機電BIM模型集成在施工階段的應用

溫 健

中建五局第三建設有限公司，湖南長沙 410000

任何現(xiàn)代建筑都不可能離開機電工程，而機電施工也理所當然地成為建筑施工的重中之重。近些年來，我國建筑業(yè)雖然獲得了巨大的發(fā)展，但施工管理卻停留在傳統(tǒng)的粗放式管理的模式上。粗放式管理憑個人經驗辦事，不僅效率低下，而且無法保障機電工程施工質量，機電施工亟待轉型升級。而在機電施工中應用BIM集成模式，便不失為性價比最高的一種選擇。

1 BIM技術

在過去十幾個世紀，建筑施工管理一直停留在人工管理層面上。二十世紀中葉，人類進入電子計算機時代。1960年代，電子計算機投入大規(guī)模商業(yè)應用；1970年代，微型計算機問世；1975年，美國卡內基梅隆大學建筑和計算機科學專業(yè)教授伊斯特曼提出基于計算機描述建筑物，構建數字元化建筑模型的BDS概念（Building Description System）。2002年，美國Autodesk公司正式提出BIM技術 （Building Information Modeling，中譯名為“建筑信息模型”）。一經推出，便大受全美各地建筑公司歡迎，迅速在建筑業(yè)界推廣開來。2007年，美國政府規(guī)定所有重要建筑項目都必須通過BIM進行空間規(guī)劃；2012年，美國AEC行業(yè) （施工產業(yè)） 應用BIM的比例上升到71%。74%的承包商、70%的建筑師、67%的機電工程師都在應用BIM技術。韓國、澳大利亞、新加坡、英國、日本等發(fā)達國家建筑界也普遍引入、應用BIM技術[1]。

BIM技術依托三維數字技術作基礎，集成許多設計師的信息工程數據模型，運用Revit 等三維建模軟件，詳細描述建筑實體的特征及功能特性。BIM可以將設計圖上二維線條式構成變成三維立體實物圖形，通過可視化形式呈現(xiàn)在設計師與施工人員眼前。

BIM的核心是參數化建模。它將一個建筑工程項目全生命周期中所有的數據信息 （從建筑的三維幾何構圖，到建筑材料的質量、價格、性能，建筑構件的重要、施工流程，管理維護等） 全部整合到一個三維動態(tài)數字模型中；同時，BIM還可以讓施工單位、業(yè)主與設計單位都參與到設計中來，發(fā)表自己的意見，尋找設計上存在的不足，進行討論、修改，最后生成令各方都滿意的協(xié)調數據，從而實現(xiàn)設計方案的優(yōu)化。

不僅如此，BIM還可以實現(xiàn)施工圖和結構設計、真實建筑與仿真模型、工廠制造和現(xiàn)場安裝的在線聯(lián)系，通過數字技術傳遞仿真模型的數據到現(xiàn)場去，并實時互動、反饋、交流、核對、檢測、更新，從而建立更加準確的動態(tài)多維模型，整合建筑項目各個階段的信息，為專業(yè)技術人員提供了一個全方位的信息平臺。在整個建筑項目全生命周期的每個環(huán)節(jié)上 （規(guī)劃、設計、施工、運營），都可以應用BIM技術。

盡管BIM技術擁有眾多優(yōu)點，但國內建筑行業(yè)由于知識水平偏低、技術實力有限、企業(yè)本金不足等各種原因，絕大多數企業(yè)仍不熟悉BIM技術，更談不上大規(guī)模應用BIM技術。2017年，國內僅有23%左右的建筑企業(yè)應用了BIM技術[2]。當前，建筑業(yè)已經成為國民經濟的支柱產業(yè)，同時又面臨著轉型升級的挑戰(zhàn)。因此，完全有理由相信：BIM技術必將在建筑施工管理中推廣開來。

2 在機電施工中應用BIM集成模型

當下，人們的生活離不開電，人們對于機電工程的要求也越來越高。另一方面，現(xiàn)代高層建筑、大型建筑結構日益復雜，二維平面設計圖已經難以完整的表現(xiàn)設計意圖（ 一些施工企業(yè)，相當一部分施工人員，甚至包括一部分老板文化水平都在高中以下，很難看懂二維設計圖[3]） ；而施工企業(yè)在機電施工過程中實行粗放式管理，不僅浪費大量人力、物力、財力，也容易造成管道與構件、管道與管道之間發(fā)生碰撞，不得不進行設計變更，甚至返工，最后導致施工企業(yè)的經濟損失。

