淺析BIM技術在建筑設備安裝工程中的應用

孟 磊

中鐵二十三局集團第一工程有限公司 四川 成都 610072

BIM，即建筑信息模型，為Building Information Modeling的縮寫[1]。此技術利用構建三維模型并綜合多類信息來創(chuàng)建一種集成化、數(shù)字化建筑模型，以此來幫助建設單位、設計單位和施工單位更好地協(xié)調設計、施工和運行維護，降低成本和風險，提高效率和質量。BIM模型具有全面性、統(tǒng)一性和協(xié)調性的特點。在建設過程中，BIM模型可以包含各個部門錄入的數(shù)據(jù)信息，在實際操作中，BIM技術及其他工作者得以依需求自由調整模型中的相關數(shù)據(jù)，通過對信息實現(xiàn)信息化和數(shù)據(jù)化的處理，可以直接或間接提供給每個用戶使用，在此過程中可以實現(xiàn)建筑工程信息的準確、全面共享[1]。因用戶從BIM模型得到的信息是一致的，這可以保證相關文件的準確性，而此種標準文件的是協(xié)調項目有力保證。

建筑設備安裝工程是現(xiàn)代建筑用于提供便捷、舒適、安全條件的各種設備及管道、附件及其技術的統(tǒng)稱，主要包含給排水工程、電氣照明及防雷工程、消防工程、采暖及通風空調工程等?，F(xiàn)代建筑對功能性的要求越來越高，因此建筑安裝工程所占的比重越來越大，在住宅項目中其造價約占工程總造價的五分之一到四分之一，在其他專業(yè)項目中可能占有更高的比重[2]。建筑設備安裝中因涉及的專業(yè)比較多，設備、管線種類、數(shù)量多而復雜，因此常造成施工中各種管線、設備的碰撞、交叉等。很多關鍵機電設備對施工工藝有非常高的要求，而建筑設備的安裝質量又影響其施工、運行成本和使用體驗。因此，在設備安裝工程中需要消耗較大的人力、物力和時間成本。然而，BIM技術從智能化、可視化和參數(shù)化的視角出發(fā)，為建筑設備安裝工程的設計、施工和維護提供了必要的技術支持。這使得建筑設備安裝工程在質量和效率方面均能顯著提升，進而提高整體建筑工程的效益水平[3]。

1 BIM在安裝工程設計階段的應用

建筑設備安裝工程越來越復雜，特別是設備安裝工程中涉及設備、管線在建筑物中的布置；管線穿越各部分的建筑構件；設備型號、管線種類增加，加大了安裝工程設計和各專業(yè)協(xié)調的難度。只有對各專業(yè)設計進行不斷協(xié)調與綜合優(yōu)化，才能促進設計的合理性與高效性。BIM技術可以促成不同設計人員的協(xié)同設計，減少設計沖突，提高設計效率[4]。

傳統(tǒng)方式下，建筑設計人員主要利用CAD 軟件繪制二維設計圖，并編制相關設計資料。但各專業(yè)圖紙分離，設計資料、數(shù)據(jù)也無法實施對比，出現(xiàn)錯誤的可能性較高，很容易影響最終設計效果。在數(shù)據(jù)收集和整理的階段，如果出現(xiàn)錯誤，將導致不僅需要對設計圖進行修改，還需要重新編制數(shù)據(jù)，這將顯著增加工作量。此外，部分設計可能無法逆轉，因此還需進行重新設計。通過BIM技術和各種軟件，工程設計人員可以建立統(tǒng)一的模型和數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對相關數(shù)據(jù)的自動化編制和統(tǒng)計，能夠顯著提升各專業(yè)設計的協(xié)調性。在具體的實施過程中，要求各相關專業(yè)的設計人員在充分詳細勘察的基礎上，積極推進數(shù)據(jù)收集和整理等環(huán)節(jié)。他們需要借助來自建筑、結構、安裝等各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息，將BIM技術與工程的二維圖紙設計相融合。這樣的整合能夠產生建筑設備安裝工程的模擬效果圖，可有效模擬實際現(xiàn)場情景。這種方法確保了管線與建筑構件的布局更加合理，進一步優(yōu)化了施工方案。

