探析BIM技術(shù)在機(jī)電施工管理過(guò)程中的應(yīng)用
——以天悅家園項(xiàng)目為例

陳威

廣東省水利水電第三工程局有限公司 廣東 東莞 523710

1 BIM的應(yīng)用背景

1.1 BIM在工程中的應(yīng)用

BIM是一種基于3D數(shù)字化技術(shù)，將施工項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息綜合在一起的可視化的建筑信息模型。通過(guò) BIM技術(shù)，可以對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，通過(guò)對(duì)施工過(guò)程、材料、進(jìn)度、安裝等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，防止出現(xiàn)返工、拆除等情況，從而有效地控制工程成本，提高企業(yè)的結(jié)算利潤(rùn)。

1.1.1 對(duì)工程管理的業(yè)務(wù)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化

大部分建設(shè)工程的工作量很大，系統(tǒng)復(fù)雜，信息量大。利用 BIM技術(shù)建立的數(shù)據(jù)模型能直觀地顯示出管網(wǎng)如網(wǎng)線，電線等的具體位置和參數(shù)，并能直接從圖表中讀出彼此的位置關(guān)系，方便維護(hù)。在部件的位置轉(zhuǎn)移和替換過(guò)程中，對(duì)模型進(jìn)行了信息的更新，并對(duì)變更的時(shí)間、維修信息進(jìn)行了記錄，確保了數(shù)據(jù)的完整性和精確度。BIM是一種新型的建筑設(shè)計(jì)技術(shù)，它將信息技術(shù)應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)業(yè)務(wù)過(guò)程的優(yōu)化、效率的提升。

1.1.2 模擬施工

原來(lái)的建筑矛盾主要表現(xiàn)在對(duì)其它專業(yè)、工種、工序不了解的情況下，所以在處理矛盾時(shí)，多數(shù)方案都會(huì)受到工地上已經(jīng)完工的部分的限制，而采取被動(dòng)的改變，導(dǎo)致重新設(shè)計(jì)或者部分拆除，這不僅會(huì)增加成本，還會(huì)延誤工期。若應(yīng)用 BIM技術(shù)，對(duì)建筑物、機(jī)電設(shè)備進(jìn)行三維造型，按實(shí)際尺寸按順序排列管道，并對(duì)其進(jìn)行碰撞檢驗(yàn)，在設(shè)計(jì)建模時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)不同的沖突和碰撞，并及時(shí)做出相應(yīng)的修正，從而降低不必要的重復(fù)工作，增加一次安裝的成功率。

1.2 BIM技術(shù)最大特點(diǎn)

BIM技術(shù)木的最大特色就是參數(shù)化設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，可以在機(jī)電安裝工程中運(yùn)用 BIM技術(shù)，按照工程需求進(jìn)一步深化模型，對(duì)每個(gè)終端點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)，在工程方案確定前，提前對(duì)管道碰撞問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)，并向設(shè)計(jì)單位反饋，避免由于圖紙?jiān)蛟斐傻墓て谘诱`和返工，降低返工成本，減少資源浪費(fèi)，從而達(dá)到真正指導(dǎo)施工的目的。

2 BIM技術(shù)在機(jī)電施工管理中的優(yōu)勢(shì)

BIM是一種以三維數(shù)字化信息技術(shù)為基礎(chǔ)的技術(shù)，通過(guò)構(gòu)建機(jī)電工程項(xiàng)目的三維可視化模型，對(duì)所引入的工程項(xiàng)目進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)、可視化顯示，方便各方在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)上進(jìn)行溝通、交流，進(jìn)一步優(yōu)化施工方案。BIM技術(shù)能夠?qū)?xiàng)目進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，監(jiān)測(cè)、預(yù)警、變更有關(guān)參數(shù)，減少或避免返工、拆除，從而達(dá)到對(duì)項(xiàng)目成本的控制，保障公司的利益。

2.1 基于云平臺(tái)工作組的模型同步

機(jī)電工程的改造工程涉及設(shè)備、施工、監(jiān)理、咨詢、業(yè)主方等多個(gè)方面。為了實(shí)現(xiàn)多用戶的協(xié)作，確保機(jī)電工程中多個(gè)用戶的一致性，可以采用分布式的云計(jì)算技術(shù)。根據(jù)這一技術(shù)，組建了工程項(xiàng)目云平臺(tái)工作小組，在各參與方變更后，及時(shí)更新 BIM數(shù)據(jù)模型，以保證所有參與者都能使用同一個(gè)模型，有效地防止因模型更新、圖紙變更等原因造成的錯(cuò)誤，同時(shí)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的返工進(jìn)行嚴(yán)格控制。

