机电BIM模型集成在施工阶段的应用

温 健

中建五局第三建设有限公司，湖南长沙 410000

任何现代建筑都不可能离开机电工程，而机电施工也理所当然地成为建筑施工的重中之重。近些年来，我国建筑业虽然获得了巨大的发展，但施工管理却停留在传统的粗放式管理的模式上。粗放式管理凭个人经验办事，不仅效率低下，而且无法保障机电工程施工质量，机电施工亟待转型升级。而在机电施工中应用BIM集成模式，便不失为性价比最高的一种选择。

1 BIM技术

在过去十几个世纪，建筑施工管理一直停留在人工管理层面上。二十世纪中叶，人类进入电子计算机时代。1960年代，电子计算机投入大规模商业应用；1970年代，微型计算机问世；1975年，美国卡内基梅隆大学建筑和计算机科学专业教授伊斯特曼提出基于计算机描述建筑物，构建数字元化建筑模型的BDS概念（Building Description System）。2002年，美国Autodesk公司正式提出BIM技术 （Building Information Modeling，中译名为“建筑信息模型”）。一经推出，便大受全美各地建筑公司欢迎，迅速在建筑业界推广开来。2007年，美国政府规定所有重要建筑项目都必须通过BIM进行空间规划；2012年，美国AEC行业 （施工产业） 应用BIM的比例上升到71%。74%的承包商、70%的建筑师、67%的机电工程师都在应用BIM技术。韩国、澳大利亚、新加坡、英国、日本等发达国家建筑界也普遍引入、应用BIM技术[1]。

BIM技术依托三维数字技术作基础，集成许多设计师的信息工程数据模型，运用Revit 等三维建模软件，详细描述建筑实体的特征及功能特性。BIM可以将设计图上二维线条式构成变成三维立体实物图形，通过可视化形式呈现在设计师与施工人员眼前。

BIM的核心是参数化建模。它将一个建筑工程项目全生命周期中所有的数据信息 （从建筑的三维几何构图，到建筑材料的质量、价格、性能，建筑构件的重要、施工流程，管理维护等） 全部整合到一个三维动态数字模型中；同时，BIM还可以让施工单位、业主与设计单位都参与到设计中来，发表自己的意见，寻找设计上存在的不足，进行讨论、修改，最后生成令各方都满意的协调数据，从而实现设计方案的优化。

不仅如此，BIM还可以实现施工图和结构设计、真实建筑与仿真模型、工厂制造和现场安装的在线联系，通过数字技术传递仿真模型的数据到现场去，并实时互动、反馈、交流、核对、检测、更新，从而建立更加准确的动态多维模型，整合建筑项目各个阶段的信息，为专业技术人员提供了一个全方位的信息平台。在整个建筑项目全生命周期的每个环节上 （规划、设计、施工、运营），都可以应用BIM技术。

尽管BIM技术拥有众多优点，但国内建筑行业由于知识水平偏低、技术实力有限、企业本金不足等各种原因，绝大多数企业仍不熟悉BIM技术，更谈不上大规模应用BIM技术。2017年，国内仅有23%左右的建筑企业应用了BIM技术[2]。当前，建筑业已经成为国民经济的支柱产业，同时又面临着转型升级的挑战。因此，完全有理由相信：BIM技术必将在建筑施工管理中推广开来。

2 在机电施工中应用BIM集成模型

当下，人们的生活离不开电，人们对于机电工程的要求也越来越高。另一方面，现代高层建筑、大型建筑结构日益复杂，二维平面设计图已经难以完整的表现设计意图（ 一些施工企业，相当一部分施工人员，甚至包括一部分老板文化水平都在高中以下，很难看懂二维设计图[3]） ；而施工企业在机电施工过程中实行粗放式管理，不仅浪费大量人力、物力、财力，也容易造成管道与构件、管道与管道之间发生碰撞，不得不进行设计变更，甚至返工，最后导致施工企业的经济损失。

