BIM 技術(shù)在城市建設(shè)機(jī)電工程管理中的應(yīng)用

孫殿璞

（吉林省安泰市政工程有限公司遼寧區(qū)域監(jiān)理四部，遼寧 大連 116000）

城市機(jī)電工程是我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的重要組成部分，主要應(yīng)用于城市交通信號(hào)設(shè)施、街道照明設(shè)置、安全視頻監(jiān)控設(shè)施等，如何提高城市機(jī)電工程管理是業(yè)界需要關(guān)心的事情。BIM 技術(shù)是基于虛擬構(gòu)建模型的一種高新應(yīng)用技術(shù)，通過三維建模方式，模擬整個(gè)施工全過程[1]。因BIM 技術(shù)具有可視化、集成化、仿真性等特點(diǎn)，無論是管線碰撞檢查還是組織協(xié)調(diào)，都為城市機(jī)電工程的施工管理提供了極大的便利條件，開啟了機(jī)電工程管理方法新維度。

1 BIM 技術(shù)特點(diǎn)

BIM 技術(shù)是根據(jù)項(xiàng)目工程數(shù)據(jù)建立三維建筑模型，可以直觀地展示整個(gè)項(xiàng)目施工全過程，為各參建單位提供參考數(shù)據(jù)。在機(jī)電工程建設(shè)中，BIM 軟件可以將整個(gè)工程進(jìn)行系統(tǒng)化，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)施隨時(shí)優(yōu)化施工流程，不斷將更改的信息反饋至各參建單位端口，在節(jié)約工程成本的同時(shí)提升了溝通效率[2]。BIM 平臺(tái)可以進(jìn)行項(xiàng)目全壽命周期管理，各個(gè)環(huán)節(jié)可以利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，保證了項(xiàng)目的協(xié)調(diào)性，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。BIM 技術(shù)主要有以下特點(diǎn)。

1.1 可視化展現(xiàn)

通過搭建的三維模型，在BIM 平臺(tái)窗口可以展示設(shè)計(jì)成果、施工動(dòng)態(tài)、管道碰撞和設(shè)備操作等。這種可視化的功能，讓管理人員能夠更好地預(yù)判工程質(zhì)量和安全的關(guān)鍵點(diǎn)。

1.2 集成化聯(lián)動(dòng)

在建模的過程中，系統(tǒng)可以將各個(gè)構(gòu)件有機(jī)聯(lián)動(dòng)，把整個(gè)項(xiàng)目集成為一體。當(dāng)一個(gè)構(gòu)件位置發(fā)生改變時(shí)，相關(guān)的從動(dòng)構(gòu)件也跟著改變，更容易把握施工質(zhì)量，提高工作效率。

1.3 參數(shù)化設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)擁有強(qiáng)大的“族”指令，擁有豐富的機(jī)電工程“族群”，同時(shí)也支持設(shè)計(jì)者自行編輯的“族”。通過“族”輸入?yún)?shù)后直接生成相關(guān)構(gòu)件，快速便捷，提高設(shè)計(jì)者工作效率。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生改變時(shí)，只需要調(diào)整參數(shù)即可重新生成構(gòu)件，免去了傳統(tǒng)需要點(diǎn)、線、面繪制的弊端。

1.4 仿真化模擬

BIM 平臺(tái)可以對(duì)搭建好的模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。將相關(guān)的分部分項(xiàng)工程賦予定額后，通過仿真模擬可以對(duì)整個(gè)機(jī)電工程的工期、成本進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)也可以對(duì)整個(gè)工程的重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行預(yù)判，提前做好預(yù)案消除施工沖突。

1.5 全過程協(xié)調(diào)

因BIM 平臺(tái)可以共享數(shù)據(jù)信息，各參建單位在授權(quán)的端口均可提取相關(guān)數(shù)據(jù)。對(duì)整個(gè)工程的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)有效地組織協(xié)調(diào)，提高了各單位的溝通效率，打破了地域與時(shí)間的壁壘。

2 城市建設(shè)機(jī)電工程系統(tǒng)

城市建設(shè)項(xiàng)目中，機(jī)電工程由交通信號(hào)控制系統(tǒng)、街道照明供配電系統(tǒng)、安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成。

2.1 交通信號(hào)控制系統(tǒng)

