建筑機(jī)電安裝工程中BIM技術(shù)應(yīng)用探討

金仁華

摘 要 建筑機(jī)電安裝工程涵蓋了照明、通風(fēng)、燃?xì)狻⒂秒姍C(jī)械設(shè)備、給排水設(shè)施等多項(xiàng)施工內(nèi)容，其管路、線(xiàn)路、儀器儀表、用電設(shè)備規(guī)格型號(hào)眾多，容易引發(fā)安裝錯(cuò)誤。基于BIM的三維可視化模擬技術(shù)，施工單位能夠提前檢查管線(xiàn)碰撞、預(yù)留預(yù)埋、機(jī)電設(shè)備的安裝使用空間，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)很多其他的管理應(yīng)用。本文研究在機(jī)電安裝中如何應(yīng)用BIM技術(shù)，希望能對(duì)提升建筑機(jī)電安裝的質(zhì)量有所幫助。

關(guān)鍵詞 建筑機(jī)電安裝 BIM技術(shù) 工程量核算

中圖分類(lèi)號(hào)：TU85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2022）02-0028-03

將BIM技術(shù)引入到建筑機(jī)電安裝中可幫助工程技術(shù)人員建立機(jī)電管線(xiàn)、土建基礎(chǔ)、機(jī)電設(shè)備的三維可視化模型，同時(shí)還能自動(dòng)計(jì)算出機(jī)電安裝的工程量，促進(jìn)各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間的技術(shù)合作，利用這種技術(shù)之后，機(jī)電設(shè)備安裝的質(zhì)量和效率都會(huì)獲得提升。

1 建筑機(jī)電安裝工程的主要施工內(nèi)容及其施工特點(diǎn)

1.1 主要施工內(nèi)容

第一，建筑電氣工程。建筑物內(nèi)外部的照明線(xiàn)路、照明設(shè)備、變配電設(shè)備以及各類(lèi)用電工具的動(dòng)力電纜敷設(shè)等都屬于強(qiáng)電施工的范疇。同時(shí)，電氣工程中還包括弱電系統(tǒng)、建筑物的視頻安防系統(tǒng)（監(jiān)控探頭）、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)以及各種智能識(shí)別系統(tǒng)都依靠弱電施工來(lái)運(yùn)行。典型的弱電施工包括網(wǎng)絡(luò)通信線(xiàn)路和電話(huà)通訊線(xiàn)路。

第二，通風(fēng)系統(tǒng)。建筑物室內(nèi)空氣的循環(huán)流通依賴(lài)于空調(diào)、新風(fēng)系統(tǒng)，衛(wèi)生間的換氣、廚房換氣以及室內(nèi)工作環(huán)境的換氣都要使用到通風(fēng)系統(tǒng)。在火災(zāi)安全防護(hù)中還要在特定位置設(shè)置強(qiáng)制性的防排煙設(shè)施，使其形成有效的防煙分區(qū)。

第三，給排水系統(tǒng)。城市中的建筑物大多為高層，市政供水要從地面上供給到建筑物各層，就要使用到水泵等機(jī)電設(shè)備，部分樓層設(shè)置有水箱，作中轉(zhuǎn)之用。

第四，燃?xì)庀到y(tǒng)。在民用建筑中，天然氣是重要的能源形式，燃?xì)夤艿婪笤O(shè)、燃?xì)獗淼陌惭b等也有屬于機(jī)電設(shè)備的安裝范疇[1]。

第五，其他電力機(jī)械設(shè)備。民用建筑中最主要的用電機(jī)械設(shè)備是電梯、備用發(fā)電機(jī)、充電樁等，工業(yè)建筑的機(jī)電設(shè)備類(lèi)型非常繁雜，常見(jiàn)的如電機(jī)、行吊等。

1.2 施工特點(diǎn)

