BIM技術在大型建筑機電安裝中的應用研究

□ 代端明 孔祥剛 龐毅玲

1 引言

機電安裝是房屋建筑工程的重要組成部分。為減少施工工期、確保工程質量和提升工程效益，近年來國外機電安裝工程中已經廣泛應用BIM技術。我國對BIM技術的應用也日趨成熟，建設方和施工方不斷將BIM技術應用于大型建筑物和超高建筑物的施工管理中，提高了施工管理水平。

2 項目概況

項目位于南寧市青秀區云景路以南、高坡嶺路以東。項目規劃總用地面積為16716m2，總建筑面積為111809m2，其中：1棟29F的酒店，建筑面積為33928m2；1棟24F的商務辦公樓，建筑面積為35866m2；1棟5層商業裙樓建筑面積5168m2。酒店和商務辦公樓建筑屋面高度為119.85m，5層商業裙房建筑屋面高度為23.82m，整體設3層地下室，地下室建筑面積為32484m2[1]。

項目地下室設備房較多，給排水、暖通、電氣和消防等各專業管線密集。由于地下室管線體量較大，管線錯綜復雜，極易發生“錯、漏、碰、缺”等問題。為確保施工質量和工期，項目部決定應用BIM技術，通過BIM建模優化設計方案，對復雜節點進行深化設計，同時對施工管理人員和技術工人進行可視化的技術交底。

3 BIM實施流程

為了使BIM技術應用順利實施，項目組制定了BIM技術應用實施的詳細流程圖，詳見圖1所示。

圖1 BIM實施流程圖

4 模型創建

4.1 模型創建準備

4.1.1 項目圖紙梳理

主要檢查土建的層高、梁高、面積、防火分區以及機電專業各專業管線系統、管道配置、管徑等基本情況，便于項目實施、應用。

4.1.2 標準、樣板制定

（1）模型精度控制。若BIM模型建模精細度過粗則無法包含全部信息，信息表達上就會有所欠缺，而太細的模型可能會使信息量過大，導致信息復雜甚至冗余，造成延遲交付。目前，基于本項目的管理目的，建模精細度級別設定為LOD300。

（2）模型編碼和格式設定。建筑信息模型及其交付物文件命名需要確保信息的可讀性和管理的有效性，因此，需要對模型進行編碼，本項目的編碼規則按圖2制定。

圖2 編碼規則

（3）坐標系統的設定。無論是各專業CAD圖紙鏈接到Revit中建模還是直接在Revit中建立軸網，所有模型的相對坐標必須一致，否則在形成中心文件的時候會出現與專業模型不吻合的現象。本項目在鏈接CAD圖紙或者三維圖形時，將坐標點的設定選為默認坐標，這樣可以確保各專業模型坐標的一致性。

4.2 項目交底

（1）交底項目基本情況。熟悉土建專業基本情況，如主要功能、層高情況、梁高情況、機房分布；熟悉機電專業基本情況，如各個專業主管線管徑、各個專業管線放置高度、防火分區等。

（2）交底初版模型創建注意事項及建模過程中易遺漏的地方。

（3）交底時間節點。根據項目策劃中時間節點與項目組成員交底各個階段成果提交的時間節點。

4.3 機電專業模型創建

模型創建階段主要是根據專業圖紙，完成給建筑、結構、給排水、電氣、暖通專業初級模型創建。

4.3.1 BIM機電建模流程

首先將CAD二維施工圖分專業載入Revit三維建模軟件中手動設置管線類型和標高建立三維管線模型，對于非通用的管線接頭可以通過建立族來實現，不同專業的管線運用不同顏色區分管線的類型。再利用三維管線模型可以較好地展現各專業管線的位置、標高、坡度、管道型材信息等，反映近于真實狀態的影像，將Revit模型導入Navisworks軟件進行模型輕量化處理，并利用其可視化的特點，高效地檢查各專業管線的凈高和碰撞情況，既有助于設計人員和施工人員理解圖紙和模型，也為優化管線設計和排布做準備。BIM機電建模流程圖如圖3所示，地下室BIM機電模型如圖4所示。

圖3 BIM機電建模流程圖

圖4 地下室BIM機電模型

表1 重點區域機電管線核查要點

4.3.2 BIM機電模型核查要點

BIM模型建好后，需要重點核查地下車庫、公共走廊等區域管線排布情況，如表1所示。

4.4 圖紙會審

借助BIM模型輔助圖紙會審。在BIM模型中可以直觀地發現圖紙中存在的“錯、漏、碰、缺”等問題，并形成問題統計表及時向業主和設計方反饋。對施工圖紙存在的問題在施工前解決，降低返工成本。本項目通過將模型導入Navisworks或Fuzor中給模型輕量化，并通過Navisworks查找了所有符合碰撞條件的碰撞點，生成碰撞報告，本項目共查出碰撞點482處，其中管線綜合發生的碰撞378處。具體操作如下：

4.4.1 判斷標準

（1）管道并排敷設時，因為要考慮管道安裝、檢修等要求，兩者之間必須有一定的間距。不同類型的管道最小水平間距和最小垂直間距按規范要求應滿足表2要求，否則認定為碰撞點。

表2 管道最小水平間距和最小垂直間距

（2）在該項目的地下室中，當水管、電纜橋架、風管在梁底下交叉時，在保留必要的安全間距后，凈空高度小于2.2m時，則判斷為管道碰撞。

4.4.2 操作流程

管線碰撞檢查的操作流程如圖5所示，檢查完后，需將Navisworks軟件中形成的碰撞報告回輸到Revit中進行修改，修改完成后再次碰撞檢查，這是一個反復循環的過程，直到不再出現碰撞點和凈高問題才是碰撞檢查結束。最后，從Revit中繪制完成最終的施工圖紙，并提交設計方審核出圖。

