土木工程施工機電安裝的配合研究

胡培革 劉曉芬

山西省工業設備安裝集團有限公司 山西太原 030032

隨著城鎮化發展，我國土木工程的行業規模越來越大，許多企業已經實現了自動化設備安裝，促進了機電安裝行業的發展[1]。BIM 技術的出現，標志著土木工程進入信息化和現代化，給整個行業帶來了前所未有的機遇和挑戰。BIM 技術是傳統模式CAD 的發展產物，是工程史上重大的技術變革[2-4]。它是通過建立模型進行建筑物信息的仿真模擬的一種新型工具，能夠通過模擬施工及時調整優化設備安裝中出現的問題，對整個機電安裝過程進行協調工作，從而有效地整合資源，提高機電安裝的安全性[5]。

1 土木工程施工機電安裝的配合方法

1.1 建立BIM模型

BIM 建模就是將自定義的族類型，按照設計方案和施工情況進行比例對照，以此建立三維數字模型的過程在建模過程中，每個族之間都有特定的屬性，每一個圖元都是族的實際例子。隨著不同圖元和族的演化，相關模型含有的信息也隨之豐富，并且發生變化。通常使用Autodesk 軟件進行BIM 建模，根據設計階段的不同，制定建模步驟，確定模型內容，如表1 所示。

表1 建立BIM模型步驟

由表1 可知，土木工程施工建筑體的基本形狀，一般受環境和光照因素影響，在估量整體環境后，對建模所需的構成信息進行系統分析。對每一個細節部分的工程量進行計算，繪算給出完整施工圖，最后在所有模型深度確定好的情況下，完善每一個模型信息，每一條管路材質，對主梁類別進行標號，并做好各個模型之間的組織方式。特別要注意對設計好的管線和橋梁進行系統化命名和配色，標注好主管線路和主體橋梁方位走向，做好識別，為后續檢測碰撞、優化管線做好前期準備。

1.2 優化機電安裝管線

根據檢測碰撞的結果，在能夠協調施工空間和維修空間的基礎上，對機電安裝管線進行優化。使用綜合管線開發軟件，在同一界面中完成比較方案排版、空間安裝檢測，并調整空間高度，具體如表2 所示。

表2 深化設計過程中管線優化方法

由表2 可知，通過檢查管線設備和墻體之間是否存在明顯沖突，管道和電氣橋梁的高度是否符合安裝標準。并對重點部位的管線和設備進行深化設計[6-8]。利用工具進行碰撞分析，檢測所有管線的高度、占用空間體積和位置走向，形成報告，并通過碰撞結果，進行人為干預給出調整建議。

1.3 模擬機電安裝過程

利用軟件的虛擬仿真功能，對機電安裝的設計方案和安裝順序進行模擬安裝。

通過三維動畫，在現有模型的基礎上，考量安裝進度查詢、資源管理、現場問題解決和質量安全等問題，進行施工過程模擬，將施工進度計劃導入至軟件內。將每個區域所需的材料運輸到指定地點，保證材料供應。對安裝人員進行項目分配管理，分析出安裝工程對人資的需求，讓工作人員提前熟悉施工圖紙、各種管線設計及可能出現的問題，安排施工人員依次進場。其次，在仿真安裝過程中，對安裝工時點的完成情況進行分析，及時針對安裝中出現的問題調整相應的工程，對人員和物資進行二次調配，確保每個材料都物盡其用。如果已經產生進度變化，通過模擬安裝將進度控制在可以接受的范圍內。在所有模型導入后，和現場采集的實時信息進行配合關聯，及時檢查所有材料的安全性能，對材料的質量進行實時管理。所有安裝階段模擬完成后，將各個機電信息整理好，保存在登錄的軟件內，按照土木工程施工的機電安裝要求，將信息進行移交，方便后續數字化機電安裝工作[9-10]。

1.4 數字化配合土木工程施工機電安裝

在建立好BIM 模型、優化管路和模擬施工后，通過軟件進行最后施工階段的部署工作，過程如圖1 所示。由圖可見，首先登錄軟件賬號，查詢所有項目信息，準備好前期施工圖表、原始工程數據和中期驗證模擬數據，將它們匯總在數據庫內；將所有設備模型利用動畫演示剪輯視頻，讓施工人員對施工過程有一個直觀的了解，可以在手機和電腦等設備上開展施工安裝前期準備，根據所需材料、設備型號進行采購，對物料進行統一分類編碼；在機電安裝過程中獲得每個設備位置、設備參數、啟動流程等，導出安裝順序，根據每個設備標號和顏色進行安裝，過程中可實時看到各個維度的管線走向；整理好材料清單，將所有物資信息通過移動端，讓施工人員掃碼獲取，采取邊安裝邊更新的方法，及時增添材料設備，完成機電施工安裝。

圖1 BIM技術在機電安裝配合中的流程圖

2 實驗研究

為驗證以上提出的機電安裝配合方法，將本方法與傳統方法的繪圖時間進行對比，分析應用不同方法時，繪圖時間對機電安裝配合的有效性。選擇15～75m的不同施工建筑高度，進行現場安裝工作的實地測量，預估每層建筑體的管線分布，對機電安裝管理做好高度預留，保證各項設備安裝數據的完整性，以及繪圖與實際安裝情況符合；獲取機電安裝工程相關的全部資料，和機電安裝的圖紙相結合，進行各項設備的繪圖順序排序；將每個機電安裝設備的位置做好分布統計，設計管線走向，找到每個預留點位置，達到預埋件安裝要求。當所有機電安裝設備信息準備完善后，對傳統方法繪圖和本文方法進行比對，結果如圖2 所示。

圖2 繪圖時間測試結果

由圖2 分析發現，在建筑高度為15m 的情況下，傳統方法繪圖時間比本文方法低，適用于15m 以下低高度建筑物。隨著建筑高度的增加，傳統方法繪圖時間逐漸加大，當建筑高度在30m 時，使用傳統繪圖方法比本文方法多耗時3 周；在建筑高度為45m 時，傳統繪圖方法比文中方法耗時多6 周；在建筑高度為60m 時，傳統方法比本文方法多用時12 周。本文方法在機電安裝配合中，基本能夠在有效時間1—2 個月內完成繪圖設計，時間可以減少40%，不會造成務工延期現象，工作效率對比傳統方式有明顯提升，有效縮短機電安裝工程周期。

3 結語

通過運用BIM 技術在機電安裝項目中的實驗分析，對比傳統模式，從模型建立開始，通過優化系統管線等重點環節，模擬施工過程，分析BIM 技術在機電安裝過程中的配合方法，整理出一套科學的機電安裝流程。但由于討論的BIM 技術僅限于土木工程施工項目中機電安裝的運用，無法代表其他施工領域，故本文產生的BIM 技術觀點在其他專業施工領域的安裝應用上會存在一定局限性。未來在更多專業人才的努力下，不斷地實踐和深入研究，BIM 技術將得以不斷完善，深入到社會各個領域，成為新時代工業發展最核心的技術之一。