BIM技術相對于傳統(tǒng)設計最明顯的優(yōu)勢是可以建立3D動態(tài)模型。在傳統(tǒng)的建筑設計工作中，使用二維CAD施工圖，通過線條、文字和圖例在紙張上呈現(xiàn)各種設計信息，設計者需要憑借自身的空間想象力來模擬實際構造。這種方法存在許多限制，導致工作效率低下且出錯概率較高。然而，借助BIM模型，可以以數(shù)字模型的形式展現(xiàn)建筑、結構、機電設備、管線等的布置情況，將原本的二維線條繪圖呈現(xiàn)為立體模型，使設計者能夠更好地進行可視化設計。這種方式讓設計工作更加便捷，提高了工作效率[5]。便于不同專業(yè)的設計者相互了解對方的設計意圖和設計結果，便于工程建設各階段的管理、技術人員了解工程全貌和全過程。

BIM技術能夠運用算法對建筑施工和日常運行進行模擬仿真，從而使建筑設計更具科學合理性，提升資源利用效率，提高建筑設備安裝工程使用的便捷性和安全性。例如通過對通風空調系統(tǒng)進行模擬仿真，對空氣流態(tài)和熱力學進行分析，以使空調系統(tǒng)更好的滿足人體舒適性的要求，更加節(jié)能高效；模擬電力系統(tǒng)運行過程，分析電流、電壓、功率等參數(shù)，以確保電氣系統(tǒng)負載在安全高效的狀態(tài)下運行；對給排水系統(tǒng)進行模擬仿真，進行流體力學分析，以降低給排水系統(tǒng)的流動阻力，節(jié)省運行費用，減少后期維護成本。另外，BIM還可以分析建筑空間的利用情況，確定縱向和橫向空間中線纜、水管道、風管道以及設備等的布置，從而實現(xiàn)對建筑物使用空間的有效節(jié)約。

建筑設備安裝各專業(yè)系統(tǒng)管線排布中對于BIM 技術的應用，最為主要的環(huán)節(jié)是碰撞檢查。設計單位內部，施工圖紙的設計是區(qū)分不同專業(yè)分別進行繪制的，各個專業(yè)設計人員之間往往缺乏溝通。因建筑設備安裝工程中的設備和管線數(shù)量眾多，空間布局紛繁復雜，管線與建筑結構或其他管線之間易發(fā)生疊加、交叉等沖突。這導致了工程中對布局的要求極為嚴格，給現(xiàn)場施工帶來重大挑戰(zhàn)，也增加了施工成本。在傳統(tǒng)的建筑設備安裝施工管理中，為避免不同專業(yè)管道、管線安裝發(fā)生碰撞，施工管理人員，結合實際情況，運用自身技術經驗，調整空間布局，確保設備、管道、電纜橋架等在空間上排列的可行性、美觀性和實用性。然而，這種施工管理方式要求工程師必須具有較高的專業(yè)水準，同時也不利于施工技術交底，具有較大的局限性和隱患。

在設計階段科學的融入BIM技術可以有效的解決這一問題。BIM 技術可以將建筑、結構、安裝等專業(yè)的模型整合，使設計人員在三維環(huán)境下直接觀察管線安裝效果，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)二維設計中難以察覺的碰撞，或者將綜合模型導入相關BIM軟件進行碰撞檢查，從而導出碰撞報告。技術人員可以以此為依據(jù)，對不合理的管線設備做出避讓、調整，從而在工程實際開始前發(fā)現(xiàn)存在的設計問題。同時，相應的參數(shù)在BIM數(shù)據(jù)庫中會自動同步更新，進而在可視化的三維模型上實現(xiàn)自動同步更改，無需設計人員逐項手動修訂圖紙[5]。如此一來，不僅能夠加速工程設計方案的優(yōu)化進程，還能夠確保設計圖紙的質量合格率，使施工圖紙更貼切地反映實際現(xiàn)場情況，為后續(xù)的機電安裝提供了可靠的基礎。

