BIM 技術(shù)在建筑機(jī)電工程設(shè)計(jì)與施工中的應(yīng)用

周曉云 青島理工大學(xué)

BIM 模型是建筑信息建模模型的英文縮寫(xiě)，是數(shù)字建筑信息模型。通過(guò)三維信息仿真系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)三維民用信息系統(tǒng)的數(shù)字現(xiàn)實(shí)與仿真，實(shí)時(shí)在線遠(yuǎn)程恢復(fù)建筑構(gòu)件、工程進(jìn)度曲線等各種幾何形狀信息和三維非實(shí)體建筑幾何形狀信息，以便對(duì)大型建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

一、BIM 技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)分析

BIM 是一種全新的技術(shù)載體。它是一項(xiàng)應(yīng)用廣泛的技術(shù)，在建筑工程領(lǐng)域有著顯著的影響。具體而言，是指在該技術(shù)的支持下，對(duì)具體工程項(xiàng)目進(jìn)行建模和處理，并在此基礎(chǔ)上，通過(guò)視覺(jué)觀察分析工程項(xiàng)目信息，合理進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，合理優(yōu)化具體施工方案。該技術(shù)能直觀地顯示與工程相關(guān)的參數(shù)信息，為施工設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確掌握工程信息提供重要載體。根據(jù)實(shí)際參數(shù)信息和工程建設(shè)提出的具體要求，合理進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，有效開(kāi)展運(yùn)營(yíng)建設(shè)。與其他技術(shù)手段相比，該技術(shù)的功能價(jià)值非常顯著，更突出的是它具有很強(qiáng)的視覺(jué)功能特性。

二、BIM 技術(shù)在施工中的應(yīng)用

（一）深化圖、局部?jī)?yōu)化及技術(shù)交底

通過(guò)對(duì)早期系統(tǒng)的數(shù)據(jù)建模和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的三維動(dòng)態(tài)可視化。根據(jù)建筑機(jī)電自動(dòng)化安裝工程必須具備的許多復(fù)雜工藝特點(diǎn)，利用建筑BIM 以動(dòng)態(tài)視頻模型的三維形式實(shí)現(xiàn)模擬施工，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)和指導(dǎo)模擬施工現(xiàn)場(chǎng)提供依據(jù)，保證施工的順利進(jìn)行，整個(gè)機(jī)電聯(lián)動(dòng)安裝系統(tǒng)有序、安全地進(jìn)行。首先，基于建筑模型本身，BIM 具有豐富的建筑可視化應(yīng)用功能，可以進(jìn)一步幫助施工人員在實(shí)踐中更生動(dòng)、直觀、有效地觀察和了解建筑設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)情況，并直觀地將理論模型分析與實(shí)際設(shè)計(jì)工程實(shí)例進(jìn)行比較，找出建筑設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)與建筑實(shí)際工作存在的明顯細(xì)微差距，以及設(shè)計(jì)不規(guī)范、不合理的現(xiàn)象，以便施工相關(guān)人員及時(shí)提出整改建議和調(diào)整。其次，BIM 施工技術(shù)還具有數(shù)據(jù)共享功能，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目施工各方利益之間更好的實(shí)時(shí)溝通、協(xié)調(diào)和工作交流，更直觀、真實(shí)地了解、分析和綜合評(píng)價(jià)項(xiàng)目施工安裝的技術(shù)程序，全面吸收各方面專(zhuān)家的建議和意見(jiàn)，提高建筑機(jī)電設(shè)備安裝工程水平。