2.2 基于協(xié)同平臺(tái)的參數(shù)化設(shè)計(jì)

工程機(jī)電工程具有體量大、信息量大、涉及面大等特點(diǎn)。通過(guò) BIM技術(shù)建立的三維信息模型，能夠清楚地顯示出管網(wǎng)的具體位置，以及線管、網(wǎng)線、管網(wǎng)、管道等相關(guān)的數(shù)據(jù)。在更換或移動(dòng)的過(guò)程中，可以對(duì) BIM進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新，并對(duì)更新的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的記錄，確保了資料的完整性和準(zhǔn)確性，便于后續(xù)的維修。

2.3 基于施工模擬的碰撞檢測(cè)

利用 BIM技術(shù)建立了機(jī)電設(shè)備的三維數(shù)字化信息模型，并根據(jù)其尺寸對(duì)工程進(jìn)度進(jìn)行了仿真。施工仿真可以發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)、施工各階段存在的問(wèn)題，施工單位要根據(jù)模型進(jìn)行溝通、協(xié)調(diào)，做出相應(yīng)的調(diào)整，降低返工次數(shù)，提高施工效率。

2.4 基于BIM技術(shù)的物資設(shè)備管理

機(jī)電工程涉及到大量的材料和設(shè)備的管理，項(xiàng)目經(jīng)理可以根據(jù)工程的建設(shè)進(jìn)度，根據(jù)工程的不同階段，采用 BIM的三維數(shù)據(jù)模型，對(duì)工程的實(shí)際工程量進(jìn)行快速的計(jì)算，既能保證材料的管理，又能為材料采購(gòu)計(jì)劃的編制提供準(zhǔn)確、及時(shí)的數(shù)據(jù)支持，并根據(jù)定額領(lǐng)料制度，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)物料進(jìn)行管理。

3 BIM技術(shù)在機(jī)電施工管理中的應(yīng)用

3.1 深化設(shè)計(jì)

機(jī)電工程的深化設(shè)計(jì)主要包括：暖通、空調(diào)、排水、消防、強(qiáng)電、弱電等。在傳統(tǒng)的深層次設(shè)計(jì)中，由于缺少直觀的表現(xiàn)，大部分的沖突都是由設(shè)計(jì)師根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的，因此在實(shí)踐中會(huì)出現(xiàn)很多錯(cuò)誤，造成返工、工期延誤等問(wèn)題。在BIM技術(shù)的應(yīng)用下，可以通過(guò)BIM三維信息模型進(jìn)行深層次的管線優(yōu)化，大大提高了工程的后期質(zhì)量，減少了變更和修改，達(dá)到了節(jié)約投資的目的。BIM深化設(shè)計(jì)已成為 BIM技術(shù)的一大優(yōu)點(diǎn)，通過(guò) BIM技術(shù)深化設(shè)計(jì)，可以充分體現(xiàn)深化設(shè)計(jì)要求，如深化設(shè)計(jì)復(fù)核，末端定位和預(yù)留，強(qiáng)化設(shè)計(jì)對(duì)施工的控制與指導(dǎo)；能模擬施工工藝，控制施工過(guò)程的難點(diǎn)、重點(diǎn)以及進(jìn)度；通過(guò)BIM模型，可以實(shí)現(xiàn)工程量的自動(dòng)計(jì)算；能實(shí)現(xiàn)全方位可視化的全方位設(shè)計(jì)溝通；整合建筑設(shè)施和設(shè)備信息，為以后的操作提供支持[1]。

3.1.1 碰撞檢驗(yàn)

