基于BIM技術(shù)的建筑工程機(jī)電安裝施工研究

文／繆同剛 南京第一建設(shè)事務(wù)所有限責(zé)任公司 江蘇南京 210000

引言：

當(dāng)前，隨著建筑工程設(shè)計(jì)與施工的復(fù)雜化，建筑工程中機(jī)電安裝施工的難度也在進(jìn)一步提升，特別是在機(jī)電管線的設(shè)計(jì)和安裝中，管線的類型和走向復(fù)雜度極高，傳統(tǒng)的CAD圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方法已經(jīng)很難滿足實(shí)際的工作需要。在這種情況下，BIM 技術(shù)就得到了更為廣泛的應(yīng)用。但從目前來看，BIM 技術(shù)的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，因此需要對(duì)其在機(jī)電安裝施工中的具體應(yīng)用做進(jìn)一步深入研究。

1、BIM 技術(shù)概述

1.1 BIM 技術(shù)的基本概念

BIM 技術(shù)全稱為“Building Information Modeling”，具體則指的是“建筑信息建模”。這項(xiàng)技術(shù)集合了多個(gè)學(xué)科，包括建筑學(xué)、土木工程學(xué)、計(jì)算機(jī)等，其基本原理是，通過整合建筑工程中的大量數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建一個(gè)建筑工程領(lǐng)域的數(shù)據(jù)信息庫，在庫中的數(shù)據(jù)信息的加持下，后續(xù)的施工環(huán)節(jié)將具有更高的效率和質(zhì)量。當(dāng)前，BIM 技術(shù)主要是基于各種軟件加以實(shí)現(xiàn)的，通過操作這些軟件，即可高效率完成對(duì)建筑工程各環(huán)節(jié)的管理、設(shè)計(jì)和評(píng)估等工作，得到更加優(yōu)質(zhì)的建筑工程項(xiàng)目[1-2]。對(duì)于建筑工程中機(jī)電安裝施工部分而言，BIM 技術(shù)的主要應(yīng)用內(nèi)容則如表1 所示。

表1 BIM 技術(shù)在建筑機(jī)電安裝施工中的主要應(yīng)用內(nèi)容

1.2 BIM 技術(shù)在建筑工程機(jī)電安裝施工中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

在建筑工程機(jī)電安裝施工中，應(yīng)用BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)較為突出，具體則可細(xì)分為以下幾個(gè)方面。

一是獲得的信息更加全面。在建筑工程機(jī)電安裝施工過程中，通過應(yīng)用BIM 相關(guān)軟件，技術(shù)人員能夠獲得施工所需要的大量數(shù)據(jù)信息，再通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合，即可實(shí)現(xiàn)這些重要數(shù)據(jù)信息的共享，消除了以往信息傳輸不暢的問題。不僅如此，還可將施工人員的具體信息錄入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工細(xì)節(jié)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決細(xì)節(jié)問題，從而進(jìn)一步保證機(jī)電安裝施工作業(yè)的質(zhì)量。

二是信息的可視化程度更高。相較于傳統(tǒng)的機(jī)電結(jié)構(gòu)技術(shù)，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更為直觀，具體表現(xiàn)在，技術(shù)人員能夠通過軟件直觀感知建筑機(jī)電工程完成后的3D 效果，在這種情況下，施工中的各種疑難點(diǎn)均一目了然，由此，技術(shù)交底工作的難度也大幅降低，這種優(yōu)勢(shì)也是傳統(tǒng)的CAD 等技術(shù)所不具備的。

三是具備“全生命周期”的特點(diǎn)。在建筑工程機(jī)電安裝施工中，其涉及到的細(xì)節(jié)較多，導(dǎo)致管理難度頗高。而BIM技術(shù)的引入則有效緩解了上述問題，在合理應(yīng)用BIM 技術(shù)后，管理人員能夠?qū)Ω鱾€(gè)分項(xiàng)的施工進(jìn)度、工作質(zhì)量和工程成本之間予以有效的協(xié)調(diào)和把控，促進(jìn)施工進(jìn)度、成本和質(zhì)量等指標(biāo)之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。不僅如此，BIM 技術(shù)的“模擬施工”功能對(duì)于后續(xù)維護(hù)和排障等環(huán)節(jié)而言，也發(fā)揮著較為重要的作用[3]。