2 BIM在安裝工程施工階段的應用

針對建筑設備安裝工程而言，施工步驟遵循嚴格的先后次序，實質上呈現(xiàn)為一種不可逆的過程。施工方案設計有時是技術人員主觀意識的一種呈現(xiàn)，由于安裝工程的復雜性，有可能存在一些問題；施工過程中影響進度的因素非常多，前期的施工方案有時得不到很好的執(zhí)行。因此，安裝工程的施工進度保障顯得尤為重要。BIM技術可以在施工進度管理中得到深入的應用，以提高建筑設備安裝工程的前期計劃與實際施工進程之間的匹配程度。

在進行施工管理的過程中，BIM技術可以將數(shù)字模型與時間軸結合，建出 4D-BIM技術模型，該模型的精確度更高，能夠對施工過程中的設備、資源等進行時間和空間上的模擬，找到后期施工可能出現(xiàn)的問題，進而給出針對性解決方案。施工管理人員可以在模型的幫助下對施工進度、工作量和人材機供應等行合理的控制，避免后期出現(xiàn)重大失誤，減少施工風險。

借助于BIM技術也能在經濟層面對建筑設備安裝工程實施有效管理，材料管理是BIM技術不可或缺的功能。在施工模型建設階段，對各類構件屬性進行定義，積極調整管件的管材長度、壁厚、連接方式等信息，能夠得到管道線路下料設計相關參數(shù)，并進行深入分析，盡量有效利用建筑材料，節(jié)約工程成本。再利用數(shù)字化機床按照圖紙實施自動控制加工，加工好后則送到現(xiàn)場安裝，從而優(yōu)化整個項目材料管理工作，加快施工進度。

運用BIM技術進行材料管理，能夠監(jiān)測和分析設備與材料的供給、使用以及價格變化等情況，從而更精準地控制工程造價，實現(xiàn)施工過程中的精確預算管理。

運用BIM技術，可以有效提升管線穿越墻體、樓板等部位的預留、預埋的準確性，規(guī)避可能引發(fā)的質量問題。此外，在安裝工程管線施工結束后，進行二次砌筑期間，通過竣工BIM模型，可以直觀化的展現(xiàn)出管線與砌筑構件交叉的位置，保證砌筑工程施工效率和質量。

在施工過程中，工程人員可以將全景掃描和激光掃描與BIM技術結合應用于機電工程施工現(xiàn)場。這使得現(xiàn)場施工成果與模型相互對比匹配，精準把握安裝工程的施工進展?；诖吮葘Y果，可為現(xiàn)場施工提供準確指導，進而優(yōu)化機電管線的施工流程。例如，對管線設備的位置、角度、尺寸及施工精度等進行檢測，以驗證其是否符合設計要求，從而確保機電系統(tǒng)的正常、安全運行[6]。

3 運維階段的BIM應用

BIM技術對建筑設備的運行維護提供了多方面的支持與幫助。具體來說，BIM在設備運行維護中的應用主要有設備管理、維護計劃優(yōu)化和故障診斷幾個方面。

在建筑設備安裝工程的運維階段，設備管理是一個至關重要的環(huán)節(jié)。BIM技術可以將建筑模型與設備信息相結合，創(chuàng)建一個數(shù)字化的建筑信息模型。在這個模型中，每個設備都可以被準確地表示，并與其相關信息進行關聯(lián)，如設備規(guī)格、型號、廠家、安裝日期等。這種集成性質使得工程團隊能夠輕松獲取設備信息，無需翻閱大量文件或數(shù)據(jù)庫。更為重要的是，BIM模型的可視化特性使設備管理變得直觀且易于理解。通過3D建模，工程團隊可以直觀地查看設備在建筑中的位置、布局和連接方式。這對于設備的維護、檢修和更換等操作提供了重要的參考，減少了誤操作的可能性，同時也提升了工作效率。

在建筑設備安裝工程中，設備臺賬記錄著每個設備的重要信息，是設備管理的基礎。傳統(tǒng)的設備臺賬通常以紙質或電子表格的形式存在，不僅容易丟失，而且信息的更新和維護困難。而利用BIM技術，可以在模型中創(chuàng)建虛擬的設備臺賬，將每個設備的信息儲存在模型中，隨時更新和查看。設備臺賬的數(shù)字化不僅解決了信息更新的問題，還使得信息之間可以實現(xiàn)更好的互通。不同部門和團隊可以在同一個BIM模型中查看和編輯設備信息，避免了信息孤立和重復錄入。這種信息互通為設備管理提供了更高效、協(xié)同的方式，有助于減少溝通成本和誤解。

