BIM技术在大型建筑机电安装中的应用研究

□ 代端明 孔祥刚 庞毅玲

1 引言

机电安装是房屋建筑工程的重要组成部分。为减少施工工期、确保工程质量和提升工程效益，近年来国外机电安装工程中已经广泛应用BIM技术。我国对BIM技术的应用也日趋成熟，建设方和施工方不断将BIM技术应用于大型建筑物和超高建筑物的施工管理中，提高了施工管理水平。

2 项目概况

项目位于南宁市青秀区云景路以南、高坡岭路以东。项目规划总用地面积为16716m2，总建筑面积为111809m2，其中：1栋29F的酒店，建筑面积为33928m2；1栋24F的商务办公楼，建筑面积为35866m2；1栋5层商业裙楼建筑面积5168m2。酒店和商务办公楼建筑屋面高度为119.85m，5层商业裙房建筑屋面高度为23.82m，整体设3层地下室，地下室建筑面积为32484m2[1]。

项目地下室设备房较多，给排水、暖通、电气和消防等各专业管线密集。由于地下室管线体量较大，管线错综复杂，极易发生“错、漏、碰、缺”等问题。为确保施工质量和工期，项目部决定应用BIM技术，通过BIM建模优化设计方案，对复杂节点进行深化设计，同时对施工管理人员和技术工人进行可视化的技术交底。

3 BIM实施流程

为了使BIM技术应用顺利实施，项目组制定了BIM技术应用实施的详细流程图，详见图1所示。

图1 BIM实施流程图

4 模型创建

4.1 模型创建准备

4.1.1 项目图纸梳理

主要检查土建的层高、梁高、面积、防火分区以及机电专业各专业管线系统、管道配置、管径等基本情况，便于项目实施、应用。

4.1.2 标准、样板制定

（1）模型精度控制。若BIM模型建模精细度过粗则无法包含全部信息，信息表达上就会有所欠缺，而太细的模型可能会使信息量过大，导致信息复杂甚至冗余，造成延迟交付。目前，基于本项目的管理目的，建模精细度级别设定为LOD300。

（2）模型编码和格式设定。建筑信息模型及其交付物文件命名需要确保信息的可读性和管理的有效性，因此，需要对模型进行编码，本项目的编码规则按图2制定。

图2 编码规则

（3）坐标系统的设定。无论是各专业CAD图纸链接到Revit中建模还是直接在Revit中建立轴网，所有模型的相对坐标必须一致，否则在形成中心文件的时候会出现与专业模型不吻合的现象。本项目在链接CAD图纸或者三维图形时，将坐标点的设定选为默认坐标，这样可以确保各专业模型坐标的一致性。

4.2 项目交底

（1）交底项目基本情况。熟悉土建专业基本情况，如主要功能、层高情况、梁高情况、机房分布；熟悉机电专业基本情况，如各个专业主管线管径、各个专业管线放置高度、防火分区等。

（2）交底初版模型创建注意事项及建模过程中易遗漏的地方。

（3）交底时间节点。根据项目策划中时间节点与项目组成员交底各个阶段成果提交的时间节点。

4.3 机电专业模型创建

模型创建阶段主要是根据专业图纸，完成给建筑、结构、给排水、电气、暖通专业初级模型创建。

4.3.1 BIM机电建模流程

首先将CAD二维施工图分专业载入Revit三维建模软件中手动设置管线类型和标高建立三维管线模型，对于非通用的管线接头可以通过建立族来实现，不同专业的管线运用不同颜色区分管线的类型。再利用三维管线模型可以较好地展现各专业管线的位置、标高、坡度、管道型材信息等，反映近于真实状态的影像，将Revit模型导入Navisworks软件进行模型轻量化处理，并利用其可视化的特点，高效地检查各专业管线的净高和碰撞情况，既有助于设计人员和施工人员理解图纸和模型，也为优化管线设计和排布做准备。BIM机电建模流程图如图3所示，地下室BIM机电模型如图4所示。

图3 BIM机电建模流程图

图4 地下室BIM机电模型

表1 重点区域机电管线核查要点

4.3.2 BIM机电模型核查要点

BIM模型建好后，需要重点核查地下车库、公共走廊等区域管线排布情况，如表1所示。

4.4 图纸会审

借助BIM模型辅助图纸会审。在BIM模型中可以直观地发现图纸中存在的“错、漏、碰、缺”等问题，并形成问题统计表及时向业主和设计方反馈。对施工图纸存在的问题在施工前解决，降低返工成本。本项目通过将模型导入Navisworks或Fuzor中给模型轻量化，并通过Navisworks查找了所有符合碰撞条件的碰撞点，生成碰撞报告，本项目共查出碰撞点482处，其中管线综合发生的碰撞378处。具体操作如下：

4.4.1 判断标准

（1）管道并排敷设时，因为要考虑管道安装、检修等要求，两者之间必须有一定的间距。不同类型的管道最小水平间距和最小垂直间距按规范要求应满足表2要求，否则认定为碰撞点。

表2 管道最小水平间距和最小垂直间距

（2）在该项目的地下室中，当水管、电缆桥架、风管在梁底下交叉时，在保留必要的安全间距后，净空高度小于2.2m时，则判断为管道碰撞。

4.4.2 操作流程

管线碰撞检查的操作流程如图5所示，检查完后，需将Navisworks软件中形成的碰撞报告回输到Revit中进行修改，修改完成后再次碰撞检查，这是一个反复循环的过程，直到不再出现碰撞点和净高问题才是碰撞检查结束。最后，从Revit中绘制完成最终的施工图纸，并提交设计方审核出图。