交通信號(hào)控制系統(tǒng)的基本組成是系統(tǒng)控制中心、交通燈控制器、信息數(shù)據(jù)傳送裝置。系統(tǒng)控制中心可以識(shí)別數(shù)據(jù)圖像，進(jìn)行交互處理后由信息數(shù)據(jù)傳送裝置反饋至用戶端，同時(shí)用戶也可以在操作平臺(tái)控制信號(hào)系統(tǒng)。

2.2 街道照明供配電系統(tǒng)

街道照明供配電系統(tǒng)一般由接戶線、進(jìn)戶線、總配電箱、干線、分配電箱、支線和用電設(shè)備等組成。照明供配電系統(tǒng)有放射式、樹干式和混合式等接線方式。

2.3 安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)

安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)是由影像采集、數(shù)據(jù)傳輸、信息登記組成。視頻攝像設(shè)備采集影像，然后經(jīng)過通信光纜把數(shù)據(jù)傳送至終端，終端控制器再將數(shù)據(jù)分別傳送至各子監(jiān)視端口，然后信息經(jīng)過登記存儲(chǔ)到各系統(tǒng)中。

由此可見，城市建設(shè)機(jī)電工程的內(nèi)容繁雜，機(jī)電設(shè)備安裝時(shí)需要較高的專業(yè)能力。同時(shí)組織管理難度較大，且具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性。系統(tǒng)組成如圖1 所示。

3 城市建設(shè)機(jī)電工程中BIM 技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

3.1 提升機(jī)電項(xiàng)目工作效率

BIM 技術(shù)的核心就是利用相關(guān)軟件搭建數(shù)據(jù)模型，城市機(jī)電項(xiàng)目利用BIM 技術(shù)可以把所有相關(guān)數(shù)據(jù)反映到信息模型上，管理人員按照需求可以選擇性地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與對(duì)比，大大提高項(xiàng)目信息的利用率。建模人員根據(jù)圖紙與相關(guān)場(chǎng)地信息創(chuàng)建機(jī)電工程三維模型，然后將各分部分項(xiàng)工程設(shè)立成子菜單，項(xiàng)目管理人員通過BIM 模型就可以得到對(duì)應(yīng)的施工信息及相關(guān)的設(shè)備材料參數(shù)。在施工過程中，BIM 系統(tǒng)可以不斷地完善工程信息，將機(jī)電工程的技術(shù)要求、材料設(shè)備信息、管件節(jié)點(diǎn)和管線布置等形成一個(gè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)。不僅可以為各參建單位提供有力的技術(shù)支持，而且可將更多的項(xiàng)目信息有效應(yīng)用到機(jī)電施工活動(dòng)中，確保機(jī)電工程建設(shè)的施工效率和質(zhì)量。

3.2 促進(jìn)項(xiàng)目信息的共享

BIM 軟件提供了多方協(xié)同工作的模式，在城市建設(shè)中一般將土木工程與機(jī)電安裝工程分開，但是在建模時(shí)可以共同使用一個(gè)模型進(jìn)行管理。BIM 建模人員根據(jù)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和檢測(cè)人員提供的信息同時(shí)覆蓋到數(shù)據(jù)模型中，形成的大型數(shù)據(jù)庫(kù)可以上傳至云端，然后授權(quán)開放端口，各參建單位這樣就可以利用數(shù)據(jù)模型為工作提供便利，實(shí)現(xiàn)信息共享的目的。相關(guān)管理人員通過BIM 可視化功能能夠及時(shí)了解項(xiàng)目最新信息，如果發(fā)現(xiàn)某處存在問題可以及時(shí)標(biāo)記，建模人員發(fā)現(xiàn)后實(shí)時(shí)進(jìn)行更改反饋，保證機(jī)電項(xiàng)目的實(shí)施質(zhì)量。

