BIM技术在机电安装工程中的优化应用

2022-06-28贾淑明

兰州工业学院学报 2022年2期

贾淑明，刘君

(兰州工业学院土木工程学院，甘肃兰州 730050)

在大型建设项目中，为了缩短施工工期，保证工程质量，提升建设项目的整体效益，近年来BIM技术在我国的应用愈加成熟。BIM技术的应用可以提高建筑管理水平，该技术越来越多地应用于各类建筑施工的管理当中[1]。

机电安装工程是房屋建筑施工中的重要组成部分。BIM技术在机电安装过程中的应用必须结合实际工程量和建设需要。机电安装过程中有很多管道,为保证施工进度和工程质量，要结合工程实际、科学分工、明确工程建设人员配备，确保按各专业合理安排。通过应用BIM技术，可以科学地排布管道，确保安装管线信息的准确性和可靠性，优化人员和材料的供应，提高机电安装工程质量。

根据机电安装的实际情况，我们可以获取区域管道分布情况，尤其是在医院大楼走廊和设备用房等区域，大多都有密集的管道分布。因此，我们需要充分利用BIM技术的优势，合理规划线路，确保线路畅通，减少不必要的空间占用，全面提高空间利用效率，确保机电安装的整体质量和效益。此外，BIM技术还可以促进三维模拟的实现，充分了解线路的位置，并获得准确可靠的信息，以便在设定空间内进行机电安装[2]。

1 传统机电安装工程施工中常见的问题

1)整体效果不理想。随着国民经济的不断提高，各种建筑形态相继出现，但也存在一些问题，如公共区域灯具安装偏差、消防喷淋头安装不合理、地下室部分管线、线槽等安装地高低不一，影响机电安装工程的整体效果和后期的使用要求。

2)各专业管线碰撞。由于机电安装现场管线众多，施工过程中各管线会存在不同程度的冲突，如风管与水管的碰撞、水管与桥梁的冲突、专业管线与建筑结构的冲突等，给现场施工带来了更大的困难和无尽的问题，这将导致后期的拆除和重建，项目成本增加。

3)预留洞偏差。机电安装工程预留洞口是一项重要工作。无论是住宅楼还是大型综合楼，管道或桥梁都将穿过墙体。如果预留洞口位置有偏差或遗漏，将对后续综合管线施工产生重大影响。如果开口尺寸较大，严重情况下会降低建筑的整体安全性能。

4)材料管理困难。由于机电安装涉及不同的专业，所需材料较多，工艺复杂，因此在机电安装施工过程中，材料管理尤为重要。目前，机电安装材料的操作比较统一，基本上依靠库存管理，材料的使用记录在库存记录中。由于施工过程中使用的材料相对较多，很难将其全部记录下来，因此很容易出现错误。此外，材料的使用很难做到全面，这将使管理和材料成本的控制更加困难[3-4]。

2 BIM 技术在机电安装施工中的应用

2.1 项目概况

该工程为某医院内科综合大楼项目，总建筑面积33 720 m2，其中地上26 410 m2，地下7 310 m2。建筑类别为一类高层公共建筑，建筑物主要结构选型为框架剪力墙结构，建筑层数地上18层，地下2层。该建筑设计使用年限50年，建筑抗震设防烈度为8度(0.3g),建筑高度61.80 m，建筑等效长度58.40 m。该建筑基础采用平板式筏形基础。

本工程地下室设备用房较多，给排水、电气、消防以及暖通等管线密集。由于地下室管线数量庞大，管线分布复杂，很容易发生“错、漏、碰、缺”等问题。为保证施工质量和建设工期，项目部决定采用BIM技术，通过BIM建模优化设计方案，深化复杂节点设计，并向建筑管理人员和技术人员进行可视化技术交底。项目建筑模型和机电安装模型如图1～2所示。

图1 建筑模型

图2 机电安装模型

2.2 碰撞检测

二维图纸时代做碰撞检测需要各相关专业工程师审阅大量的工程图纸，共同检查碰撞情况。这种碰撞检测耗时费力，容易出现错、漏等问题和统计不完整情况，很难准确汇总碰撞结果。机电安装施工过程中，各环节之间可能与实际施工过程存在相互冲突、干扰。应用BIM技术进行管线碰撞检测，则能够在施工之前发现问题，合理预防矛盾与冲突。在实际施工碰撞检测中以硬碰撞检测为主[5]，并以BIM碰撞模拟结果为依据，尽可能调整管线之间分布与间距，保证调整后的排布最优化，提高机电安装工程的规范性。本项目利用Autodesk Navisworks软件进行碰撞检测，生成碰撞报告，对各碰撞点逐一进行修改、优化。