图5 管线碰撞检查的操作流程

5 深化设计

5.1 方案的制订和确认

机电管线深化设计主要考虑以下几个方面：

（1）比较管综方案的优势和劣势：优势从省工省材、管线美观角度考虑；劣势从施工难度大、耗费材料大、检修空间、美观、规范等方面斟酌。

（2）管综平面排布情况，确认平面排布的合理性。

5.2 复杂节点深化设计

管综深化设计是机电应用的核心内容，在优化过程中需注意内部协同配合，外部及时沟通，并结合机电安装“强条规范”等方面进行考虑。本项目在建模的过程中，先对公共走廊按照规范和实际要求进行了深化设计，并形成大样图纸，再在施工前现场提前预制，以达到节约工期的目的。

复杂节点深化设计的步骤为：第一，各专业图纸叠加；第二，找出管线碰撞点；第三，调整管线布置位置消除碰撞；第四，检查管道布置是否符合施工质量验收规范要求；第五，绘制综合布置图；第六，业主确认，第七，施工。具体做法如下：

（1）按碰撞标准通过在各专业模型碰撞点中找出复杂节点的碰撞点进行深化设计。机电管线碰撞遇到复杂节点时，管线的优化可以这样进行：

第一，先确定设备位置和设备进出口位置；

第二，管道的排布应尽量走梁底，与设备进出口位置要能紧密连接；

第三，确定设备、管道、仪表、阀门等的中心定位，并使之朝向一致，阀门要操作方便；

第四，所有管线应横平竖直，尽可能靠近墙、梁集中合理布设，以便于维护。

（2）根据以上原则，将制冷机房深化设计剖面图应用BIM技术画出三维布置图，并检验设备、管线及各种仪表、阀门布置是否合理。

（3）形成深化设计图，如图6所示，看图指导施工。

6 模型应用

6.1 施工技术交底

在基于完成模型的基础上，用Navisworks软件检查和调整的NWD模型，结合图纸、图片、问题答复报告、方案修改思路、文本、仿真三维管线模型等进行信息查验和技术交底。

6.1.1 利用虚拟样板进行技术交底

利用BIM技术建立虚拟样板模型，并将施工工艺、施工规范要求等信息植入模型中，在现场只需扫二维码，即可显示样板的详细信息。通过虚拟与实体样板相互结合，在节省费用的同时提高了技术交底效果和便利性。

6.1.2 利用三维模型进行技术交底

利用优化布管后的机电模型进行三维技术交底，便于信息的准确传递与表达，特别是对于管线排布复杂部位[2]。通过利用三维模型漫游功能，对管线排布复杂的部位进行可视化漫游，让施工人员“身临其境”，做到对管线的排布了如指掌。对传统的分部分项工程的施工工艺、施工工序进行可视化交底，使施工人员更明确该分部分项工程的施工工艺和工序。

图6 机电管线布置深化设计图

6.1.3 利用虚拟动画进行技术交底

利用BIM技术将施工重难点区域的专业施工工艺制作成施工动画，使技术工人对复杂的施工技术更容易掌握，较好地完成专项施工方案的技术交底。经过模型交底，有效辅助现场管线安装的顺利进行。

6.2 项目实施

项目实施过程中进行难点或特殊区域跟踪配合，核查是否按图施工，必要时进行驻场跟踪服务。

6.2.1 施工模拟

根据现场的施工作业进度和不同的施工阶段，合理布置库房、材料区、加工区等施工场地，优化施工现场平面图，保障施工道路的畅通，避免材料的二次搬运，临设的二次投入。利用场部模型的规划内容，制作现场实施CAD平面图和实施方案，提高管理协调效率。

模型完成后对施工过程中的施工设备和将来投入使用的永久性机电设备进行统计，精确确定设备的外形和尺寸，以及设备进入或撤出建筑物的通道路径，并通过Navisworks软件在模型中按照计划路径进行虚拟查错。对于施工现场混凝土结构出现施工缝或者其他不可预留孔洞的情况，可根据模型提前调整施工次序、计划路径，或调整设备进出场时间点，确保设备有计划地进出场，防止施工过程中拆改；对于无法购买的非标准构件可在现场提前预制，提前制订解决方案。

6.2.2 预留洞图

根据优化后的BIM模型，出具精准的主体结构、二次结构精准预留洞图，预留洞图应标注清晰的尺寸、标高及标注方式。

6.2.3 制订下料计划

完成三维模型并进行优化设计后，在Revit中按进度提取工程量，自动生成明细表，完成准确的下料计划。

下料计划制订的步骤为：第一，分专业分楼层建模；第二，按专业合模；第三，各专业链接形成中心文件；第四，碰撞检查及优化；第五，在Revit分专业分楼层在项目浏览器中生成明细表；第六，Revit按专业生成总的明细表；第七，生成下料计划。

7 结语

项目采用BIM技术后，取得了较好的经济效益。通过BIM技术模拟管线的真实排布情况，提前优化管线的碰撞，充分利用地下室顶部空间正确合理地进行各专业构件的布置，使得管线安装整齐、规范和紧凑。同时，减少了返工，缩短了工期，提升了机电施工的质量与水准，对于建筑行业的发展有着积极的作用和深远的影响。