從建筑機(jī)電安裝工程的施工內(nèi)容可知，此類(lèi)施工活動(dòng)以管道、強(qiáng)弱電線(xiàn)路、儀器儀表、用電設(shè)備為主。建筑物內(nèi)的管線(xiàn)非常復(fù)雜，并且其部署空間非常有限，有些管線(xiàn)施工線(xiàn)路本身就存在一定的設(shè)計(jì)缺陷，相互之前交叉碰撞在一起，難以施工。現(xiàn)代化的建筑物一般要采用管線(xiàn)綜合布置的方式，也就是將各種管線(xiàn)集中部署在墻體、吊頂?shù)瓤臻g內(nèi)。傳統(tǒng)的人工讀圖模式在實(shí)施過(guò)程中有可能產(chǎn)生較大的技術(shù)偏差，因?yàn)楣こ虉D紙通過(guò)正視圖、側(cè)視圖、俯視圖等方式來(lái)表現(xiàn)立體結(jié)構(gòu)，技術(shù)人員在識(shí)圖的過(guò)程中要將這些平面信息轉(zhuǎn)化成立體信息，存在一定的難度，容易引發(fā)錯(cuò)誤[2]。

2 BIM技術(shù)在建筑機(jī)電安裝中的應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 管線(xiàn)碰撞檢測(cè)

在傳統(tǒng)的施工方式下，各個(gè)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員根據(jù)各自的工程圖紙完成機(jī)電管線(xiàn)和設(shè)備的安裝，由于機(jī)電管線(xiàn)本身就呈現(xiàn)出錯(cuò)綜復(fù)雜的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)者偶爾也會(huì)產(chǎn)生設(shè)計(jì)偏差，導(dǎo)致管線(xiàn)之前相互碰撞或者交錯(cuò)在一起，在空間上無(wú)法錯(cuò)開(kāi)。還有些管線(xiàn)碰撞問(wèn)題是由各個(gè)專(zhuān)業(yè)不遵循工序或者錯(cuò)誤識(shí)圖所引起的。一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤的管線(xiàn)施工，在某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生了碰撞，就必須對(duì)前期完成的作業(yè)內(nèi)容加以從拆除，在明確新的施工方案后繼續(xù)施工[3]。這一過(guò)程中會(huì)浪費(fèi)一定量的施工材料、消耗人力資源以及機(jī)械設(shè)備，對(duì)施工單位造成較大的資金浪費(fèi)。BIM技術(shù)下可利用專(zhuān)業(yè)的軟件工具建立建筑物基礎(chǔ)、管道、橋架、穿線(xiàn)管的三維立體模型，并且完全按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)要求模擬出各種構(gòu)筑物和機(jī)電設(shè)備的空間關(guān)系，并且以不同的顏色來(lái)渲染這些機(jī)電管線(xiàn)。各個(gè)專(zhuān)業(yè)的工程技術(shù)人員可利用這種技術(shù)提前模擬出機(jī)電設(shè)備的空間關(guān)系，如果其中存在碰撞交叉的問(wèn)題，三維模型中可輕易發(fā)現(xiàn)。此時(shí)就可向建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位反饋相關(guān)情況，及時(shí)做出變更處理。和傳統(tǒng)的管理模式相比較，基于BIM開(kāi)展的管線(xiàn)碰撞檢查能夠做到風(fēng)險(xiǎn)前置，在施工之前就發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，避免了物資、機(jī)械以及人工的浪費(fèi)。

2.2 安裝空間合理性分析

機(jī)電設(shè)備和管線(xiàn)在安裝的過(guò)程中對(duì)空間具有一定的要求，并不是只要設(shè)備能夠安裝進(jìn)去就滿(mǎn)足工程要求，還要考慮到安裝和后期維護(hù)的便捷性，通常情況下要求設(shè)備和管線(xiàn)距離墻體、梁柱以及建筑物頂板等形成一定的距離和空間，否則有些操作會(huì)非常不便，并且還會(huì)影響到機(jī)電設(shè)備的通風(fēng)和散熱。經(jīng)常出現(xiàn)的不利情況是設(shè)備已經(jīng)安裝完成之后才發(fā)現(xiàn)凈高、水平凈距離等不能滿(mǎn)足正常的使用需求。BIM技術(shù)將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以及各種機(jī)電設(shè)備構(gòu)建成三維模型，并且軟件系統(tǒng)中可自動(dòng)分析出設(shè)備之間、設(shè)備和基礎(chǔ)之間、管道和管道之間的距離關(guān)系。工程技術(shù)人員在建模的過(guò)程中應(yīng)該盡可能提高精度，只有這樣才能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)安裝空間是否存在不合理的地方。BIM軟件可根據(jù)這些模型自動(dòng)形成剖面圖，技術(shù)人員可非常方便地觀察到具體的空間數(shù)據(jù)，這也是有效預(yù)防返工的管理措施[4]。

