留洞口三維圖

(六)工程數據信息統計

基于創建的工程項目三維模型，利用Revit明細表可以統計出機電施工所需的材料種類、數量以及參數，如電纜橋架、管道、風管、管件等，為工程成本預算提供了可靠依據。按照施工進度對物資供應方案隨時進行調整，確保了材料的按時供應。

三、結語

BIM技術應用在機電項目中，主要有如下應用：

(1)大幅減少隱藏在圖紙內的管線沖突，彌補原設計的不足之處，提高施工現場和施工圖紙的一致性，減少因此造成的各種成本損失和工期延誤。

(2)合理運用BIM模型的可視化性質，輔助機電與其他專業的作業協同，進行統籌規劃，保證各專業施工的有序進行。

(3)通過BIM技術進行建筑凈高分析，有效避免其二次施工問題。

(4)通過BIM模型所搭建的信息數據，準確得出管道、管件的種類、尺寸及數量，提出完善的材料設備清單，輔助材料設備采購

通過BIM技術在機電項目中的應用，節約施工成本，控制空間成本，降低時間成本，確保了機電安裝施工能高效有序的完成。