3.3 提高機(jī)電項(xiàng)目管理水平

城市建設(shè)中機(jī)電工程涉及的內(nèi)容繁雜，需要各分部分項(xiàng)工程有序協(xié)調(diào)配合才能完成，否則容易產(chǎn)生成本風(fēng)險(xiǎn)。BIM 技術(shù)可以對(duì)機(jī)電工程項(xiàng)目全生命周期進(jìn)行管理：其可視化方便管理人員檢查分析；其集成化可以將整個(gè)施工項(xiàng)目整合為一體；其仿真性可以模擬施工。這樣可以更科學(xué)地為施工組織策劃，選擇更適合本工程的施工方法，提高項(xiàng)目管理水平。例如，當(dāng)工期延誤時(shí)，管理人員可以通過BIM 技術(shù)模擬施工，根據(jù)流水節(jié)拍和流水步距選擇作業(yè)方式。這樣不但可以縮短工期，并且可以有效控制施工材料，實(shí)時(shí)對(duì)關(guān)鍵線路進(jìn)行優(yōu)化，促進(jìn)機(jī)電工程穩(wěn)定快速的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)全過程管理。

4 BIM 技術(shù)在城市建設(shè)機(jī)電工程管理中的應(yīng)用

4.1 BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)管理

因BIM 技術(shù)具有協(xié)同性與可視化性，所以不再受工作地與視圖的限制。在機(jī)電工程初步設(shè)計(jì)時(shí)，BIM 技術(shù)人員可以參照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行建模，此時(shí)相關(guān)專業(yè)人員根據(jù)施工工序及相關(guān)的規(guī)范要求，隨時(shí)對(duì)建好的模型進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，不斷對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行優(yōu)化，減少設(shè)計(jì)變更的概率。同時(shí)，需要參考多方管理人員反饋的意見，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙模擬管線安裝路徑，必要時(shí)對(duì)管件節(jié)點(diǎn)做“爆炸”處理，方便施工人員安裝。涉及設(shè)備尺寸與標(biāo)高時(shí)要考慮原有建筑的位置，防止出現(xiàn)機(jī)電設(shè)備與其他管道碰撞或預(yù)留空間不滿足設(shè)備尺寸問題的發(fā)生。建模完成后需要模擬施工，合理分配工程的時(shí)間、資源、投資等相關(guān)參數(shù)，驗(yàn)證工程實(shí)施的可能性，并不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)圖紙，直至滿足機(jī)電工程施工為止。

4.2 BIM 技術(shù)質(zhì)量管理

機(jī)電工程在施工時(shí)會(huì)遇到間距不規(guī)則、管線碰撞等問題，嚴(yán)重影響管線敷設(shè)質(zhì)量。BIM 技術(shù)人員在建立3D模型時(shí)，可以對(duì)復(fù)雜的機(jī)電工程進(jìn)行碰撞檢測(cè)，提前對(duì)不合理的位置進(jìn)行預(yù)警，為施工質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。城市建設(shè)機(jī)電工程結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，不同子系統(tǒng)的施工活動(dòng)可能會(huì)遇到交叉點(diǎn)，BIM 技術(shù)可以幫助機(jī)電工程進(jìn)行碰撞檢測(cè)[3]。碰撞檢測(cè)是BIM 技術(shù)最基本的應(yīng)用，通過搭建的數(shù)據(jù)模型，管理人員可以直觀地檢查管線系統(tǒng)整體布局，調(diào)整各分部分項(xiàng)、各子系統(tǒng)的位置，達(dá)到提前評(píng)估整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)潛在風(fēng)險(xiǎn)的作用。

BIM 技術(shù)也可以對(duì)有限空間進(jìn)行合理布置。在優(yōu)化綜合管道時(shí)如果管線布置比較密集，可以使用組合支架分層進(jìn)行布置。如果管線比較分散時(shí)，在允許的前提下減少管線間距，這樣可以提高有限空間的利用率。同時(shí)，BIM 技術(shù)也為安裝順序與工藝流程提供了參考，使現(xiàn)場(chǎng)施工人員更能理解安裝要求，提高了施工質(zhì)量。

4.3 BIM 技術(shù)成本管理

BIM 技術(shù)可以對(duì)整個(gè)機(jī)電工程的全壽命周期進(jìn)行分析。分部分項(xiàng)工程的綜合單價(jià)主要包含人、材、機(jī)，技術(shù)人員在建模時(shí)，可以對(duì)每個(gè)構(gòu)件賦予計(jì)價(jià)編碼，根據(jù)編碼體系匹配對(duì)應(yīng)的定額。機(jī)電工程施工人員利用BIM數(shù)據(jù)庫(kù)，勾選對(duì)應(yīng)的構(gòu)件即可匯總出對(duì)應(yīng)的人、材、機(jī)，十分清晰展現(xiàn)出所需要的資源，項(xiàng)目管理人員即可對(duì)整個(gè)項(xiàng)目資源進(jìn)行優(yōu)化，節(jié)約成本避免浪費(fèi)[4]。工程建設(shè)期間，有關(guān)各方利用信息模型可以對(duì)材料投入量進(jìn)行有效管理，并根據(jù)城市建設(shè)機(jī)電工程的特點(diǎn)制定企業(yè)定額，更能滿足生產(chǎn)計(jì)劃。