利用 BIM技術(shù)建立了機(jī)電設(shè)備的管道模型，利用三維數(shù)據(jù)模型對(duì)設(shè)備進(jìn)行了管道碰撞檢測(cè)，根據(jù)模型預(yù)警生成的檢驗(yàn)報(bào)告，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化。對(duì)機(jī)械、電氣設(shè)備和建筑的梁、柱、墻進(jìn)行沖突監(jiān)控，保證各個(gè)專業(yè)管路之間不會(huì)發(fā)生沖突，并采取適當(dāng)?shù)穆酚傻却胧?，使得機(jī)電管線的布置更加科學(xué)合理。采用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)電管道設(shè)備的一體化布置，減少了施工難度，方便了現(xiàn)場(chǎng)施工。

3.1.2 協(xié)同工作

在 BIM的基礎(chǔ)上，各參與方對(duì)各專業(yè)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化，BIM平臺(tái)將最新的設(shè)計(jì)信息導(dǎo)入BIM模型，進(jìn)行協(xié)同驗(yàn)證，使得各參與方、各專業(yè)的數(shù)據(jù)在BIM的集成平臺(tái)上進(jìn)行協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了所有的信息共享，使得整個(gè)過(guò)程更加順暢。

3.2 施工工程造價(jià)

BIM不僅可以構(gòu)建房屋的模型，還可以與本地的建材市場(chǎng)進(jìn)行連接，在購(gòu)買(mǎi)的過(guò)程中，可以獲得大量的信息，從而更好的進(jìn)行工程成本的管理。在運(yùn)用BIM計(jì)算機(jī)模型時(shí)，可以參考實(shí)際需求，列出材料清單，這份清單上不僅有單價(jià)，也有總價(jià)，最后由主管人員進(jìn)行計(jì)算，以判斷方案的可行性，并對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析。采購(gòu)物資的時(shí)候，要將相關(guān)的數(shù)據(jù)存入電腦，保證所有的工作都有工作記錄，方便審核。而且，BIM技術(shù)還能根據(jù)材料的市場(chǎng)行情，找出最適合的解決辦法，這可比手工操作簡(jiǎn)單多了，還能節(jié)約大量的資金。在采購(gòu)的過(guò)程中，他們會(huì)選擇最適合自己的方式，選擇最好的，最便宜的。BIM技術(shù)可以對(duì)建材市場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，在采購(gòu)過(guò)程中，建筑企業(yè)可以采購(gòu)更便宜、更多的原材料，并對(duì)其進(jìn)行成本控制。

3.3 可視化

采用BIM技術(shù)的3D可視化功能，在施工過(guò)程中，根據(jù)3D圖紙進(jìn)行技術(shù)交底，實(shí)現(xiàn)三維和二維圖形的互相轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)更清晰，更準(zhǔn)確的目的。根據(jù)BIM模型的可出圖性質(zhì)，推導(dǎo)出各種設(shè)計(jì)圖，可對(duì)下料、安裝、機(jī)電管道進(jìn)行復(fù)查，保證工程的精確度。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和 BIM技術(shù)的結(jié)合，使得3D技術(shù)和建筑管理的有機(jī)結(jié)合，使得三維圖形更加直觀、易于理解[2]。

3.4 輔助裝配施工

工廠預(yù)制生產(chǎn)必須根據(jù)圖紙上的電氣元件尺寸來(lái)進(jìn)行預(yù)制。工廠生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)有以下幾個(gè)方面。

3.4.1 規(guī)?；a(chǎn)

通過(guò) BIM技術(shù)，可以對(duì)機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)行參數(shù)化、可視化設(shè)計(jì)，并能自動(dòng)生成相應(yīng)的2D圖形，而工廠則可以利用預(yù)加工圖，用專門(mén)的流水線對(duì)零部件進(jìn)行加工，從而達(dá)到大批量生產(chǎn)的目的。

3.4.2 精確預(yù)算，節(jié)約物料

人工辨識(shí)預(yù)制件不但容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，而且所能表達(dá)的信息也十分有限，而B(niǎo)IM技術(shù)所產(chǎn)生的零件圖形，能精確地與具體工程內(nèi)容相匹配，并能準(zhǔn)確地確定所需的材料，大大提高了零件的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，減少了材料的浪費(fèi)，并能直接減少成本。工廠預(yù)制不受場(chǎng)地條件和其它工程進(jìn)度的制約，可根據(jù)材料、加工尺寸等要求自己生產(chǎn)。

