淺談BIM技術在建筑機電工程安裝過程中的應用

熊向前 陳漢卿

[摘? 要]：建筑機電安裝在項目管理過程中具備專業廣泛、專業性強等特點，目前采用傳統平面圖紙指導現場施工的方法，存在難以反映各專業管道空間交叉位置，后期施工易發生管道碰撞等問題，管理人員需耗費大量人力、物力、時間作前期技術交底和現場協調工作。文章通過分析BIM技術在建筑機電安裝中的應用，提前暴露平面圖紙設計與實際不符、各專業管道交叉碰撞等問題，從而進一步優化設計及施工方案，為后期施工提供技術支持，達到加快施工進度，提高工程質量，降低施工成本的效果，為今后的建筑安裝工程施工提供借鑒。

[關鍵詞]：建筑安裝; BIM技術; 項目管理

TU806A

隨著國家對BIM技術的大力推廣和廣泛應用，BIM技術在國內建筑行業領域也得到了迅速發展。越來越多的大型建筑企業將BIM 技術應用于項目的全周期管理。為進一步推廣BIM技術在建筑業的應用，各省市陸續發布各項指導意見與實施辦法，以廣東省為例：省住房和城鄉建設廳發布了《關于開展建筑信息模型 BIM 技術推廣應用工作的通知》，到2014年底，啟動10項以上BIM技術推廣項目建設;到2015年底，基本建立我省BIM技術推廣應用的標準體系及技術共享平臺;到2016年底，政府投資的2萬m2以上的大型公共建筑，以及申報綠色建筑項目的設計、施工應當采用BIM技術，省優良樣板工程、省新技術示范工程、省優秀勘察設計項目在設計、施工、運營管理等環節普遍應用BIM技術;到2020年底，全省建筑面積2萬m2及以上的建筑工程項目普遍應用BIM技術[7]。

1 BIM 技術在建筑機電安裝深化設計中的應用

建筑機電管道安裝在平面圖設計階段存在區分專業、區分系統進行管道繪制的情況，各個專業設計人員之間溝通少、配合度低，再加上管道類別復雜、交叉繁多、缺少統一規劃，對空間合理利用考慮欠佳，必然會導致管道布置發生沖突。那么BIM 技術將是建筑機電圖紙深化過程中最重要的一個環節，通過BIM建立機電安裝工程全生命周期的信息庫，使得各專業設計人員、建設方及施工方等都能參與其中，能夠很好的消除施工中交底不徹底的弊端，不僅提高了設計質量，同時也提高了施工效率和質量。

1.1 傳統工藝在建筑機電安裝中的局限性

建筑機電安裝工程在施工管理中，現場工程師需要結合企業管理目標要求，對現場的施工成本、工程進度、施工質量和安全進行全方位管控。在傳統的安裝施工管理中，為防止后期施工中不同專業管道安裝發生碰撞，工程師利用掌握的項目資料，結合實際情況，運用自身技術經驗，依靠CAD二維圖紙輔助管理，通過復制疊圖找出不同專業的管道交叉的位置，從而調整空間布局，有效地控制好設備、管道、電纜橋架等在空間上的排列走向，確保項目施工的可行性、美觀性和生產使用中的實用性。然而，這種現場施工管理模式要求工程師必須具有較高的專業水準，同時也不利于現場技術交底，工程師往往需需要花費大量的時間與施工單位進行溝通交流，并且存在因為技術交底不徹底而耽誤工期的隱患，具有較大的局限性。

1.2 BIM技術在建筑機電安裝中的應用

隨著建筑信息化的快速發展，BIM技術在建筑機電安裝設計及圖紙深化過程中所發揮的作用日漸突顯。在項目管理中，可應用BIM技術建立一個三維可視化虛擬建筑模型，模型中所有的構筑物都是參數化的模型，能夠幫助設計人員和現場工程師在圖紙深化階段及安裝施工中及時發現并解決管道碰撞、凈高不足等問題，減少現場返工次數，防止資源浪費，從而有效控制項目成本，提高設計及安裝施工質量[2-3]。BIM作為建筑信息的載體，在設計中能夠較好地解決建筑中的梁與管道、預留洞口與管道、管道與管道之間的沖突問題，保證設計圖紙能準確地反映出設計者意圖[4]。

建筑機電安裝工程管道布置包括：消防噴淋管、消防栓管、防排煙風管、給排水管道、空調送排風管、空調冷凍水管、冷卻水管、強弱電纜橋架、線槽等管道。綜合調整布局是深化設計的主要內容，目的在于調整管道的空間關系。BIM的可視化三維模型能夠直觀地將各專業管道空間位置關系展現出來，并通過BIM的“碰撞檢查”功能，快速、正確地幫助設計人員和現場工程師發現管道沖突碰撞位置，及時優化處理[5]。隨著BIM技術深化設計的推進，施工圖被不斷調整完善，最終使得施工圖紙更具有可操作性，減少施工現場返工，具體有幾點：

（1）通過運用BIM技術合理布置各專業管道，特別是房建工程地下車庫管道復雜，BIM技術能夠最大限度地提高地下車庫頂部空間使用，優化管道路徑，減少管道沖突造成的二次返工。

（2）鋼筋混凝土結構在施工前通過BIM技術確定管道路徑和預留套管的精確位置，減少后期在鋼筋混凝土結構中二次開洞。

（3）彌補原圖紙設計的不足，減少在施工過程中因圖紙問題造成的人力、物力和財力的浪費。

（4）協調解決管道豎井的各專業管道布置，保證管道井預留足夠空間完成各類管道的安裝、檢修和更換工作。美國斯坦福大學設備工程中心曾總結過，建筑行業中使用 BIM技術帶來的好處：①通過BIM技術深化的圖紙準確率高、出圖效率高、施工過程中少返工;②由設計圖紙與現場實際情況不相符而變更產生的資源消耗下降了30%;③運用BIM碰撞技術分析解決機電管道碰撞問題，為合同價格減少了10%;④BIM技術的最直觀的特點就是三維可視化，同時又將建筑信息模型運用到建筑安裝工程施工階段中，使得施工效率大大提高，縮短了工期[6]。