2、BIM 技術(shù)在建筑工程機(jī)電安裝設(shè)計(jì)施工中的實(shí)際應(yīng)用策略

2.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段的應(yīng)用

對(duì)于當(dāng)前大多數(shù)的建筑工程項(xiàng)目而言，其機(jī)電安裝設(shè)計(jì)工作主要涵蓋了強(qiáng)電、弱電、給排水、排煙和通風(fēng)空調(diào)五個(gè)部分，各部分的功能必須滿足實(shí)際需求。考慮到這一情況，設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段的重要性則較為突出。具體來看，在這一環(huán)節(jié)中，技術(shù)人員的首要任務(wù)是根據(jù)建筑工程的實(shí)際需要來構(gòu)建BIM 模型，在構(gòu)建過程中，需要在數(shù)據(jù)庫中合理選擇管線、設(shè)備和配件模型，確保其品牌和性能參數(shù)等指標(biāo)均合乎要求。如數(shù)據(jù)庫中缺少相匹配的設(shè)備，則需要根據(jù)提供的電子樣本，自建相關(guān)的設(shè)備和配件數(shù)據(jù)文件，以完成模型選取。在模型的選取和確定工作完成后，則需要對(duì)各個(gè)專業(yè)模型進(jìn)行鏈接組裝，此環(huán)節(jié)需要注意的是，由于建筑工程機(jī)電安裝施工并非一項(xiàng)完全獨(dú)立的工作，因此還需要引入建筑的土建結(jié)構(gòu)模型，確定機(jī)電管線的主管道（主管道的型號(hào)通常在DN50 或更高）。在此基礎(chǔ)上，即可應(yīng)用相關(guān)軟件進(jìn)行管線沖突檢測(cè)和漫游檢查，對(duì)于檢測(cè)中存在的問題進(jìn)行分析和整改，直至檢測(cè)無誤后，方可進(jìn)入下一階段。

2.2 機(jī)電管線的綜合三維呈現(xiàn)

在確定機(jī)電管線不存在沖突碰撞后，即需要對(duì)所有機(jī)電管線進(jìn)行綜合三維呈現(xiàn)，此環(huán)節(jié)不僅能夠初步展示整體效果，而且還有助于發(fā)現(xiàn)遺漏和缺少的管線，并明確機(jī)電安裝工程和土建工程二者之間的融合情況，以此來進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)電安裝施工的效果。在實(shí)際工作中，機(jī)電管線的綜合三維呈現(xiàn)通常基于Revit2018 軟件（圖1）完成。使用該軟件時(shí)，先載入機(jī)電安裝工程相對(duì)應(yīng)的CAD 電子文檔，該軟件即可對(duì)文檔中的數(shù)據(jù)進(jìn)行層的拆分和打散，再逐層進(jìn)行綜合三維呈現(xiàn)。當(dāng)然，此環(huán)節(jié)需要注意的是，在Revit 軟件中，應(yīng)當(dāng)預(yù)先建立國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)電管線，并需要區(qū)分有配件線管和無配管線管，此環(huán)節(jié)可充分使用軟件數(shù)據(jù)庫中現(xiàn)有的模板進(jìn)行復(fù)制和修改。同時(shí)，管線的放置環(huán)節(jié)也需要注意屬性欄和選項(xiàng)欄，必要時(shí)需要執(zhí)行“添加垂直”和“坡度修改”等操作，并在相關(guān)位置進(jìn)行標(biāo)記。通過以上操作，即可逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)電管線的綜合三維呈現(xiàn)。

圖1 Revit 軟件界面

機(jī)電管線的綜合三維呈現(xiàn)完成后，即可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步生成三維漫游模式。在這種模式下，技術(shù)人員可通過主觀視角，核對(duì)機(jī)電管線的屬性信息，核查布線高度是否合理，還可模擬出機(jī)電安裝施工進(jìn)場(chǎng)的場(chǎng)景。這也為后續(xù)的可視化技術(shù)交底工作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[4]。

2.3 綜合天花設(shè)計(jì)