但在机电施工中应用BIM集成模型，则可以提高施工效率，优化施工组织设计，避免管线碰撞、管管碰撞，实现精细化、数字化施工管理，保证施工质量。

2.1 施工准备

传统机电施工准备，需要选择、确定现场的运输路线，布置临时用电、临时用水、临时排水网络系统，还要设置材料放置区，因此，必须进行实地勘测[4]。应用BIM技术，技术人员只需将BIM参数化模型与GIS系统实现交互，提取GIS系统中的现场水源、电力、地理信息等资料，再综合考虑技术规范、建筑位置、建筑面积、建筑高度、材料使用计划等信息，便可快速布置施工现场，省去实地勘测的环节，节约人力、物力。

2.2 建立模型

技术人员根据设计单位输出的二维施工图，建立新的BIM三维模型，对建筑的基本形状、体积、位置、尺寸、朝向进行可视化呈现；然后，在这个三维模型上进行空间配置，引入楼梯、电梯、围护结构、柱、梁、板、空调、消防、水电管线等组件的形状、尺寸、材料、性质等数据、信息，搭建完整的机电施工模型；再后，根据机电施工模型输出各专业完整、详细的施工图，并计算工程量、估算成本、进行综合施工协调。

2.3 碰撞试验

现在的建筑项目不仅结构复杂，而且建筑内部的设备管线在安装过程中会出现较为复杂的碰撞，在施工过程中必须根据实际情况来定，有时需要进行部分调整。应用BIM技术，可以在虚拟模型上检查通风、空调、排烟、给水、排水、电力、照明、消防等各系统管线之间是否存在存在碰撞点，并进行管道安装碰撞实验，邀请给排水、弱电、消防等各方面的工程师集思广益，深化设计，优化管线排布。

2.4 预留预埋

在机电施工后期，预留预埋是安装设备与管件的关键。预留包括预留墙上、板上的各种管道，预埋包括预埋埋线管、开关盒、过路盒、分线盒等线盒；如果预留在剪力墙上的孔洞或预埋套管位置出现误差，轻则会造成返工，重则会影响建筑结构受力。过去，技术人员只能在二维平面设计图上确定预留预埋条件，难免出现漏、错、缺、碰，也无法掌握机电系统管线是否会出现交叉、拐弯[5]。应用BIM技术进行预留预埋，可以全方位三维可视化展示建筑结构信息，精确定位预留孔洞的位置、高度、尺寸，并测算预留孔洞是否会破坏建筑结构的受力，从而避免不必要的返工，保证施工质量。

2.5 虚拟施工，全面检查

在建立模型、碰撞试验、布置预留预埋后，为保证机电施工的可行性，还可以应用BIM技术，根据GIS系统搜集到的现场全部环境数据暨季节、气候等不可抗力进行动态预测，在电脑上进行一次虚拟施工，模拟机电施工全过程，在虚拟操作中发现问题，解决问题，进行方案调整，从而大大提高设计方案的可行性与科学性。虚拟施工结束后，还要对机电系统管线设备空间整体效果、空间布置进行全面检查，力求美观。

2.6 出图、技术交底

完成上述步骤后，技术人员并可以将机电系统的BIM三维模型输出，制成三维图，对施工人员进行技术交底。在BIM三维图上，详细、准确、清晰地显示着机电系统管线的施工位置、标高，克服了二维施工图信息量有限、缺乏直观感受的缺陷[6]。施工人员可以一目了然地了解设计意图，掌握管线走向，根据三维图认真施工。

2.7 施工管理

将BIM技术与机电施工计划相结合，可以整合形成4D动态模型，精确计算工程量与施工进度，将每天的工程量具体落实到每个施工班组头上，实现有序有节奏施工，从而统一施工进度。BIM技术可以为机电施工每个项目寻找最适宜的施工技术，还可以实现工程师与施工人员的远程实时连接，让工程师坐在办公室里遥控指挥施工人员，指导他们严格按照技术规范施工，并随时解决施工中出现的各种问题，实现科学化、精细化管理。

3 结语

在机电施工中应用BIM集成模型，可以解决机电系统覆盖面积广、技术标准要求高、施工难度大等问题；同时实现多专业多工种协调配合、科学施工；还可以提高施工效率，节约成本。因此，BIM技术值得在机电施工中推广、应用。