但在機電施工中應用BIM集成模型，則可以提高施工效率，優(yōu)化施工組織設計，避免管線碰撞、管管碰撞，實現(xiàn)精細化、數字化施工管理，保證施工質量。

2.1 施工準備

傳統(tǒng)機電施工準備，需要選擇、確定現(xiàn)場的運輸路線，布置臨時用電、臨時用水、臨時排水網絡系統(tǒng)，還要設置材料放置區(qū)，因此，必須進行實地勘測[4]。應用BIM技術，技術人員只需將BIM參數化模型與GIS系統(tǒng)實現(xiàn)交互，提取GIS系統(tǒng)中的現(xiàn)場水源、電力、地理信息等資料，再綜合考慮技術規(guī)范、建筑位置、建筑面積、建筑高度、材料使用計劃等信息，便可快速布置施工現(xiàn)場，省去實地勘測的環(huán)節(jié)，節(jié)約人力、物力。

2.2 建立模型

技術人員根據設計單位輸出的二維施工圖，建立新的BIM三維模型，對建筑的基本形狀、體積、位置、尺寸、朝向進行可視化呈現(xiàn)；然后，在這個三維模型上進行空間配置，引入樓梯、電梯、圍護結構、柱、梁、板、空調、消防、水電管線等組件的形狀、尺寸、材料、性質等數據、信息，搭建完整的機電施工模型；再后，根據機電施工模型輸出各專業(yè)完整、詳細的施工圖，并計算工程量、估算成本、進行綜合施工協(xié)調。

2.3 碰撞試驗

現(xiàn)在的建筑項目不僅結構復雜，而且建筑內部的設備管線在安裝過程中會出現(xiàn)較為復雜的碰撞，在施工過程中必須根據實際情況來定，有時需要進行部分調整。應用BIM技術，可以在虛擬模型上檢查通風、空調、排煙、給水、排水、電力、照明、消防等各系統(tǒng)管線之間是否存在存在碰撞點，并進行管道安裝碰撞實驗，邀請給排水、弱電、消防等各方面的工程師集思廣益，深化設計，優(yōu)化管線排布。

2.4 預留預埋

在機電施工后期，預留預埋是安裝設備與管件的關鍵。預留包括預留墻上、板上的各種管道，預埋包括預埋埋線管、開關盒、過路盒、分線盒等線盒；如果預留在剪力墻上的孔洞或預埋套管位置出現(xiàn)誤差，輕則會造成返工，重則會影響建筑結構受力。過去，技術人員只能在二維平面設計圖上確定預留預埋條件，難免出現(xiàn)漏、錯、缺、碰，也無法掌握機電系統(tǒng)管線是否會出現(xiàn)交叉、拐彎[5]。應用BIM技術進行預留預埋，可以全方位三維可視化展示建筑結構信息，精確定位預留孔洞的位置、高度、尺寸，并測算預留孔洞是否會破壞建筑結構的受力，從而避免不必要的返工，保證施工質量。

2.5 虛擬施工，全面檢查

在建立模型、碰撞試驗、布置預留預埋后，為保證機電施工的可行性，還可以應用BIM技術，根據GIS系統(tǒng)搜集到的現(xiàn)場全部環(huán)境數據暨季節(jié)、氣候等不可抗力進行動態(tài)預測，在電腦上進行一次虛擬施工，模擬機電施工全過程，在虛擬操作中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，進行方案調整，從而大大提高設計方案的可行性與科學性。虛擬施工結束后，還要對機電系統(tǒng)管線設備空間整體效果、空間布置進行全面檢查，力求美觀。

2.6 出圖、技術交底

完成上述步驟后，技術人員并可以將機電系統(tǒng)的BIM三維模型輸出，制成三維圖，對施工人員進行技術交底。在BIM三維圖上，詳細、準確、清晰地顯示著機電系統(tǒng)管線的施工位置、標高，克服了二維施工圖信息量有限、缺乏直觀感受的缺陷[6]。施工人員可以一目了然地了解設計意圖，掌握管線走向，根據三維圖認真施工。

2.7 施工管理

將BIM技術與機電施工計劃相結合，可以整合形成4D動態(tài)模型，精確計算工程量與施工進度，將每天的工程量具體落實到每個施工班組頭上，實現(xiàn)有序有節(jié)奏施工，從而統(tǒng)一施工進度。BIM技術可以為機電施工每個項目尋找最適宜的施工技術，還可以實現(xiàn)工程師與施工人員的遠程實時連接，讓工程師坐在辦公室里遙控指揮施工人員，指導他們嚴格按照技術規(guī)范施工，并隨時解決施工中出現(xiàn)的各種問題，實現(xiàn)科學化、精細化管理。

3 結語

在機電施工中應用BIM集成模型，可以解決機電系統(tǒng)覆蓋面積廣、技術標準要求高、施工難度大等問題；同時實現(xiàn)多專業(yè)多工種協(xié)調配合、科學施工；還可以提高施工效率，節(jié)約成本。因此，BIM技術值得在機電施工中推廣、應用。