（二）BIM 技術(shù)在施工質(zhì)量管理中的應(yīng)用

基于現(xiàn)代BIM 三維建模與設(shè)計(jì)技術(shù)，即工程中常見(jiàn)的建筑質(zhì)量過(guò)程數(shù)字化管理技術(shù)，我們知道它可以分為以下兩部分。第一，材料和部件質(zhì)量的管理。為了確保我們?cè)诠こ探Y(jié)構(gòu)施工項(xiàng)目管理中有效地管理好工程材料和構(gòu)件的三維質(zhì)量檢驗(yàn)，我們首先需要了解，我們的施工單位必須能夠確定工程構(gòu)件安裝的具體施工項(xiàng)目位置。由于我國(guó)一些重大實(shí)際工程構(gòu)件施工涉及的工程量相當(dāng)大，質(zhì)檢部門(mén)的專(zhuān)業(yè)人員通常難以直接確定工程構(gòu)件在特定建筑物中的具體安裝位置。利用BIM 的三維定位技術(shù)，我們可以自動(dòng)對(duì)項(xiàng)目中每個(gè)工程建筑構(gòu)件的位置逐一編號(hào)，整個(gè)三維材料數(shù)據(jù)庫(kù)信息統(tǒng)一錄入平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軟件數(shù)據(jù)資源共享和集成管理。第二，技術(shù)質(zhì)量精細(xì)化管理。BIM 軟件在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的施工和制造過(guò)程中采用動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)碰撞模擬、分析和檢測(cè)技術(shù)，以避免或出現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員的實(shí)際工程操作和工程項(xiàng)目計(jì)劃可能導(dǎo)致的一些細(xì)微的過(guò)程偏差。通過(guò)對(duì)在線過(guò)程模型建立后實(shí)施的過(guò)程動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)碰撞仿真的分析和檢測(cè)，可以及時(shí)、有效、科學(xué)、快速地提前發(fā)現(xiàn)各種過(guò)程誤差，減少施工現(xiàn)場(chǎng)因設(shè)備與管道碰撞而完全不必要的部分自動(dòng)拆除工程和自動(dòng)返工，可以節(jié)約和降低大量施工和運(yùn)營(yíng)成本。

（三）應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)施工指導(dǎo)

在建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，要注意借助BIM 技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工活動(dòng)進(jìn)行集中監(jiān)督和指導(dǎo)，確保所有技術(shù)要點(diǎn)在實(shí)踐中得到充分落實(shí)，提高技術(shù)管理水平，促進(jìn)工程施工質(zhì)量的提高，并有效實(shí)現(xiàn)進(jìn)度控制目標(biāo)。具體來(lái)說(shuō)，BIM 建筑技術(shù)體系在現(xiàn)場(chǎng)施工組織和指導(dǎo)過(guò)程中的主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：1.應(yīng)用BIM 技術(shù)數(shù)字模型模擬設(shè)計(jì)和施工過(guò)程，直觀地展示各種工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)和技術(shù)要點(diǎn)，借助該模型，能向各施工項(xiàng)目的參與組織人員清楚地說(shuō)明技術(shù)設(shè)計(jì)的總體意圖、目標(biāo)和各相應(yīng)環(huán)節(jié)的施工技術(shù)要點(diǎn)，以提高其員工對(duì)施工過(guò)程所需內(nèi)容的詳細(xì)理解和準(zhǔn)確掌握，增強(qiáng)工程建設(shè)質(zhì)量意識(shí)；2.注意如何及時(shí)、準(zhǔn)確地調(diào)整、優(yōu)化和更新項(xiàng)目中的BIM 和數(shù)字模型內(nèi)容，尤其注意當(dāng)模型中出現(xiàn)任何設(shè)計(jì)或變更錯(cuò)誤時(shí)，及時(shí)對(duì)模型值進(jìn)行相應(yīng)的修正和調(diào)整，從而真正保證建筑樣板工程能夠真正恢復(fù)實(shí)際建筑工程設(shè)計(jì)的最新實(shí)際施工情況；3.應(yīng)用現(xiàn)代三維BIM 可視化技術(shù)，可以及時(shí)對(duì)項(xiàng)目施工管理現(xiàn)場(chǎng)形成的相關(guān)記錄信息進(jìn)行分類(lèi)存儲(chǔ)，包括各種材料信息、施工及實(shí)施進(jìn)度、設(shè)備施工及使用數(shù)據(jù)，并為后期分析提供一些必要的技術(shù)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)支持，通過(guò)創(chuàng)建一套專(zhuān)門(mén)的獨(dú)立三維數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行評(píng)估和實(shí)施管理；4.通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的BIM 等技術(shù)手段，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤管理項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)工程整體技術(shù)服務(wù)的實(shí)施質(zhì)量，及時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)可能存在的潛在問(wèn)題、漏洞和質(zhì)量缺陷，并督促相關(guān)管理和技術(shù)人員采取技術(shù)措施，隨時(shí)解決技術(shù)問(wèn)題，彌補(bǔ)工程質(zhì)量的不足，避免其對(duì)現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)工程整體質(zhì)量的嚴(yán)重負(fù)面影響。

