BIM技術在機電管綜施工的應用及問題探究

謝勇宏， 李孝軍， 劉寶軍， 李開樹

（深圳市建設（集團）有限公司）

1 引言

建筑信息模型 (Building Information Modeling，BIM)是將建筑物的功能特性以三維模型的形式進行數字化表達的一種方式。BIM技術作為新型建造管理技術，改變了傳統的建造管理模式，是一種動態的管理模式。

BIM 在項目全過程咨詢應用可分為準備階段、設計階段、施工階段、運維階段四個階段[1]。借助BIM 技術的全視頻界面對施工方案進行模擬，明確不同專業及作業隊伍的作業面、作業任務，協調各專業間施工，選擇匹配的施工方法，找出其施工中的安全問題和質量問題，把握施工的重難點，降低施工返工頻率，在保證工程施工質量的前提下盡可能地提升施工管理水平[2]。

在施工階段全過程引入BIM技術，合理安排人、材、機和資金等相關資源計劃，優化設計變更過程。結合相關實例，探討BIM 技術在施工前期的深化設計與施工模擬、施工過程中工程計量與進度管理、后期竣工結算管理等方面的具體應用，為施工企業進行施工成本精細化管理提供借鑒。

2 BIM 技術在管綜施工應用的管控框架

2.1 機電專業情況

機電中專業系統繁雜，專業設備多，專業細化大，參與單位多，在各個專業之間需要進行交叉施工作業面較廣。管理人員的協調責任，協調的難度也隨之上升。

圍繞施工的進度節點進行質量、安全及施工組織協調開展實施目標的管理及控制，有效保障施工目標節點的準時完成。但是在施工過程中，易因突發情況致使工期延誤，出現質量問題。通過BIM 技術提前模擬各個階段的管道、設備機房等施工情況，不斷深化調整現場管線實施，把控施工方向，可視化地預測后期施工狀況，提前扼殺返工整改的風險[3]。

2.2 BIM技術在機電管綜施工的應用管控框架

確定管線密集交叉區、空間狹小區以及不滿足凈高區等重點區域的管線排布方案，確定重點區域每根管線的標高、位置、接駁方式，進行多次調整排布，滿足各專業檢修放線以及對凈空的需求，這一環節是整個機電BIM模型綜合協調的重點和難點[4]。

傳統的CAD圖紙只能體現機電系統類型，無法體現各專業管道之間在有限空間中的分布。并且不同專業的管道在標高要求不一樣，存在大量的管線碰撞問題。而且不同專業的施工班組在施工時對標高須有一個明確的標準，否則前者擠占后者施工的作業空間，產生大量拆除整改作業，造成材料浪費，延長工期。基于現場施工的管控要點及難點，對BIM技術在機電管綜施工中的應用建立了一個管控框架，促進BIM 技術在施工中的落地。以問題為導向，通過問題梳理總結，更好地反饋BIM服務技術的發展，一種服務施工螺旋式進步的良性循環。圖1為建立的BIM技術在機電施工中應用的管控框架。

3 BIM技術應用及問題的管控方法

3.1 機電BIM管綜圖的支吊架施工

在施工現場，機電專業多采用支吊架將各專業的管道支吊于樓層頂部，再通過精裝修的天花板在標高線最低控制平面起到修飾美觀作用。支吊架屬于電纜系統、管道系統的重要組成部分，其數量巨大，因此在不同的建筑結構平面中支吊架一般不具有通用性。采用BIM 技術能較好地實現優化，但是同時也需要大量的參數設計，幾何模型的差異會使得實體部件與模型不一致，故一般的通用軟件在面對不同的施工需求中存在不足，需要專門二次開發建模插件，例如滿延磊[5]等人針對現實項目需求研發了一套支吊架全過程設計系統。而實際項目中仍存在費用等問題而未對支吊架進行BIM深化設計。

一方面，需要通過二次開發插件對支吊架進行參數化3D 建模，識別約束支吊架安裝的部位，特別是吊桿與其他管道之間的碰撞檢測。另一方面，考慮到實際應用中管綜圖繪制時未涉及支吊架的深化，是實際施工過程中較為普遍的問題，則需要要求BIM工程師在BIM建模過程中必須要考慮到支架外伸空間，同時，在責任層面則通過合同明確界定按照BIM 管綜圖進行支吊架安裝施工時，占用其他專業管道的安裝空間的一方承擔全面整改義務。

3.2 BIM管道設備的標注

機電管道系統有大量的儀器設備，應用BIM 技術建立的管綜圖不僅僅是空間位置上的體現，在實際的BIM 應用中，缺乏現場施工經驗的BIM 工程師，只專注于管道的走向及連接的精細度等一些技術性問題，往往忽略連接件或者設備標注，BIM圖上的設備圖形無法識別，仍需借助設計圖紙。因此，需要組織BIM 建模時需明確設備標注的細則，提高BIM圖紙的實用性及施工便捷性。