隨著物聯(lián)網（IoT）技術的發(fā)展，設備的實時數(shù)據(jù)變得越來越重要。BIM技術可以與傳感器網絡集成，實現(xiàn)設備狀態(tài)的實時監(jiān)測。例如，在一個商業(yè)辦公樓的設備管理中，溫度、濕度、能耗等數(shù)據(jù)可以通過傳感器采集，然后通過BIM模型進行可視化展示和分析。實時數(shù)據(jù)的集成為設備管理提供了更多的信息來源，可以幫助工程團隊更快地發(fā)現(xiàn)問題、做出反應，并進行精細化的設備管理。這種數(shù)據(jù)驅動的管理方式有助于提升設備的運行效率，減少能源浪費，從而降低運營成本。

維護計劃的優(yōu)化是建筑設備安裝工程運維階段的一個重要挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)的設備維護計劃中，維護時間通常是基于固定的時間間隔，如每隔三個月、半年或一年進行一次維護。固定時間間隔維護無法充分考慮設備的實際使用情況，可能會導致資源的浪費或設備的未能及時維護。有些設備可能在短時間內并未發(fā)生故障，但仍按照固定計劃進行維護，這造成了不必要的停機時間和人力成本。有些設備可能在短時間內發(fā)生了多次故障，但由于維護周期尚未到來，導致設備未能及時維修，進一步加劇了設備故障的風險。

借助BIM技術，可以實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)和信息的維護計劃優(yōu)化。BIM模型可以與設備使用數(shù)據(jù)進行集成，從而實現(xiàn)基于實際使用情況的維護計劃優(yōu)化。通過設備傳感器采集的數(shù)據(jù)，可以了解設備的運行狀態(tài)、工作負荷、能耗等信息。這些數(shù)據(jù)為維護團隊提供了設備的實際使用情況，有助于判斷設備是否需要維護以及維護的緊急程度。BIM技術還可以利用數(shù)據(jù)分析方法，對設備運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，從而為維護計劃的制定提供決策支持，使維護計劃的調整變得更加靈活。通過對歷史數(shù)據(jù)的回顧和趨勢分析，可以識別出設備的故障模式、維護周期等信息，為維護計劃的優(yōu)化提供指導。

在建筑設備安裝工程的運維階段，設備故障是不可避免的問題。傳統(tǒng)的故障診斷方法往往依賴于人工經驗，耗時且不準確，導致了設備停機時間的延長和維修成本的增加。而借助BIM技術，可以實現(xiàn)對設備故障的智能診斷和預測，從而提高故障排除的效率和準確性。

BIM技術可以通過虛擬仿真來幫助問題定位和故障排除。在BIM模型中，可以建立設備的虛擬模型，模擬設備的運行過程和可能出現(xiàn)的問題。BIM模型還可以與設備傳感器數(shù)據(jù)進行集成，實時監(jiān)測設備的狀態(tài)。通過傳感器采集的數(shù)據(jù)，可以了解設備的溫度、壓力、振動等信息，從而判斷設備是否出現(xiàn)異常。例如，在一座工廠的生產線上，BIM模型可以與傳感器網絡集成，實時監(jiān)測生產設備的運行狀態(tài)。一旦設備出現(xiàn)溫度過高、振動異常等情況，BIM模型可以自動發(fā)出警報，通知維修人員進行檢修。

4 結論

綜上所述，隨著建筑高度和占地面積以及使用功能的不斷演進，BIM技術在建筑設備安裝工程中的優(yōu)勢日益凸顯。通過BIM技術的協(xié)同和精細管理，能夠有針對性地實現(xiàn)安裝工程全方位、全周期的協(xié)調推進，有效降低設計沖突、提升施工效率、優(yōu)化設備運行維護，以保證建筑安裝工程各系統(tǒng)的性能和安全。隨著技術的不斷進步，BIM在建筑設備安裝工程領域的應用將更加廣泛，為建筑行業(yè)的進步和發(fā)展作出更為顯著的貢獻。