綜合天花設(shè)計(jì)是在整體設(shè)計(jì)方案確定后進(jìn)行的第一個(gè)環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中，首先通過BIM 相關(guān)軟件建立綜合天花設(shè)計(jì)的BIM 模型，該模型通常可以在已有的燈具、噴頭等設(shè)備的數(shù)據(jù)庫中直接進(jìn)行復(fù)制。而后則需要根據(jù)管線的參數(shù)和精度要求，在軟件中對(duì)各種構(gòu)件的信息進(jìn)行梳理，對(duì)管線的高度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以滿足綜合天花的使用和電氣照明等方面的實(shí)際需求。

2.4 橋架方面的設(shè)計(jì)

橋架設(shè)計(jì)是機(jī)電工程項(xiàng)目中的重要組成部分，在原始的CAD 圖紙中，照明系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)等通常會(huì)存在共用橋架，因此在橋架的設(shè)計(jì)過程中，同樣需要對(duì)屬性欄、選項(xiàng)欄和功能區(qū)三部分予以關(guān)注。其中，在屬性欄中要注意管線的分組，重點(diǎn)是合理配置T 型三通和四通等，本著自下而上的順序進(jìn)行。如配件尺寸不合乎要求，則需要在“管理”選項(xiàng)卡下的“MEP 設(shè)置”功能中進(jìn)行新建尺寸。同時(shí)軟件中的自動(dòng)連接功能也要注意應(yīng)用。

在橋架設(shè)計(jì)過程中，橋架的標(biāo)高是需要重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)參數(shù)，特別是在建筑工程的地下室部位，更需要引起重視。根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，可將給排水主管道和弱電橋架布置在3.150mm 的標(biāo)高位置，可兼顧美觀性和實(shí)用性。

2.5 設(shè)計(jì)工作的排查和優(yōu)化

在設(shè)計(jì)工作基本完成后，仍需對(duì)設(shè)計(jì)整體進(jìn)行排查和優(yōu)化，以消除可能存在的線路碰撞隱患問題。此環(huán)節(jié)的工作通常基于Revit 軟件中的ClashDetective 工具進(jìn)行。考慮到實(shí)際需要，通常先定義檢測(cè)規(guī)則，設(shè)置墻體之間的碰撞不進(jìn)行檢測(cè)，以避免誤報(bào)現(xiàn)象的出現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，設(shè)置重要管線之間的距離大于特定數(shù)值，以此來逐步開始檢測(cè)。在碰撞檢測(cè)完成后，還要使用Navis Works 軟件進(jìn)行漫游審查，其主要作用是查看BIM 模型中的布線位置是否合理，以及是否執(zhí)行了相應(yīng)的規(guī)范操作等。

3、BIM 技術(shù)在建筑工程機(jī)電安裝施工管理中的實(shí)際應(yīng)用策略

3.1 應(yīng)用于施工集成管理

在機(jī)電安裝施工過程中，應(yīng)用BIM 技術(shù)，能夠?qū)刂七M(jìn)度和預(yù)算進(jìn)行管理。對(duì)于預(yù)算管理而言，其主要是通過將成本參數(shù)整合到BIM 模型中加以實(shí)現(xiàn)的。通過BIM 模型即可對(duì)機(jī)電安裝部分的整體成本進(jìn)行準(zhǔn)確度較高的估算，有助于實(shí)現(xiàn)更為高效的成本控制。另一方面，對(duì)于控制進(jìn)度而言，BIM 技術(shù)能夠基于設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的碰撞檢查結(jié)果，對(duì)項(xiàng)目的施工進(jìn)度進(jìn)行分析模擬，在此基礎(chǔ)上，BIM 技術(shù)也能夠與RFID技術(shù)、移動(dòng)技術(shù)和GPS 技術(shù)等相結(jié)合，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤。整體來看，通過這兩方面的工作，能夠?qū)Σ少彙⒃O(shè)計(jì)和施工等方面予以有機(jī)融合，對(duì)于提升機(jī)電安裝施工水平有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.2 應(yīng)用于施工物料管理