項(xiàng)目管理人員借助BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)提供的信息，建立完善的物料供應(yīng)鏈，嚴(yán)格進(jìn)行物料管理，可以減少資源浪費(fèi)，滿足機(jī)電工程項(xiàng)目的成本管理要求。此外，BIM技術(shù)還可以動(dòng)態(tài)分析項(xiàng)目數(shù)據(jù)變化，創(chuàng)建工程量清單，項(xiàng)目管理人員以此進(jìn)行細(xì)化，計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的工程量來設(shè)置限額領(lǐng)料單，這樣可以更科學(xué)地進(jìn)行項(xiàng)目成本控制。

4.4 BIM 技術(shù)進(jìn)度管理

在機(jī)電項(xiàng)目施工過程中，因?yàn)樾枰鄬I(yè)協(xié)同建設(shè)，增加了進(jìn)度控制的難度，導(dǎo)致項(xiàng)目工期延誤時(shí)有發(fā)生。BIM 技術(shù)的出現(xiàn)，讓施工項(xiàng)目每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以進(jìn)行模擬施工，保持各方施工協(xié)調(diào)進(jìn)行、有序開展，使項(xiàng)目工期進(jìn)度得到了有效控制[5]。在日常機(jī)電工程施工中，進(jìn)度主要受工地布局、管線布置、設(shè)計(jì)變更等多種因素影響。管理人員通過模擬工藝流程，合理編制安裝作業(yè)指導(dǎo)書，對(duì)關(guān)鍵工作與關(guān)鍵路線進(jìn)行合理分析，使工期更能夠得到保障。并且通過BIM 平臺(tái)采集到的數(shù)據(jù)，利用贏得值法對(duì)計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度進(jìn)行比較，方便進(jìn)度偏差的計(jì)算。BIM 平臺(tái)還可以輸入各種機(jī)電子項(xiàng)目消耗的資源參數(shù)，形成進(jìn)度網(wǎng)絡(luò)圖，當(dāng)進(jìn)度發(fā)生偏離時(shí)可以及時(shí)采取合適的糾偏措施，優(yōu)化資源分配，縮短施工工期。

4.5 BIM 技術(shù)安全管理

機(jī)電工程施工過程中，現(xiàn)場(chǎng)布局是主要工序，如果現(xiàn)場(chǎng)布局不合理，就會(huì)大大增加安全事故發(fā)生的概率。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在BIM 平臺(tái)搭建一個(gè)施工總平面布置圖，利用有效的資源合理地分配施工區(qū)、材料加工區(qū)、辦公區(qū)等工程建設(shè)功能區(qū)，使布局更加合理化，減少各個(gè)流程的影響，提高場(chǎng)地利用率，更有利于維護(hù)安全穩(wěn)定工作實(shí)施。BIM 技術(shù)人員在建模設(shè)置相關(guān)功能區(qū)時(shí)，需要考慮機(jī)械出場(chǎng)是否方便、消防設(shè)施是否滿足工程需求、材料加工是否有利于工程供給，嚴(yán)格檢查模擬現(xiàn)場(chǎng)是否會(huì)存在安全隱患，對(duì)容易產(chǎn)生安全事故的點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，方便管理人員編制有針對(duì)性的安全專項(xiàng)方案。

