BIM 技術(shù)在人防工程機電安裝中的應(yīng)用研究

張殿彪 何 勇 王琳瑯 吳仕濤 黃 滔

建筑信息模型BIM 技術(shù)是一種基于三維和數(shù)字化建模的信息技術(shù)，已經(jīng)在建筑工程的設(shè)計、施工和運營環(huán)節(jié)得到廣泛應(yīng)用。該技術(shù)通過創(chuàng)建虛擬建筑模型，整合建筑各專業(yè)信息，如建筑結(jié)構(gòu)、機電設(shè)備、施工工藝和材料規(guī)格等，實現(xiàn)建筑項目的全生命周期管理。

人防工程機電安裝是指人防工程中機電設(shè)備的安裝和調(diào)試。機電設(shè)備是人防工程中不可或缺的一部分，包括通風設(shè)備、照明設(shè)備、電力供應(yīng)設(shè)備、消防設(shè)備、通信設(shè)備以及監(jiān)控設(shè)備等。

人防工程機電安裝涉及多個專業(yè)領(lǐng)域，包括電氣、通風、給排水等，這些領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展不斷推動人防工程機電安裝技術(shù)的進步，如新型的機電設(shè)備、高效的施工技術(shù)、智能化的監(jiān)控系統(tǒng)等的應(yīng)用，提高了人防工程機電安裝的效率和質(zhì)量。

隨著城市建設(shè)的不斷推進和人防工程建設(shè)的加強，人防工程機電安裝需求不斷增加，越來越多的企業(yè)加入到這個領(lǐng)域，市場競爭也日益激烈。然而，人防工程機電安裝也存在一些問題，由于施工單位的技術(shù)和管理水平參差不齊，導(dǎo)致一些工程質(zhì)量不達標，甚至存在安全隱患，部分施工單位為了追求經(jīng)濟利益，可能會采用劣質(zhì)材料和設(shè)備，進一步影響工程質(zhì)量和安全。在人防工程機電安裝中應(yīng)用BIM 技術(shù)，可以通過數(shù)字化建模、協(xié)同設(shè)計和施工管理，提高施工的精度、效率和安全性。

1 項目介紹

東部新區(qū)三岔片區(qū)創(chuàng)新孵化園及配套設(shè)施項目（一期）標段工程位于四川省成都市東部新區(qū)，該項目總占地面積28213.07 m2，總建筑面積約113861.15 m2，是一個集住宅、商業(yè)網(wǎng)點于一體的綜合性項目。在此項目中，BIM 技術(shù)被廣泛應(yīng)用于地下室人防工程機電安裝中，為項目的施工和運營提供了重要支持和優(yōu)勢。通過BIM，項目施工團隊創(chuàng)建數(shù)字化的三維模型，詳細呈現(xiàn)了項目地下空間和設(shè)備的布局，包括地下室凈高、機電管線和人防設(shè)備布置等信息。這使得施工團隊能夠更好地規(guī)劃和協(xié)調(diào)人防工程的布置，如人防電站等，確保它們的合理安裝和高效運作?？紤]到項目涉及的不同建筑類型和功能，BIM 技術(shù)能夠精準地展現(xiàn)機電設(shè)備的安裝位置和連接方式，為管道、電纜等的布置提供了可視化的指引。通過BIM 模型，工程團隊能夠預(yù)測和解決潛在的沖突和問題，優(yōu)化安裝方案，提高施工效率和質(zhì)量。利用BIM 模型的數(shù)據(jù)化特點，可以實現(xiàn)對設(shè)備和系統(tǒng)的全生命周期管理，包括維修保養(yǎng)、能源管理等方面。BIM 的信息集成和共享特性，有助于提高運營效率，降低維護成本，并且為未來的項目更新和改進提供了可靠的基礎(chǔ)。

2 BIM 技術(shù)在人防工程機電安裝中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 全過程協(xié)同設(shè)計與協(xié)作

BIM 允許建筑師、結(jié)構(gòu)工程師、機電工程師和其他相關(guān)方利用一個共享的三維模型進行協(xié)同設(shè)計，減少設(shè)計沖突和錯誤，提高設(shè)計質(zhì)量。不同領(lǐng)域的專業(yè)人員可以在早期發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題，避免施工和后期修改問題，提高整個工程的建設(shè)效率[1]。

2.2 自動化與規(guī)范性合規(guī)

BIM 軟件具有豐富的標準化元素和參數(shù)庫，包括各種機電設(shè)備、管道、電線和其他構(gòu)建元素的規(guī)格和要求。設(shè)計師可以在BIM 環(huán)境中選擇符合標準的元素，不必手動輸入規(guī)格信息，降低了出錯的概率。這些元素的標準參數(shù)通常已根據(jù)國家和地方標準進行了驗證，能夠滿足合規(guī)性的要求。BIM 可以通過自動化工具生成機電系統(tǒng)的平面圖、截面圖、詳圖和其他必需的設(shè)計文件，設(shè)計師可以在BIM 模型中實時協(xié)作和審查，確保設(shè)計的合規(guī)性，并進行必要的修改。