2.2.1 硬碰撞

机电工程中多个机电管件在空间布局中出现交叉、包含和重叠的现象，通常称为硬碰撞。这种类型的碰撞将不可避免地导致对机电安装项目进行改进。这种情况下，设计、施工人员极力配合，重新设计管线排布，调整路线和变更图纸，优化设计。本项目在碰撞检查中硬碰撞出现843处。逐一对碰撞点进行优化改进。地下一层中水泵房优化前后对比效果如图3～4所示。

图3 水泵房优化前效果

图4 水泵房优化后效果

2.2.2 软碰撞

机电工程中多个机电管件在空间布局中未出现交叉、包含和重叠的现象，但是，两者之间的距离小于最小预设设计值，通常称为软碰撞。风管与空调冷凝水管距离过小，不符合设计或安装要求，这会导致软碰撞。软碰撞的发生首先导致机电设备与管道之间的预留空间不足，不利于今后的维护和交换。在软碰撞的情况下，应根据实际情况实施优化。对于以后可以修理和更换的设备和管道，必须进行纠正，并调整距离以满足要求。对于使用寿命长、更换可能性低的设备和管线可不予调整。

本项目在碰撞检查中软碰撞出现351处。逐一对碰撞点进行优化改进。第5-6层之间风管软碰撞如图 5所示。

图5 风管软碰撞情况

2.3 空间校验

对建筑机电安装部位进行空间校验，主要体现在以下2个方面：

1)可以清晰地体现处理区是否符合现场综合管线施工要求，合理充分安排管线走向，明确施工问题，及时调整。

2)能清楚显示净高是否满足施工要求，提前测量综合管线的净高，明确哪些位置可以用综合支架排布，减少错误及返工[6]。

医院建筑要求诊查室的净高宜大于2.6 m，公共走廊净高宜大于2.3 m，病房净高宜大于2.8 m。结合建筑设计中各空间功能净高的相应要求，对该项目净高进行检查，对于净高不满足要求的管线必须进行优化和重新调整。优化后该项目对于机电安装中管道的综合布置和各房间净空高度的优化是有效的。

2.4 综合管线排布

在传统的机电安装过程中，根据以往的经验，施工过程中很难避免各专业施工之间的冲突，BIM技术的应用很好的解决了此类问题。对项目进行三维建模，将建筑或者结构模型和机电安装模型合并在同一个模型中分析，并找出设计图纸中存在的深层冲突问题，如地下室走廊和设备间由于空间狭小、管线众多繁杂，使其涉及到不同专业更为复杂的管线施工。如果按照传统的建筑经验进行施工，很难避免不同专业之间的冲突。取而代之的是采用BIM技术进行综合管道布局，并采用3D模型取代传统平面图，有效解决了管线之间的碰撞问题，避免了返工、拆除等情况，同时确保了施工质量和机电安装整体的美观性。

综合管线排布调整前后的模型对比如图6～7所示。

图6 调整前的三维模型

图7 调整后的三维模型

2.5 施工模拟

施工模拟是借助模拟软件虚拟地进行建筑物的建筑施工全过程。操作程序是首先将全部的机电设计图纸导入Autodesk Navisworks软件中，打开Timeliner并导入建设项目施工进度计划，同时需要插入与各个链接施工阶段相应的构件。模拟的施工过程会以三维动画的形式进行展示。施工过程模拟的作用主要体现在建筑施工过程中的现场管理上，它能够帮助项目管理人员对工程中的人、材、机等资源进行控制管理，同时进行现场施工方案模拟，能够快速高效的提高施工沟通效率，实现施工方案的可视化交底，提高工程质量和施工现场的管理能力。同时业主们也可通过施工模拟对工程款进行分期结算。此外，施工模拟现阶段用于一些大型工程投标中，利用三维模型或施工动画进行直观的呈现，提高企业的竞争力[7]。

对于机电安装施工来说，进行施工模拟意义重大。大型项目的机电安装部分管线众多，不同专业施工人员交互作业，合理安排相关设备和管线的安装顺序至关重要。而在施工中常常会出现抢工的现象，这样会造成其他管线系统的安装空间不足的情况，从而产生返工的情况。这样不仅延误施工工期，同时大大增加了建筑施工的成本。因此，在建设项目开工之前，利用BIM技术对施工方案全过程进行模拟，会有效避免此类问题的发生。