BIM技術(shù)在機(jī)電安裝中的應(yīng)用

■ 中鐵十八局集團(tuán)北京中鐵大都工程有限公司 李達(dá)

1.前言

隨著我國建設(shè)規(guī)模的不斷加大，建筑物的造型和結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，其中的機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)也變得更加錯(cuò)綜復(fù)雜，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法已無法滿足施工安裝需求。因此，建筑機(jī)電設(shè)備BIM 應(yīng)用技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。BIM 技術(shù)依靠建筑物數(shù)字模型中的信息在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等各個(gè)階段，對(duì)建筑物進(jìn)行分析、模擬、施工可視化、工程量統(tǒng)計(jì)[1]。采用BIM 技術(shù)可將建筑內(nèi)部設(shè)備管線進(jìn)行可視化展示，明確管線設(shè)備的尺寸和走向，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與施工的有序開展，還可以利用BIM 技術(shù)進(jìn)行碰撞檢查，實(shí)現(xiàn)設(shè)備安裝和其他專業(yè)的協(xié)調(diào)一致。目前，BIM 技術(shù)已經(jīng)成為建筑企業(yè)參與項(xiàng)目的必備手段[2]。

2.BIM 技術(shù)在機(jī)電安裝工程中的應(yīng)用

2.1 工程概況

某商務(wù)中心項(xiàng)目位于北京市朝陽區(qū)，是一個(gè)集商場、寫字樓和商務(wù)酒店于一體的大型綜合商業(yè)公共建筑。該項(xiàng)目包括兩棟高層主樓和裙樓，即一幢辦公樓（24層）和一幢酒店（25層）、購物中心裙樓（地上3層、地下1層）、地下車庫和設(shè)備室等。項(xiàng)目工程總建筑面積298604m2，其中，地上建筑面積137758m2，地下建筑面積120389m2。

2.2 BIM 技術(shù)的項(xiàng)目應(yīng)用優(yōu)勢

該商務(wù)中心項(xiàng)目施工階段采用總承包施工管理模式，機(jī)電安裝項(xiàng)目由專業(yè)分包商完成。施工承包范圍包括：電力系統(tǒng)、供水與排水系統(tǒng)、暖通空調(diào)系統(tǒng)、設(shè)備安裝和材料供應(yīng)等。同時(shí)，還需對(duì)機(jī)電一體化管道、機(jī)房和管井的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，避免不必要的返工。

該項(xiàng)目體量較大、機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高、專業(yè)系統(tǒng)齊全且較復(fù)雜，包括強(qiáng)電、弱電、空調(diào)、通風(fēng)及防排煙、采暖、給排水等，各類管線眾多，尤其是地下室部分、設(shè)備機(jī)房及電氣、管道豎井等位置。同時(shí)，辦公樓、酒店和商業(yè)區(qū)的交付標(biāo)準(zhǔn)都要求精心裝飾，對(duì)機(jī)電管道的要求也很嚴(yán)格。因此，機(jī)電設(shè)計(jì)和施工是該項(xiàng)目的重要環(huán)節(jié)，在前期策劃和設(shè)計(jì)階段，就需要考慮管線的綜合分布，做好管線布置截面圖、設(shè)備機(jī)房的施工圖、豎井內(nèi)管線布置圖。最好有三維的管線布置圖設(shè)計(jì)，確保在施工前對(duì)管線的布置有明確的思路以指導(dǎo)施工，避免出現(xiàn)不必要的返工。

由于該項(xiàng)目機(jī)電安裝工程體量大、施工周期短、質(zhì)量要求高，前期的機(jī)電深化設(shè)計(jì)工作就顯得非常重要。項(xiàng)目方?jīng)Q定采用BIM技術(shù)優(yōu)化機(jī)電安裝工程中的管線綜合排布設(shè)計(jì)，事先進(jìn)行碰撞檢查、優(yōu)化項(xiàng)目進(jìn)度，減少處理延誤可能導(dǎo)致的施工期延誤。

2.3 BIM 技術(shù)應(yīng)用過程和主要成果

為保證機(jī)電安裝工程如期完成，有必要綜合考慮各方面因素，確保進(jìn)場有序、施工銜接連續(xù)。在實(shí)施過程中，BIM 技術(shù)被廣泛應(yīng)用于機(jī)電管線的綜合布置和優(yōu)化設(shè)計(jì)中，同時(shí)在工程量統(tǒng)計(jì)方面和施工組織模擬方面，也運(yùn)用了BIM 技術(shù)。

（1）管線綜合排布

在機(jī)電安裝施工中，各系統(tǒng)之間、各系統(tǒng)與建筑結(jié)構(gòu)之間通常會(huì)發(fā)生沖突，導(dǎo)致大量變更與返工現(xiàn)象[3]。將BIM 技術(shù)引入機(jī)電安裝，用于集成管線布置、管線布局的三維建模以及進(jìn)行碰撞檢測等，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)管線及其結(jié)構(gòu)之間的沖突，在安裝前實(shí)施管道協(xié)調(diào)方案，以減少工程的變更。該項(xiàng)目采用基于BIM 技術(shù)的MagiCAD 工具，為包括建筑物、結(jié)構(gòu)和機(jī)電管線在內(nèi)的部分進(jìn)行建模。