（四）施工安全管理的應(yīng)用

建設(shè)項(xiàng)目和建設(shè)活動(dòng)往往具有自身強(qiáng)大而獨(dú)特的經(jīng)濟(jì)綜合因素和系統(tǒng)復(fù)雜性特點(diǎn)，往往存在許多安全隱患。這就必然要求工程建設(shè)設(shè)計(jì)單位在工作實(shí)踐中注意加強(qiáng)工程安全綜合管理的協(xié)調(diào)，通過(guò)有效的安全生產(chǎn)管理，注意并有效控制和化解安全質(zhì)量隱患，降低或盡量減少本工程事故和安全風(fēng)險(xiǎn)的潛在發(fā)生和概率，以有效控制和避免人員的意外死亡和潛在財(cái)產(chǎn)及人身?yè)p失，提高整個(gè)工程安全的工程經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)確保各作業(yè)單位人員的生命安全。

（五）施工成本核算的應(yīng)用

由于建設(shè)項(xiàng)目涉及多個(gè)運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目，建設(shè)量大，需要消耗大量的人力、物力和財(cái)力。同時(shí)，施工實(shí)踐非常容易受到各種突發(fā)事件的影響，因此很難計(jì)算成本。由于成本核算的發(fā)展水平直接關(guān)系到項(xiàng)目的整體經(jīng)濟(jì)效益，建設(shè)單位必須更加重視這項(xiàng)活動(dòng)，并借助BIM 技術(shù)的數(shù)據(jù)分析和處理功能，努力高效地進(jìn)行成本核算。利用BIM 技術(shù)，員工可以快速建立與項(xiàng)目相關(guān)的成本數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)更新與建設(shè)項(xiàng)目相關(guān)的成本數(shù)據(jù)信息，快速獲取與初始成本數(shù)據(jù)相關(guān)的拆分?jǐn)?shù)據(jù)、匯總數(shù)據(jù)等各類(lèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

（六）用于控制施工進(jìn)度

與傳統(tǒng)的CAD 技術(shù)相比，BIM 技術(shù)由于其視覺(jué)特性，包含了更真實(shí)、豐滿(mǎn)的模型元素，能夠更直觀地還原建筑工程的實(shí)際情況。借助于BIM 軟件，我們可以快速獲得建筑工程中特定構(gòu)件的實(shí)際參數(shù)。同時(shí)，我們還可以快速修改BIM 模型中的參數(shù)信息，使模型與建筑保持一致，從而提高設(shè)計(jì)效率和施工指導(dǎo)的有效性，有效降低返工概率，為進(jìn)度控制提供有力支持。

三、BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

（一）協(xié)同不同專(zhuān)業(yè)之間的設(shè)計(jì)

建筑機(jī)電工程是一門(mén)系統(tǒng)性很強(qiáng)的學(xué)科。在一般工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐中，基于現(xiàn)代BIM 軟件的設(shè)計(jì)技術(shù)平臺(tái)可以非常方便、有效、快速地進(jìn)行建筑機(jī)電工程系統(tǒng)中集成系統(tǒng)平面的布局規(guī)劃和設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)或生產(chǎn)工程師執(zhí)行各種工作計(jì)劃。在部署規(guī)劃前，可根據(jù)項(xiàng)目所在地的具體實(shí)際設(shè)計(jì)工程條件，選擇使用一種或相應(yīng)類(lèi)型的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行合理的規(guī)劃和布線設(shè)計(jì)，包括給排水、暖通空調(diào)、電氣、消防和建筑系統(tǒng)，當(dāng)布線設(shè)計(jì)涉及整體工程施工和隱蔽施工等綜合環(huán)境施工方案時(shí)，電源監(jiān)控設(shè)備的配置確保了本工程系統(tǒng)綜合布線的安全，提高整個(gè)機(jī)電工程環(huán)境布線設(shè)計(jì)的合理性和設(shè)計(jì)及工藝實(shí)施。在現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)的各種工作應(yīng)用項(xiàng)目中，通過(guò)科學(xué)、全面、系統(tǒng)地收集和分析現(xiàn)場(chǎng)的各種關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)信息，明確掌握各種工程設(shè)計(jì)和安裝施工的方案要素信息與各種相關(guān)工程內(nèi)容的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，并綜合分析應(yīng)用實(shí)例、操作特點(diǎn)、方法設(shè)計(jì)和信息處理實(shí)施，利用計(jì)算機(jī)三維或BIM 三維建模與仿真技術(shù)及時(shí)分析，調(diào)整優(yōu)化各類(lèi)機(jī)電結(jié)構(gòu)及安裝設(shè)施施工的各項(xiàng)技術(shù)和設(shè)計(jì)實(shí)施技術(shù)方案，全面優(yōu)化提高現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)科學(xué)水平和方案合理性，公司整體施工安裝技術(shù)工作及實(shí)施方案。