再者，缺失標高標注會造成現場施工無法確定標高，一旦此類問題增多時，使得BIM工程師需復查漏缺標高，影響現場施工作業進度，不利于現場的管理協調工作。應對軟件進行二次開發，管道繪制時可自動識別標高，導出BIM 圖紙時自動對管道的標高進行標注，這將極大地減輕BIM 工程師煩瑣且重復的標注作業。

3.3 BIM施工平面圖技術交底

技術人員和施工人員對BIM技術認識仍不夠透徹，相應的工程應用經驗較為缺乏[6]。所以采用BIM施工平面圖技術交底，簡單地“照圖施工”不利于落實BIM技術的施工應用。現階段在項目上仍然是轉換成CAD 格式的BIM 深化圖紙，當出現問題時，再通過三維模型進行復查核實。這種模式給予施工帶來便利，減少了較多的協調問題。

現場人員具有較強經驗，在施工過程中須遵循“依圖施工—>管徑不符合現場問題—>暫緩施工—>BIM協調管綜—>依圖施工”的工序方式。特別需要注意管徑與現場沖突情況，例如：①重力管在水平面不能向上翻彎；②高挑空部位，需結合現場情況將管道提升至挑空高層位置，盡可能保證底層的凈高；③空間狹小且管道密集處，須嚴格把控各專業施工次序，遵循“由上至下，左右間距兼顧”的安裝原則；④大截面管道必須充分考慮小截面管道的安裝，必要時可等面積換算截面，合理安排布置空間。

3.4 BIM技術的模擬管道碰撞應用

各個專業的管道綜合布置交叉處較多，利用BIM 技術對本項目機電系統管線綜合進行建模，在虛擬場景下對管道進行空間布置，對各個專業的安裝順序和施工交叉進行模擬施工組織，對較易發生碰撞的位置進行標注，調整布置或者合理安排施工次序，減少和避免施工中反復拆改等影響工期和費用的作業。組織暖通、電氣和給排水等各個專業提交深化設計后的三維模型，對管線進行綜合排布和優化，通過硬碰撞檢測和軟碰撞檢測，發現了設計圖紙中的缺陷，對其進行優化；利用BIM的漫游功能分析各專業布線是否存在碰撞問題。利用BIM的可視化，能夠清晰地看到各管線及設備位置，對其進行精準定位，利用軟件的系統校核功能對模型進行校核修正[7]。通過整合各專業施工計劃，列出矩陣式表格，形成施工及深化設計計劃接口，以現場進度和施工計劃為主線融合各專業物理接口，在各專業系統內進行相互提資[8]。

3.5 BIM技術計算施工用料中的應用

計算材料用量，精確成本控制。機電施工中，原料的施工量直接影響成本控制，例如對電纜的精細計算實現節省成本。常規計算方式需要技術人員具備非常豐富的施工算量經驗。BIM三維模型通過對實體縮小比例，較為直觀地顯示施工面，簡單計算可得出原材料的使用量，以此作為原材料需求依據，可有效開展施工流水段的物資管控工作。

技術人員創建BIM 三維模型，合理分配施工流水段，根據不同流水段的工作內容統計相對應的工程量，確定施工部位或者系統的材料用量。現場管理人員根據施工進度定期核對工程量，對完成產值進行統計工作。同時采用不同的端口查詢相應的工程量，計算原材料的實際使用量，對比實際用量與計劃用量的誤差，并分析原因，總結經驗。在后續工序中清查此類隱患，及時提高施工質量和調整進度計劃，使得原材料的消耗量在可控范圍之內。從而有效地減少項目成本，產生可觀的經濟效益。

另一方面，有些成品是在材料廠商廠內完成定制加工，進場直接或者簡單裝配即可進行安裝。那么主要有以下步驟：在BIM 管理平臺中，利用BIM管線模型生成下料清單；材料廠商即可根據下料清單加工，并打印出RFID等電子標簽在完成的管道上進行粘貼；讀取管道上的RFID電子標簽并遠程傳輸至BIM管理平臺，同時完成管段安裝；BIM管理平臺上可分析接收的信息數據，自動計算安裝工程量，實現可視化管控進度。

4 結語

通過分析建筑機電的施工特點，針對支吊架、設備標注、技術交底、管道碰撞、施工用料等五個應用重點，提出一種應用管控框架。并分別對其痛難點提出解決辦法，幫助管理人員及施工人員更直觀地理解BIM 技術，提高施工效率及幫助各專業協調合作，大大減輕管理人員的管理及協調任務，有利于企業項目在機電施工中更高效地應用BIM技術。