圖5 管線碰撞檢查的操作流程

5 深化設計

5.1 方案的制訂和確認

機電管線深化設計主要考慮以下幾個方面：

（1）比較管綜方案的優勢和劣勢：優勢從省工省材、管線美觀角度考慮；劣勢從施工難度大、耗費材料大、檢修空間、美觀、規范等方面斟酌。

（2）管綜平面排布情況，確認平面排布的合理性。

5.2 復雜節點深化設計

管綜深化設計是機電應用的核心內容，在優化過程中需注意內部協同配合，外部及時溝通，并結合機電安裝“強條規范”等方面進行考慮。本項目在建模的過程中，先對公共走廊按照規范和實際要求進行了深化設計，并形成大樣圖紙，再在施工前現場提前預制，以達到節約工期的目的。

復雜節點深化設計的步驟為：第一，各專業圖紙疊加；第二，找出管線碰撞點；第三，調整管線布置位置消除碰撞；第四，檢查管道布置是否符合施工質量驗收規范要求；第五，繪制綜合布置圖；第六，業主確認，第七，施工。具體做法如下：

（1）按碰撞標準通過在各專業模型碰撞點中找出復雜節點的碰撞點進行深化設計。機電管線碰撞遇到復雜節點時，管線的優化可以這樣進行：

第一，先確定設備位置和設備進出口位置；

第二，管道的排布應盡量走梁底，與設備進出口位置要能緊密連接；

第三，確定設備、管道、儀表、閥門等的中心定位，并使之朝向一致，閥門要操作方便；

第四，所有管線應橫平豎直，盡可能靠近墻、梁集中合理布設，以便于維護。

（2）根據以上原則，將制冷機房深化設計剖面圖應用BIM技術畫出三維布置圖，并檢驗設備、管線及各種儀表、閥門布置是否合理。

（3）形成深化設計圖，如圖6所示，看圖指導施工。

6 模型應用

6.1 施工技術交底

在基于完成模型的基礎上，用Navisworks軟件檢查和調整的NWD模型，結合圖紙、圖片、問題答復報告、方案修改思路、文本、仿真三維管線模型等進行信息查驗和技術交底。

6.1.1 利用虛擬樣板進行技術交底

利用BIM技術建立虛擬樣板模型，并將施工工藝、施工規范要求等信息植入模型中，在現場只需掃二維碼，即可顯示樣板的詳細信息。通過虛擬與實體樣板相互結合，在節省費用的同時提高了技術交底效果和便利性。

6.1.2 利用三維模型進行技術交底

利用優化布管后的機電模型進行三維技術交底，便于信息的準確傳遞與表達，特別是對于管線排布復雜部位[2]。通過利用三維模型漫游功能，對管線排布復雜的部位進行可視化漫游，讓施工人員“身臨其境”，做到對管線的排布了如指掌。對傳統的分部分項工程的施工工藝、施工工序進行可視化交底，使施工人員更明確該分部分項工程的施工工藝和工序。

圖6 機電管線布置深化設計圖

6.1.3 利用虛擬動畫進行技術交底

利用BIM技術將施工重難點區域的專業施工工藝制作成施工動畫，使技術工人對復雜的施工技術更容易掌握，較好地完成專項施工方案的技術交底。經過模型交底，有效輔助現場管線安裝的順利進行。

6.2 項目實施

項目實施過程中進行難點或特殊區域跟蹤配合，核查是否按圖施工，必要時進行駐場跟蹤服務。

6.2.1 施工模擬

根據現場的施工作業進度和不同的施工階段，合理布置庫房、材料區、加工區等施工場地，優化施工現場平面圖，保障施工道路的暢通，避免材料的二次搬運，臨設的二次投入。利用場部模型的規劃內容，制作現場實施CAD平面圖和實施方案，提高管理協調效率。

模型完成后對施工過程中的施工設備和將來投入使用的永久性機電設備進行統計，精確確定設備的外形和尺寸，以及設備進入或撤出建筑物的通道路徑，并通過Navisworks軟件在模型中按照計劃路徑進行虛擬查錯。對于施工現場混凝土結構出現施工縫或者其他不可預留孔洞的情況，可根據模型提前調整施工次序、計劃路徑，或調整設備進出場時間點，確保設備有計劃地進出場，防止施工過程中拆改；對于無法購買的非標準構件可在現場提前預制，提前制訂解決方案。

6.2.2 預留洞圖

根據優化后的BIM模型，出具精準的主體結構、二次結構精準預留洞圖，預留洞圖應標注清晰的尺寸、標高及標注方式。

6.2.3 制訂下料計劃

完成三維模型并進行優化設計后，在Revit中按進度提取工程量，自動生成明細表，完成準確的下料計劃。

下料計劃制訂的步驟為：第一，分專業分樓層建模；第二，按專業合模；第三，各專業鏈接形成中心文件；第四，碰撞檢查及優化；第五，在Revit分專業分樓層在項目瀏覽器中生成明細表；第六，Revit按專業生成總的明細表；第七，生成下料計劃。

7 結語

項目采用BIM技術后，取得了較好的經濟效益。通過BIM技術模擬管線的真實排布情況，提前優化管線的碰撞，充分利用地下室頂部空間正確合理地進行各專業構件的布置，使得管線安裝整齊、規范和緊湊。同時，減少了返工，縮短了工期，提升了機電施工的質量與水準，對于建筑行業的發展有著積極的作用和深遠的影響。