在施工過程中利用BIM 技術(shù)，能夠?qū)⑹┕に璧母鞣N物料的種類、價(jià)格和數(shù)量等信息予以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)完成后放置在模型當(dāng)中，由此即可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電工程安裝施工所需的成本進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。通過采用這種方式，能夠做到“以最少的物料消耗達(dá)成施工質(zhì)量”的目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)造價(jià)成本的控制。另一方面，通過應(yīng)用BIM 技術(shù)，也能夠?qū)κ┕の锪系幕厩闆r進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，明確物料的使用情況、供應(yīng)情況、價(jià)格波動(dòng)等，確保采購人員能夠及時(shí)根據(jù)實(shí)際需要合理進(jìn)行采購，避免材料不足或材料的過度浪費(fèi)，以確保施工各環(huán)節(jié)有條不紊地進(jìn)行。由此可見，通過應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行物料管理，能夠顯著提升物料管理水平，進(jìn)而推動(dòng)施工進(jìn)度方案的高效落實(shí)。

3.3 應(yīng)用于工程質(zhì)量管理

除了技術(shù)交底環(huán)節(jié)之外，在工程施工期間，也可通過BIM 模型與現(xiàn)場(chǎng)施工情況進(jìn)行比對(duì)，將BIM 模型應(yīng)用于機(jī)電安裝施工項(xiàng)目的驗(yàn)收管理中。通過這種比對(duì)方式，即可有效避免施工錯(cuò)誤，或是不按照?qǐng)D紙施工而產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)問題。另一方面，技術(shù)人員也可應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行工程量的分析，確保工程已經(jīng)按要求完成。這方面的應(yīng)用通常由預(yù)算員和技術(shù)員共同協(xié)作完成，具體場(chǎng)景和工作方案如表2 所示。

表2 BIM 技術(shù)在工程量分析計(jì)算中的應(yīng)用

3.4 應(yīng)用于施工安全管理

通過BIM 模型所具備的4D 模擬的特點(diǎn)，其能夠在施工安全管理的各個(gè)方向得以廣泛應(yīng)用。以高層建筑機(jī)電安裝中常用的塔吊設(shè)備為例，通過BIM 技術(shù)，即可對(duì)塔吊回轉(zhuǎn)時(shí)掃過的空間予以模擬，并根據(jù)模擬結(jié)果采取相應(yīng)的優(yōu)化措施，避免其與電源線和附近建筑物在空間上發(fā)生沖突，其也可確定使用塔吊的操作人員，以此建立防墜落保護(hù)機(jī)制。在這一機(jī)制的建設(shè)中，仍采用BIM 技術(shù)，建立防墜落構(gòu)件模型，并通過3D 可視化功能對(duì)墜落風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行判斷，以實(shí)現(xiàn)安全管控[5]。

另一方面，BIM 技術(shù)亦可用于應(yīng)急預(yù)案計(jì)劃的制定。通過構(gòu)建BIM 模型，可明確以下幾方面的應(yīng)急預(yù)案計(jì)劃：（1）施工人員在場(chǎng)地出入口的疏散計(jì)劃；（2）建筑機(jī)電設(shè)備和運(yùn)送路線；（3）臨時(shí)設(shè)施和拖車位置，以及車輛緊急調(diào)度的路線安排；（4）惡劣天氣下的預(yù)防措施計(jì)劃。

3.5 應(yīng)用于機(jī)電工程運(yùn)營(yíng)和維護(hù)階段

在建筑工程機(jī)電安裝施工環(huán)節(jié)中，其采用的BIM 模型包含了大量的數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)信息中含有后期使用、維護(hù)、調(diào)試環(huán)節(jié)中所需要的所有信息，同時(shí)也為后續(xù)的改擴(kuò)建和設(shè)備退役等重大變化提供了完整的原始信息。因此，在機(jī)電工程的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)階段也需要基于BIM 技術(shù)加以開展，利用BIM 模型可視化的優(yōu)勢(shì)，有效地辨識(shí)、計(jì)劃和監(jiān)控運(yùn)營(yíng)和維護(hù)階段的工作。

結(jié)語：

總而言之，在當(dāng)前的建筑工程機(jī)電安裝施工作業(yè)中，應(yīng)用BIM 技術(shù)的重要性尤為突出，通過應(yīng)用BIM 技術(shù)，以往工作中的各種難題也將迎刃而解。因此，相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用予以重視，在實(shí)際工作中，積極發(fā)揮BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合已有的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)實(shí)際應(yīng)用的方法不斷優(yōu)化創(chuàng)新，從而進(jìn)一步提升建筑工程機(jī)電安裝施工質(zhì)量。