3.5 施工模擬

運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行施工模擬、漫游展示，實(shí)現(xiàn)了施工過(guò)程的動(dòng)畫(huà)化，使得施工過(guò)程更加清晰直觀。利用工程模擬技術(shù)，進(jìn)行輔助施工計(jì)劃的制定，使得施工管理更加條理化、簡(jiǎn)潔。將BIM模型、施工方案和施工現(xiàn)場(chǎng)施工有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，在施工中可以利用BIM模型進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，對(duì)存在的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和修正，以確保施工的準(zhǔn)確性，減少拆改和返工。

3.6 管道設(shè)計(jì)的應(yīng)用

就機(jī)電設(shè)備而言，由于機(jī)電設(shè)備的安裝工作涉及到的技術(shù)種類(lèi)繁多，因此在安裝過(guò)程中往往會(huì)遇到管路布局不合理的問(wèn)題，有些線路的設(shè)計(jì)也較為先進(jìn)，這就導(dǎo)致了設(shè)備的浪費(fèi)。在這樣的環(huán)境下，利用BIM技術(shù)進(jìn)行管道的布局與設(shè)計(jì)，利用BIM技術(shù)，可以將施工的相關(guān)信息顯示在電腦上，并利用3D的圖形，找出最適合的方案，再根據(jù)具體的安裝條件，進(jìn)行優(yōu)化，避免其他項(xiàng)目的干擾。需要采用BIM技術(shù)，將各種電動(dòng)機(jī)裝置一起，采用不同顏色的管道進(jìn)行聯(lián)接，這樣可以清楚地觀察出存在的問(wèn)題，并找出最適合的解決辦法，從而合理地控制管道的工作，如圖1所示。

圖1 BIM技術(shù)在管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.7 設(shè)備維修處理

BIM系統(tǒng)擁有特殊的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能，施工項(xiàng)目經(jīng)理可以對(duì)施工中的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，一旦發(fā)生故障，就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，減少財(cái)產(chǎn)的損失，同時(shí)也能提升設(shè)備的維護(hù)效率。在完成了機(jī)械工程之后，還要進(jìn)行電氣設(shè)備的檢測(cè)，以免因?yàn)殚L(zhǎng)期使用而導(dǎo)致線路老化。清晰地觀察到機(jī)器的運(yùn)行狀況，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，它會(huì)自動(dòng)報(bào)警，讓維修人員可以更快地進(jìn)行維修。BIM系統(tǒng)可以代替檢查和維護(hù)，將所有的零件都記錄下來(lái)，這樣就可以方便的維護(hù)保養(yǎng)了。如果機(jī)械設(shè)備個(gè)別部件的損失率太高，則要對(duì)全設(shè)備進(jìn)行全面的檢查，看看有沒(méi)有其它安全隱患[3]。

4 項(xiàng)目BIM應(yīng)用實(shí)例

4.1 項(xiàng)目概況

天悅家園項(xiàng)目屬于建筑分類(lèi)中的一類(lèi)級(jí)別，該工程總的用地面積是29130.93m2，總的建筑面積是111791.538m2。地上部分包含3棟28層商業(yè)住宅樓，一棟26層商業(yè)住宅樓以及一棟三層幼兒園。地下室為一層，含地下車(chē)庫(kù)、設(shè)備用房以及人防工程。本項(xiàng)目1-4號(hào)樓3層以上采用裝配式做法，地下室采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。因首次進(jìn)行裝配式施工，經(jīng)驗(yàn)不足，采用BIM技術(shù)進(jìn)行建模。地下室線管影響空間凈高，也需要BIM技術(shù)進(jìn)行管線優(yōu)化，解決問(wèn)題。