2.3 預(yù)留預(yù)埋地模擬分析

建筑機(jī)電設(shè)備和管線(xiàn)的安裝要求在土建基礎(chǔ)上預(yù)留各種孔洞或者預(yù)埋各種穿線(xiàn)管。例如，給排水管道、通風(fēng)空調(diào)管道都要在墻體或者樓層間版面上預(yù)留孔洞，室內(nèi)照明設(shè)備通常是在墻體中預(yù)埋金屬穿線(xiàn)管或者接線(xiàn)盒。這一部工作是機(jī)電專(zhuān)業(yè)和土建專(zhuān)業(yè)相互配合來(lái)完成的。以民用建筑電氣預(yù)埋為例，墻體上預(yù)留的拆線(xiàn)板、接線(xiàn)盒、強(qiáng)電箱點(diǎn)位多達(dá)十幾處，工程技術(shù)人員在讀圖的過(guò)程中容易產(chǎn)生遺漏。機(jī)電預(yù)埋施工一旦存在遺漏，后續(xù)的安裝將難以進(jìn)行，因?yàn)檫@些預(yù)埋件或者孔洞大多存在于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土硬化之后就難以再補(bǔ)救，只能拆除重新澆筑。在BIM技術(shù)模式之下，施工人員可事先建立完善的三維模型，根據(jù)施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)結(jié)果制作出預(yù)埋件或者預(yù)留孔洞的位置，然后再具體施工的過(guò)程中就可根據(jù)這些形象的模型來(lái)保證預(yù)留預(yù)埋的準(zhǔn)確性，避免產(chǎn)生遺漏或者位置錯(cuò)誤[5]。

2.4 施工方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)

施工圖紙中對(duì)機(jī)電管線(xiàn)的安裝位置并不一定能給出詳細(xì)的數(shù)據(jù)，有時(shí)僅僅在圖上做出示意，指明具體的標(biāo)高，并且各個(gè)專(zhuān)業(yè)的管線(xiàn)也會(huì)存在標(biāo)高一致的情況。在傳統(tǒng)的施工管理模式之下，各個(gè)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員要在現(xiàn)場(chǎng)去分析相同標(biāo)高的管線(xiàn)在水平面上應(yīng)該如何布置，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上滿(mǎn)足各專(zhuān)業(yè)的施工需求。有時(shí)候甚至還需要在現(xiàn)場(chǎng)做出樣板，通過(guò)實(shí)際嘗試來(lái)確認(rèn)具體的施工方案是否可行，這種管理模式呈現(xiàn)出效率低下的缺陷。在BIM技術(shù)路線(xiàn)之下，技術(shù)人員可利用軟件系統(tǒng)繪制管線(xiàn)的模型，并且在空間上對(duì)比各種施工方案的優(yōu)劣，通過(guò)多次試驗(yàn)之后確定出最優(yōu)的部署方式。由于BIM使用了信息化模擬技術(shù)，能夠非常方便的改變參數(shù)，進(jìn)而快速生成機(jī)電設(shè)備的空間模型，幫助技術(shù)人員快速實(shí)施方案對(duì)比和優(yōu)化。