機(jī)電工程因涉及易燃、易導(dǎo)電的設(shè)備較多，為降低安全隱患，可以通過BIM 平臺(tái)模擬施工現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)源，計(jì)算危險(xiǎn)點(diǎn)發(fā)生時(shí)輻射的范圍及疏散救援的難度，分析出最佳安全實(shí)施方案。利用BIM 測(cè)算出的數(shù)據(jù)，管理人員可以對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域做區(qū)域劃分，設(shè)計(jì)出最優(yōu)救援路徑，對(duì)危險(xiǎn)位置安裝警示標(biāo)志，路面開挖地段設(shè)置交通導(dǎo)行等安全措施，保證機(jī)械和電氣施工安全。利用BIM 技術(shù)虛擬化特點(diǎn)，建立施工虛擬空間，模擬應(yīng)急情況及對(duì)策等，保證施工人員掌握危險(xiǎn)源的處置方法，有利于提升施工人員自我安全防護(hù)意識(shí)。同時(shí)將BIM 平臺(tái)采集到的安全信息數(shù)據(jù)共享，為以后其他項(xiàng)目提供參考，這樣不但提升工作效率而且還降低安全培訓(xùn)的成本。

4.6 BIM 技術(shù)協(xié)調(diào)管理

機(jī)電項(xiàng)目協(xié)調(diào)管理主要包括2 方面，一方面為工程本身涉及的工序多，設(shè)備安裝時(shí)交叉性作業(yè)復(fù)雜，需要協(xié)調(diào)的施工步驟較多；另一方面是各參建單位的協(xié)調(diào)，因現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不同，尤其地下隱蔽工程施工時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)生設(shè)計(jì)變更，這就需要與建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位溝通協(xié)調(diào)。

項(xiàng)目技術(shù)人員通過BIM 平臺(tái)可以觀看整個(gè)工程的具體情況，這樣可以充分了解設(shè)計(jì)意圖，預(yù)先分析在各個(gè)施工階段的協(xié)調(diào)性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)容易產(chǎn)生工序沖突的位置，為合理編制施工方案提供有效數(shù)據(jù)。對(duì)于復(fù)雜的施工段，利用BIM 技術(shù)制作成動(dòng)態(tài)程序，加密生成二維碼，作業(yè)人員通過掃碼即可觀看施工流程，能夠更好地協(xié)調(diào)工序之間的順序。在鋪設(shè)地下管線時(shí)，往往會(huì)存在未知狀況，比如地下給排水管網(wǎng)、供熱管網(wǎng)、燃?xì)夤芫W(wǎng)和通信纜線等，就為施工帶來了極大不確定因素[6]。BIM 技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的反饋，及時(shí)更新至3D 模型數(shù)據(jù)庫(kù)中，設(shè)計(jì)人員通過共享端口可以提取相關(guān)信息，及時(shí)了解機(jī)電設(shè)備的安裝過程中的施工難點(diǎn)和隱蔽點(diǎn)，提升了組織協(xié)調(diào)效率。只有明確地組織分工，有效地溝通協(xié)調(diào)，機(jī)電工程的施工才能完全受控。

4.7 BIM 技術(shù)運(yùn)營(yíng)管理

創(chuàng)建運(yùn)營(yíng)管理的組織架構(gòu)，完善運(yùn)營(yíng)控制體系。機(jī)電工程施工結(jié)束后，因?yàn)楹芏喙芫€將會(huì)被覆蓋，導(dǎo)致在運(yùn)營(yíng)階段發(fā)生故障時(shí)很難找出問題所在。而BIM 技術(shù)為運(yùn)營(yíng)階段提供了有效助力，當(dāng)某處發(fā)生故障時(shí)，直接可以在BIM 模型中進(jìn)行標(biāo)記，關(guān)聯(lián)其所在的整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)，將會(huì)快速鎖定導(dǎo)致故障發(fā)生的模塊，從而高效排查出問題原因[7]。同時(shí)BIM 也可以搭載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，與現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電工程進(jìn)行連接，運(yùn)營(yíng)時(shí)如果發(fā)生故障，可以快速在BIM 平臺(tái)發(fā)出警告，讓管理人員更加快速地了解實(shí)際情況，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的狀態(tài)。

5 結(jié)束語

綜上，BIM 在城市機(jī)電工程發(fā)展中占據(jù)了非常重要的位置。BIM 技術(shù)在機(jī)電工程中的管理與應(yīng)用，使機(jī)電工程管理人員的工作效率與水平得到全面提升。這種基于數(shù)據(jù)集成和三維模型構(gòu)建而產(chǎn)生的建設(shè)信息模型分析技術(shù)，滿足了城市機(jī)電工程建設(shè)的需要，可以有效優(yōu)化施工方案，降低施工成本，為機(jī)電工程建設(shè)管理提供有力的支撐。