BIM 技術(shù)還具備規(guī)則和參數(shù)的自動檢查功能，一旦設(shè)計團隊將規(guī)范性要求嵌入BIM 模型，系統(tǒng)可以自動檢查并警告設(shè)計中的潛在問題，及早發(fā)現(xiàn)不符合法規(guī)和標準的部分，減少后期的變更工作[2]。

2.3 提高效率和減少成本

通過BIM 的三維可視化功能，工程團隊可以在設(shè)計階段檢查并分析機電安裝布局，識別潛在的沖突和問題，如管道與電線的交叉、設(shè)備無法正常安裝等。通過提前發(fā)現(xiàn)這些問題，團隊可以在施工前就進行必要的調(diào)整，避免后期的設(shè)計變更和重復(fù)工作。BIM 模型中包含了詳細的數(shù)據(jù)，如材料和設(shè)備信息，這些數(shù)據(jù)可以用于成本估算。工程團隊可以根據(jù)BIM 數(shù)據(jù)制訂更準確的預(yù)算，減少不必要的額外費用。材料和設(shè)備的詳細數(shù)據(jù)也可以幫助項目經(jīng)理更好地管理采購和庫存，提高了資源利用率。BIM 有助于改進施工流程的規(guī)劃和協(xié)調(diào)，通過將不同專業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)整合到一個共享模型中，團隊可以更好地協(xié)作，確保施工進程順利，減少施工中的問題，提高整體施工效率[3]。

3 BIM 技術(shù)在人防工程機電安裝中的應(yīng)用方式

3.1 模型建立和審查

建立BIM 模型的第一步是收集各個機電設(shè)備的設(shè)計信息，包括尺寸、型號、功率和通信接口等。機電BIM模型應(yīng)用流程如圖1 所示。數(shù)據(jù)收集完成后，在BIM 軟件中根據(jù)設(shè)計信息創(chuàng)建相應(yīng)的模型，并將其放置在適當位置。建模過程中需要考慮空間限制、施工順序和安全要求等因素，以確保模型的真實性和可操作性。

圖1 機電BIM 模型應(yīng)用流程（來源：網(wǎng)絡(luò)）

模型審查是指對機電設(shè)備模型進行逐項檢查和評審，以確保其符合設(shè)計要求和標準。模型審查應(yīng)涵蓋建筑的多個方面，如空間布局、設(shè)備配套、安裝方法和接線方式等。為確保審查的廣度和深度，應(yīng)對模型進行多級審查，包括專業(yè)內(nèi)部審查、專業(yè)之間的協(xié)同審查以及相關(guān)方審查。通過模型審查可以及時發(fā)現(xiàn)并解決模型中存在的問題，避免后期施工過程中產(chǎn)生糾紛。同時，模型審查還能夠提前發(fā)現(xiàn)潛在的沖突和碰撞問題，避免后期拆改。模型的建立和審查應(yīng)與實際施工工藝與施工環(huán)境相結(jié)合，確保模型的可行性和適用性[4]。

3.2 三維可視化展示

通過BIM 技術(shù)，將人防工程機電安裝設(shè)計方案轉(zhuǎn)化為直觀的三維模型。模型中包括通風、照明和電力等機電設(shè)備，并與建筑空間相互關(guān)聯(lián)。這樣可直觀展示機電設(shè)備的布局、尺寸和連接方式等信息，使相關(guān)人員能更清晰地理解設(shè)計意圖、空間布局和相互關(guān)系。施工人員通過三維模型能夠精確定位機電設(shè)備的安裝位置，避免施工期間的碰撞和沖突。三維模型可模擬機電設(shè)備的運行狀態(tài)，直觀展示其工作原理和連接關(guān)系，為相關(guān)決策提供依據(jù)。此外，三維可視化展示有助于人防工程機電安裝的協(xié)調(diào)和協(xié)作。設(shè)計人員和施工人員能夠通過共享三維模型，實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計和協(xié)同施工，并進行實時溝通和協(xié)調(diào)。設(shè)計人員可以通過模型發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案的潛在沖突和問題，確保機電設(shè)備布局完善和連接順暢。施工管理人員可以通過三維模型管理施工進度，預(yù)測施工階段的潛在風險，進而提高工程執(zhí)行效率[5]。

3.3 碰撞檢測

BIM 模型中包括建筑結(jié)構(gòu)和各類機電設(shè)備，如通風設(shè)備、水電管線和配電箱等。將建筑結(jié)構(gòu)模型與機電設(shè)備模型耦合，形成整體模型。在整體模型中，利用碰撞檢測功能檢查不同元素之間的碰撞關(guān)系。BIM 軟件自動進行模型元素之間的空間碰撞分析，檢查管道是否穿越墻體以及設(shè)備是否與結(jié)構(gòu)元素沖突等。檢測完成后，以可視化的方式直觀展示碰撞的位置和類型，幫助工程和設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)并解決問題。經(jīng)過反復(fù)的碰撞檢測和模型優(yōu)化，獲得最優(yōu)設(shè)計方案。