4.2 預(yù)制構(gòu)件方面的應(yīng)用

本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)梁、結(jié)構(gòu)板為預(yù)制構(gòu)件安裝，結(jié)構(gòu)板采用60mm預(yù)制板加60mm的現(xiàn)澆層的結(jié)構(gòu)。建筑在未實(shí)際施工前不清楚60mm厚的現(xiàn)澆層是否夠空間安裝消防、弱電、強(qiáng)電PVC線管。即使夠空間預(yù)埋，是否會(huì)有空骨現(xiàn)象，是否影響結(jié)構(gòu)板強(qiáng)度？預(yù)制板的桁架鋼筋是否會(huì)影響PVC管線的敷設(shè)及PVC線盒的預(yù)埋？預(yù)制梁板內(nèi)的預(yù)制PVC線管套管，預(yù)制排水管止水節(jié)是否設(shè)計(jì)正確，到時(shí)是否能正確拼裝預(yù)制構(gòu)件，與后面現(xiàn)場(chǎng)砌筑的墻體是否會(huì)有沖突等問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，避免到實(shí)際施工時(shí)才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，造成返工損失。決定采用BIM技術(shù)，按照實(shí)際預(yù)制板尺寸，及其上面的桁架鋼筋，PVC線管、線管的實(shí)際位置及規(guī)格，進(jìn)行1：1尺寸精確建模，達(dá)到LOD400標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上，在軟件里建模，相當(dāng)于一次預(yù)施工過(guò)程，在建模過(guò)程中提前暴露出今后實(shí)際施工中會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)圖紙進(jìn)行一次深度的檢查，提前將問(wèn)題暴露出來(lái)，檢查PVC線管能否在60mm厚的現(xiàn)澆層安裝下去，將問(wèn)題反饋給設(shè)計(jì)單位，對(duì)圖紙進(jìn)行修改。通過(guò)實(shí)際建模，發(fā)現(xiàn)大部分區(qū)域的樓板，PVC線管能預(yù)埋在60mm厚的現(xiàn)澆層內(nèi)，但在部分區(qū)域加強(qiáng)電箱、弱電箱所在的客廳，或入戶玄關(guān)區(qū)域的位置，因?yàn)槭蔷€管匯集處，線管數(shù)量多，進(jìn)戶線管尺寸較大等原因，造成此處的線管預(yù)埋厚度較厚，60mm厚的現(xiàn)澆層不能滿足敷設(shè)的要求。因此，在發(fā)現(xiàn)此情況后及時(shí)向設(shè)計(jì)單位反饋，并提出將這些區(qū)域的現(xiàn)澆厚度改為90mm，以滿足敷設(shè)的要求；通過(guò)預(yù)制梁及后續(xù)的內(nèi)隔墻吸收不同板標(biāo)高的影響。而對(duì)于預(yù)制陽(yáng)臺(tái)板部分，因其包含排水立管的埋止水節(jié)，需要論證預(yù)制疊合板安裝完后，預(yù)埋止水節(jié)的位置是否正確，與其他專業(yè)工程設(shè)施是否有沖突。通過(guò)在設(shè)計(jì)圖上對(duì)陽(yáng)臺(tái)預(yù)制板、沉箱預(yù)制板所預(yù)埋的止水節(jié)所標(biāo)的尺寸進(jìn)行建模，并將土建、機(jī)電模型整合進(jìn)行碰撞檢查后，發(fā)現(xiàn)預(yù)制板所預(yù)埋的止水節(jié)靠墻太近，已侵入墻體5~10mm。將此問(wèn)題截圖，形成碰撞檢查報(bào)告，反饋給設(shè)計(jì)單位。通過(guò)放置洗手盆、馬桶和淋浴器模型，與PVC排水管的建模。提前檢查衛(wèi)生間的空間是否滿足要求，確定淋浴隔斷位置，檢查淋浴使用空間能否滿足實(shí)際使用需求。

5 結(jié)語(yǔ)

總之， BIM技術(shù)是一種非常先進(jìn)的建筑建模技術(shù)，能夠在機(jī)電工程中進(jìn)行建模。BIM技術(shù)在機(jī)電管道工程中具有最優(yōu)的功能，可以幫助設(shè)計(jì)者在最短的時(shí)間內(nèi)，找到最適合的方案，從而節(jié)約大量的資金，節(jié)約大量的時(shí)間，提高工程的質(zhì)量和效率。為了增加建設(shè)單位的經(jīng)濟(jì)效益，必須對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的成本進(jìn)行合理的控制，這兩者有著直接的關(guān)系，要對(duì)項(xiàng)目的投資和經(jīng)濟(jì)效益做出準(zhǔn)確的預(yù)估，以保證項(xiàng)目的最終效益，保證項(xiàng)目的工期。BIM技術(shù)可以與因特網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，為客戶提供一個(gè)專用的項(xiàng)目控制平臺(tái)，同時(shí)也方便了對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的維護(hù)進(jìn)度。