2.5 工程量核算

在核算工程項(xiàng)目造價(jià)時(shí)必須對(duì)各個(gè)分項(xiàng)分部工程的具體施工內(nèi)容、工程量、材料使用量等做出詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)，然后再核算出人工費(fèi)用、機(jī)械費(fèi)用、項(xiàng)目措施費(fèi)用，最后再根據(jù)定額套用的要求計(jì)算出每一項(xiàng)施工內(nèi)容的單位造價(jià)，將其和工程量相乘就能得到某一項(xiàng)具體施工活動(dòng)的造價(jià)。在實(shí)際操作過(guò)程中有可能會(huì)出現(xiàn)工程量核算錯(cuò)誤的情況，常見(jiàn)的為重復(fù)計(jì)算或者漏算。機(jī)電管線(xiàn)施工的難點(diǎn)在于線(xiàn)路長(zhǎng)度大、轉(zhuǎn)彎方向多。例如，技術(shù)人員在統(tǒng)計(jì)管道施工的工程量時(shí)就要將其直線(xiàn)段、彎頭段的長(zhǎng)度分別計(jì)算出來(lái)，整個(gè)過(guò)程容易出現(xiàn)錯(cuò)漏。利用BIM軟件構(gòu)建了機(jī)電管線(xiàn)的三維可視化模型之后，由于系統(tǒng)利用數(shù)字化的方式來(lái)模擬這些工件，因而能夠計(jì)算出各種管線(xiàn)的長(zhǎng)度。實(shí)際上，在工程造價(jià)算量中一般不會(huì)使用到BIM軟件中的數(shù)據(jù)，這些軟件也不是為造價(jià)核算而設(shè)計(jì)的，但是造價(jià)管理人員可參考軟件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，借此來(lái)檢查自己的核算結(jié)果，進(jìn)而提升機(jī)電管線(xiàn)工程量核算的精確度[6]。

2.6 促進(jìn)各專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)施工

建筑機(jī)電安裝工程涉及各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間的配合，土建專(zhuān)業(yè)主要完成機(jī)電設(shè)備的基礎(chǔ)施工、預(yù)留施工以及預(yù)埋施工，而各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間在布線(xiàn)、排管、設(shè)備布置方面也會(huì)相互影響，這就要求各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間加強(qiáng)技術(shù)合作，提前發(fā)現(xiàn)空間和布局方面存在的問(wèn)題，并且就具體的施工順序達(dá)成共識(shí)，否則施工活動(dòng)將會(huì)陷入混亂中。在傳統(tǒng)的施工模式下，各專(zhuān)業(yè)利用圖紙分析其自己的施工內(nèi)容和機(jī)電設(shè)備安裝方式，并不能及時(shí)掌握其他專(zhuān)業(yè)的施工內(nèi)容和具體需求，這樣很容易產(chǎn)生沖突。將BIM技術(shù)引入工程管理之后，項(xiàng)目部可將整個(gè)項(xiàng)目的三維模型建立出來(lái)，各個(gè)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員不僅能觀察到自己負(fù)責(zé)的施工內(nèi)容，同時(shí)也能觀察到其他專(zhuān)業(yè)的施工內(nèi)容，相互之間可以商量出具體的施工順序，促進(jìn)各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)調(diào)作業(yè)。

2.7 施工進(jìn)度管理

工程項(xiàng)目的進(jìn)度是建設(shè)單位和施工單位都非常關(guān)注的內(nèi)容，傳統(tǒng)模式下由施工單位向業(yè)主、監(jiān)理上報(bào)進(jìn)度資料，但是建筑工程項(xiàng)目的施工內(nèi)容非常繁雜，尤其是機(jī)電安裝工程，先是管道、穿線(xiàn)管就位，然后是放線(xiàn)，接著是安裝機(jī)電設(shè)備，最后再完成接線(xiàn)操作。內(nèi)容過(guò)于詳細(xì)， 在進(jìn)度管理以及進(jìn)度資料的上報(bào)上比較滯后，并且還不能做到全面覆蓋。基于BIM技術(shù)的進(jìn)度管理功能，利用激光掃描或者數(shù)碼相機(jī)全景掃描技術(shù)，形成3D或者4D建筑模型，掃描后所形成的模型會(huì)覆蓋所有已經(jīng)完成施工的內(nèi)容，進(jìn)而幫助各方管理人員快速而全面地掌握進(jìn)度信息。