在碰撞檢測前，應(yīng)確保模型數(shù)據(jù)的準確性和完整性。不同專業(yè)的設(shè)計團隊應(yīng)及時提供設(shè)計數(shù)據(jù)，確保模型中包含所有的機電設(shè)備信息。檢測時要設(shè)定合適的碰撞檢測規(guī)則和容忍度，以便過濾掉無關(guān)或可接受的碰撞情況，凸顯嚴重的沖突[6]。

3.4 管道安裝

在三維模型中添加管道的類型、材料和流體參數(shù)等信息，同時精確布置和連接管道，并將管道與其他設(shè)備和結(jié)構(gòu)進行關(guān)聯(lián)。這樣的模型不僅能為施工提供參考，還能保證數(shù)據(jù)的內(nèi)在性和協(xié)調(diào)性。管道排布三維模型如圖2 所示。設(shè)備出口處管道支架和單獨管道吊架的三維模型如圖3 所示。在管道安裝過程中，利用BIM 軟件進行沖突檢測有助于發(fā)現(xiàn)可能存在的沖突，如管道與結(jié)構(gòu)、電纜或其他管道的碰撞。檢測完成后，模型能夠直接顯示沖突的位置和類型，使得施工人員能夠及時解決問題，避免施工延誤。

圖2 管道排布三維模型（來源：作者自繪）

圖3 設(shè)備出口處管道支架和單獨管道吊架的三維模型（來源：作者自繪）

此外，BIM 技術(shù)有助于優(yōu)化管道安裝方案。通過在模型中模擬管道安裝過程，能夠提前預(yù)測和解決施工問題。例如，可以借助模型確定最佳的管道路徑和支撐方式，避免與其他設(shè)備或結(jié)構(gòu)沖突，確保管道系統(tǒng)的有效性和可靠性。在管道安裝過程中，借助BIM 模型能夠?qū)崟r獲取工程狀態(tài)信息，并進行進度管理。通過對比施工進度與模型，能夠及時發(fā)現(xiàn)工期和施工問題，進而采取調(diào)整措施。在BIM模型中模擬施工方案和施工工藝，能夠提高施工質(zhì)量和效率[7]。

3.5 設(shè)備安裝

利用BIM 技術(shù)輔助設(shè)備安裝需要建立設(shè)備的三維模型，模型中應(yīng)包含尺寸、形狀和連接方式等設(shè)備信息。在BIM 軟件中檢測設(shè)備與其他結(jié)構(gòu)或設(shè)備之間的沖突，并直觀展示沖突的位置和類型，以便提前發(fā)現(xiàn)和解決問題。通過BIM 技術(shù)可以模擬和優(yōu)化設(shè)備安裝方案。

在BIM 模型中模擬設(shè)備的安裝過程，如設(shè)備的搬運、固定和連接等，確定設(shè)備的最佳位置和支撐方式，并預(yù)測可能出現(xiàn)的問題，以確保設(shè)備正常運行。在設(shè)備安裝過程中，BIM 技術(shù)能夠?qū)崟r提供工程狀態(tài)信息，將施工進度與模型進行對比，能夠及時發(fā)現(xiàn)施工問題[8]。

3.6 “BIM+裝配式”在機電安裝中的應(yīng)用

“BIM ＋裝配式”能夠?qū)IM技術(shù)應(yīng)用于設(shè)備和構(gòu)件的制造過程。通過建立機電設(shè)備和構(gòu)件的精確模型，能夠優(yōu)化設(shè)計和制造過程，提高構(gòu)件的準確性和一致性。利用BIM 技術(shù)對構(gòu)件進行設(shè)計與工藝優(yōu)化和材料管理，可降低制造成本，提高生產(chǎn)效率。

在施工階段，采用裝配式施工方法能夠減少現(xiàn)場作業(yè)量和施工時間。機電設(shè)備和構(gòu)件在工廠預(yù)制完成后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，然后按照BIM 模型進行安裝和連接。預(yù)制裝配施工方式能夠大幅縮短施工時間，減少現(xiàn)場工作量和對人防工程的干擾。借助BIM 軟件的碰撞檢測功能，能夠在生產(chǎn)制造階段發(fā)現(xiàn)和解決構(gòu)件之間的沖突問題。在現(xiàn)場裝配階段，可以在BIM 模型中模擬構(gòu)件的位置和連接方式，減少施工現(xiàn)場的調(diào)整量。

4 結(jié)語

信息技術(shù)的不斷發(fā)展和對高質(zhì)量工程需求量的增加，使得BIM 技術(shù)在人防工程機電安裝領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。因此，要不斷完善現(xiàn)有技術(shù)，融合新興技術(shù)并制訂應(yīng)用標準，以便進一步提升人防工程機電安裝的質(zhì)量、效率和智能化水平，為建筑行業(yè)的發(fā)展提供新的動力。