在建立BIM 的3D 模型之后，對(duì)已經(jīng)繪制的內(nèi)容執(zhí)行碰撞檢測。碰撞檢測主要包括建筑結(jié)構(gòu)本身的非理性碰撞、機(jī)電管道與建筑結(jié)構(gòu)模型的碰撞、機(jī)電專業(yè)管線的碰撞。根據(jù)上述管道碰撞檢測報(bào)告，針對(duì)沖突部位合理調(diào)整設(shè)計(jì)圖紙的管線布局優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)間的協(xié)調(diào)發(fā)展，以滿足建筑功能的優(yōu)化。具體步驟為機(jī)電專業(yè)模型進(jìn)行碰撞檢測→碰撞點(diǎn)的管線分布重新配置→重新檢查碰撞→再次協(xié)調(diào)解決剩余碰撞問題。

在對(duì)機(jī)電管線進(jìn)行碰撞檢測和優(yōu)化調(diào)整之后， 可將MagiCAD 做好的BIM 模型利用Navisworks 軟件進(jìn)行漫游瀏覽，查看機(jī)電管線整體的排布效果。圖1為制冷機(jī)房三維設(shè)計(jì)漫游效果及現(xiàn)場施工實(shí)例圖片。

圖1 制冷機(jī)房MagiCAD 三維設(shè)計(jì)漫游效果圖與現(xiàn)場圖對(duì)比

（2）工程量統(tǒng)計(jì)

應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行工程量的統(tǒng)計(jì)，需要在機(jī)電設(shè)計(jì)的管線綜合優(yōu)化后完成。完成三維建模后，對(duì)各個(gè)分區(qū)內(nèi)的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，利用工程量統(tǒng)計(jì)可以得出各專業(yè)主要材料的用量和輔助材料的用量。由于AutoCAD+MagiCAD 本身自帶工程量統(tǒng)計(jì)，在建模后，只需設(shè)置好分區(qū)，設(shè)置好材料種類等信息后，就可以輸出相應(yīng)的報(bào)表文件，既可以分區(qū)統(tǒng)計(jì)，也可以分類統(tǒng)計(jì)，還可以分段統(tǒng)計(jì)，為施工帶來極大的便利。

（3）施工組織模擬

利用BIM 提供的渲染和漫游功能，對(duì)機(jī)電工程的設(shè)計(jì)方案和施工流程進(jìn)行4D 模擬。在安裝工程實(shí)施前進(jìn)行可視化交底，通過虛擬漫游技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬施工，并合理安排施工工序。施工組織模擬通常用于輔助工程中機(jī)電管線安裝，特別是在復(fù)雜和密集的管道部位[4]。在常規(guī)安裝中，施工人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)安裝管線，不能保證與BIM 模型中管線走向趨勢相同，極易影響管線整體布置效果。利用BIM 施工組織模擬可避免此類問題的發(fā)生，這就要求設(shè)計(jì)人員利用Navisworks 軟件進(jìn)行施工模擬，以確定合理的安裝計(jì)劃。

基于BIM 模型進(jìn)行的施工模擬，可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電安裝工程進(jìn)度的有效管控，并實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電安裝工程的各種人財(cái)物等資源的有效管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控，以確保機(jī)電安裝施工現(xiàn)場的安全和場地的優(yōu)化。此外，就工程優(yōu)化而言，可通過直觀分析項(xiàng)目綜合體的空間和分區(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電安裝工程的施工優(yōu)化，為施工的效率和質(zhì)量的提升提供技術(shù)保障。

3.結(jié)語

本文以某商務(wù)中心項(xiàng)目為例，闡述了BIM 技術(shù)在機(jī)電安裝工程中的應(yīng)用，介紹了BIM 技術(shù)的項(xiàng)目應(yīng)用優(yōu)勢。通過管線綜合排布、碰撞檢查、管線優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)間的協(xié)同推進(jìn)；結(jié)合BIM 技術(shù)工程量統(tǒng)計(jì)以及施工模擬，優(yōu)化了施工過程、節(jié)約了工期、節(jié)省了施工成本。研究得出如下結(jié)論：

（1）采用BIM 技術(shù)深化管道設(shè)計(jì)、優(yōu)化管線布局、實(shí)現(xiàn)專業(yè)間的協(xié)同工作；BIM 技術(shù)的碰撞檢測功能可以減少管線之間的交叉，避免出現(xiàn)施工過程中的變更和返工現(xiàn)象。

（2）基于BIM 模型統(tǒng)計(jì)工程量，通過與傳統(tǒng)方式統(tǒng)計(jì)和工程現(xiàn)場實(shí)際對(duì)比，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程量計(jì)算數(shù)據(jù)誤差，可作為物料應(yīng)用計(jì)劃和項(xiàng)目預(yù)付款及結(jié)算的參考依據(jù)。

（3）采用BIM 技術(shù)進(jìn)行施工組織模擬，一方面可為現(xiàn)場和外部管理者提供更加直觀的施工進(jìn)度計(jì)劃演示；另一方面也可為施工現(xiàn)場參與建造安裝的所有人員提供可視化的施工模擬建造過程，避免施工工序交叉時(shí)出現(xiàn)的問題，從而達(dá)到優(yōu)化進(jìn)度、縮短工期的目的。