3 BIM技術(shù)在機(jī)電安裝中的具體實(shí)現(xiàn)方法

3.1 BIM技術(shù)的主要軟硬件工具

第一，功能性軟件。BIM技術(shù)是利用一系列現(xiàn)代化的軟件構(gòu)建建筑物基礎(chǔ)、機(jī)電設(shè)備、機(jī)電管線(xiàn)的三維立體模型，目前功能最全面的BIM軟件是Autodesk Revit，機(jī)電設(shè)備及管線(xiàn)的設(shè)計(jì)主要由ArchiCAD來(lái)完成，建筑物中的預(yù)埋電氣管線(xiàn)、暖通空調(diào)管線(xiàn)等在空間上有可能產(chǎn)生沖突，管線(xiàn)碰撞自動(dòng)檢查是BIM技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)，用于實(shí)現(xiàn)這一功能的軟件為Naviswork，Revit軟件在建筑物整體建模中的效果最為突出，其他的功能性軟件要和Revit實(shí)現(xiàn)有效的配合。BIM中可對(duì)建筑物基礎(chǔ)以及各種管線(xiàn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)三維展示，此時(shí)要使用到3DMax等用于3D顯示的插件。

第二，硬件配置。由于BIM技術(shù)中使用的軟件系統(tǒng)要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算，因而對(duì)服務(wù)器性能、數(shù)據(jù)庫(kù)性能以及網(wǎng)絡(luò)傳輸速度提出了較高的要求，在搭建系統(tǒng)的過(guò)程中應(yīng)該結(jié)合項(xiàng)目復(fù)雜度、工程量等因素合理配置服務(wù)器的運(yùn)行內(nèi)存（通常要求在8G以上）、硬盤(pán)存儲(chǔ)空間（如1T以上）。

3.2 基于BIM技術(shù)的機(jī)電安裝施工流程

第一，建立三維模型。以工程圖紙為核心依據(jù)，明確混凝土基礎(chǔ)、機(jī)電設(shè)備、機(jī)電管線(xiàn)的各種參數(shù)，然后在BIM軟件中建立工作集，每一個(gè)專(zhuān)業(yè)還可建立專(zhuān)屬的子工作集，然后利用軟件系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的組件搭建出三維模型。

第二，碰撞監(jiān)測(cè)。此處的碰撞檢測(cè)可分為三種類(lèi)型：一是對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的碰撞檢測(cè)，避免混凝土基礎(chǔ)產(chǎn)生設(shè)計(jì)缺陷;二是檢查管線(xiàn)和機(jī)電設(shè)備與混凝土基礎(chǔ)是否存在碰撞或者空間位置不合理的情況，檢測(cè)過(guò)程中要考慮到后期安裝及維修操作的便捷性;三是檢測(cè)管線(xiàn)之間是否存在相互碰撞的問(wèn)題，控制好管線(xiàn)之間的間距。

第三，管線(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在完成了機(jī)電設(shè)備和管線(xiàn)的三維建模、碰撞檢測(cè)之后，軟件系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分析出其中存在的問(wèn)題，如果圖紙本身就存在設(shè)計(jì)不合理的情況，那么技術(shù)人員應(yīng)該及時(shí)向設(shè)計(jì)單位反饋具體情況，并且盡快設(shè)計(jì)出優(yōu)化后的圖紙，管線(xiàn)碰撞檢查是一種有效的事前控制策略，應(yīng)用價(jià)值很大。在優(yōu)化管線(xiàn)的過(guò)程中一定要充分重視重力流管道和非重力流管道，前者以重力作用為動(dòng)力，坡度要求較高，應(yīng)該優(yōu)先予以考慮。

第四，輸出圖紙。BIM系列軟件還具備自動(dòng)形成圖紙的功能，并且支持圖紙的打印，具體包括了平面圖、剖面圖、三維軸測(cè)圖以及具體的BIM三維模型圖，可輔助工程技術(shù)人員完成安裝作業(yè)。

4 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)是利用現(xiàn)代化的軟件來(lái)模擬各種建筑信息，最具價(jià)值的是建立建筑物內(nèi)外部結(jié)構(gòu)的三維可視化模型，輔助管理工程進(jìn)度、工程量核算等。在建筑機(jī)電安裝中可利用BIM技術(shù)來(lái)模擬機(jī)電管線(xiàn)和設(shè)備的三維模型，進(jìn)而幫助技術(shù)人員檢測(cè)管線(xiàn)碰撞、預(yù)留預(yù)埋、空間利用等問(wèn)題，還能對(duì)比優(yōu)化各種施工方案。

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