2 應用實例

南京某綜合體項目，建成后可實現商務辦公和五星級酒店運營。在項目設計階段和施工過程中，通過BIM技術解決了設計不合理、管道碰撞等問題，完成空間優化和施工方案優化。

建筑論壇與建筑設計熊向前， 陳漢卿： 淺談BIM技術在建筑機電工程安裝過程中的應用

2.1 建立BIM模型

將原設計圖紙的構件參數通過BIM軟件處理，建立建筑模型，創建過程根據現場實際情況，著重考慮建筑機電部分的模型創建。地上主體結構和地下主體結構通過原設計平面圖紙參數創建輪廓模型，裝飾裝修部位模型不考慮。在機電模型創建中，必須細化到各專業機電管道空間及管道走向，提高建模的精確度，這樣才更具參考性、正確性、可行性。BIM技術的創建模型及深化流程，如圖1所示。

2.2 主體結構施工前期優化施工工藝

根據建筑平面結構圖建立綜合體項目BIM模型，通過優化各專業管道路徑及標高，建立BIM機電數據模型。將結構模型和機電模型整合并進行分析，選擇關鍵部位，深化圖紙，將需提前在鋼筋混凝土主體結構上預留套管的部位確定出來，導出設計圖紙進行提前預留，避免后期在受力的主體結構中進行二次開洞，影響結構穩定，造成人力、財力、物力的浪費。特別是建筑的走廊部位，寬度和凈高有限，既有跨梁又有吊頂，加之頂部管道繁多復雜，通過BIM優化調整布局，保證后期有足夠的吊頂空間，如圖2所示。

2.3 建筑機電安裝前期優化

根據建筑機電平面圖紙，建立各機電管道BIM模型，將模型合并后進行管道碰撞檢查，解決安裝平面設計圖紙中存在的問題。特別是商業綜合體地下車庫中（圖3），由于管道錯綜復雜，管道之間的碰撞問題較多，通過BIM建模進行檢查，避免在施工過程中的返工，造成材料浪費。

BIM技術在各專業管道空間利用中具有明顯優勢。建筑物走廊中，各專業橋架、防排煙管、新風管、消防栓管道、噴淋主管道及支管排布雜亂，使得后期走廊吊頂高度達不到設計規范要求，影響驗收。通過BIM技術，依據有壓管讓無壓管、水管讓風管、支管道讓主管道的原則重新布置管道位置，化解矛盾點，使走廊吊頂空間利用率達到最優化。如圖4所示，走廊部位通過BIM優化，在主體混凝土澆筑之前，將噴淋套管預留至優化位置;在機電安裝之前，將各專業管道重新布置，強弱電橋架排布在兩邊，既能防止強電對弱電的干擾，同時又使走廊吊頂高度提高了100 mm。

2.4 建筑機電安裝工程施工前方案優化

由于商務酒店建筑結構復雜，對空間利用提出了很高要求，特別是酒店走廊、地下室設備間的空間利用，往往是機電施工方案優化的著重點，通過會議的形式討論施工方案會消耗大量的時間，存在溝通不徹底、不充分的情況。BIM技術在此項目的機電安裝工程施工方案中取得了較好的效果。機電各專業運用BIM 技術相互協調合作，把各機電設計圖紙整合成BIM三維模型，運用BIM 技可視化的特點進行施工方案論證，能夠及時、清楚地把管線布置存在的問題反映出來，在施工過程中，便于項目工程師和各專業施工人員之間的溝通、交流，能夠更快地作出最優化的方案，解決最棘手的問題。

3 結論

建筑機電安裝工程在項目管理過程中專業最多、專業性最強，包括給排水、電氣、采暖、消防、燃氣、通風、空調、智能化等相關專業，工程師在管理過程中必須認真負責，嚴格按照規范和安裝圖集的要求對現場施工進行管理，加強對現場安裝材料、安裝質量和安全生產的管控力度。BIM技術在建筑機電安裝工程過程中的應用，可以優化管道布局、完善設計圖紙、減少返工現象，從而提高施工質量、加快施工進度，降低施工成本。同時，BIM技術模型的直觀效果，能夠更好的對施工人員進行技術交底，提高施工人員的專業素質，確保項目能夠按期保質保量完成。

參考文獻

[1] 廣東省住房和城鄉建設廳. 關于開展建筑信息模型BIM 技術推廣應用工作的通知[S]，2014.

[2] 楊太華，汪洋，王素芳.基于BIM技術的建筑機電安裝工程施工階段精細化管理[J].武漢大學學報，2013（10）.

[3] 張建平，李丁，林佳瑞，等.BIM在工程施工中的應用[J].施工技術，2012（8）.

[4] Hanna， A.， F. Boodai， M. El Asmar. The State of Practice of Building InformationModeling （BIM） in the Mechanical and Electrical Construction Industries[J]. Journal ofConstruction Engineering and Management， 2013： p.10.1061/（ASCE）CO. 1943-7862.0000747.

[5] 章夢晨.基于BIM 的機電安裝工程深化設計應用研究[D].廣州： 廣州大學，2016（18-19）.

[6] 牛博生.BIM技術在工程項目進度管理中的應用研究[D]. 重慶：重慶大學，2012.