（二）管道碰撞檢測(cè)及布局優(yōu)化

建筑機(jī)電工程結(jié)構(gòu)往往具有一系列機(jī)電一體化運(yùn)行的機(jī)械特性，結(jié)構(gòu)復(fù)雜而明顯。對(duì)各種機(jī)械工程管道設(shè)備和各種混凝土橋梁系統(tǒng)安裝引起的各種安全和碰撞行為進(jìn)行應(yīng)急檢查或處理，一直是機(jī)電建設(shè)行業(yè)的一個(gè)重點(diǎn)任務(wù)領(lǐng)域和重要難點(diǎn)。在傳統(tǒng)道路上使用的各種管道碰撞風(fēng)險(xiǎn)的檢測(cè)設(shè)計(jì)方面，只有直接選擇和采用繪制二維圖的設(shè)計(jì)表達(dá)方法，才能檢查各系統(tǒng)部件的潛在碰撞風(fēng)險(xiǎn)，橋梁尺寸數(shù)據(jù)和其他檢測(cè)元件信息不能通過(guò)繪制二維圖的設(shè)計(jì)表達(dá)方法直接、完整地反映和呈現(xiàn)。很難直接、完整地反映和呈現(xiàn)所有可能導(dǎo)致車(chē)輛各部件碰撞的安全隱患數(shù)據(jù)和車(chē)輛碰撞的安全隱患，因此，管道主要系統(tǒng)和部件等關(guān)鍵要素的參數(shù)設(shè)計(jì)更容易發(fā)生重大設(shè)計(jì)技術(shù)沖突，這也大大提高了各種地下管線設(shè)計(jì)、施工和布置的難度。

（三）視覺(jué)披露技術(shù)

在機(jī)電工程運(yùn)營(yíng)和施工領(lǐng)域，BIM 在技術(shù)交底中的功能價(jià)值也十分突出，可以在工作環(huán)境中進(jìn)行合理優(yōu)化和改進(jìn)。在視覺(jué)條件的支持下，有效完成技術(shù)交底，使各部門(mén)人員對(duì)具體工程設(shè)計(jì)信息形成更清晰、準(zhǔn)確的理解。同時(shí)，在該模型的支持下，還可以完成對(duì)項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)方案的進(jìn)一步檢查，有效分析當(dāng)前設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題或潛在風(fēng)險(xiǎn)，并利用先進(jìn)的技術(shù)載體進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，從而確保工程設(shè)計(jì)更加合理，為機(jī)電工程的進(jìn)一步發(fā)展提供重要的行動(dòng)參考。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著機(jī)械建筑行業(yè)的快速健康發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械二維繪圖系統(tǒng)在機(jī)電工程領(lǐng)域應(yīng)用多年，已不能有效滿(mǎn)足現(xiàn)代建筑機(jī)電工程技術(shù)實(shí)施的客觀需要。依托現(xiàn)代BIM 新技術(shù)及其在工程建設(shè)細(xì)分領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，更好、更全面地展示機(jī)電結(jié)構(gòu)安裝布線工程實(shí)施的具體過(guò)程，合理制定和優(yōu)化施工管理方案，尤其是避免了傳統(tǒng)施工工藝和方法，在施工初期難以發(fā)現(xiàn)管線碰撞損壞等突出問(wèn)題，為后續(xù)工程建設(shè)各個(gè)施工環(huán)節(jié)的有序開(kāi)展提供了切實(shí)有力的指導(dǎo)。