探析BIM技术在机电施工管理过程中的应用——以天悦家园项目为例

陈威

广东省水利水电第三工程局有限公司 广东 东莞 523710

1 BIM的应用背景

1.1 BIM在工程中的应用

BIM是一种基于3D数字化技术，将施工项目的各项相关信息综合在一起的可视化的建筑信息模型。通过 BIM技术，可以对工程项目进行动态管理，通过对施工过程、材料、进度、安装等信息进行实时跟踪，防止出现返工、拆除等情况，从而有效地控制工程成本，提高企业的结算利润。

1.1.1 对工程管理的业务过程进行优化

大部分建设工程的工作量很大，系统复杂，信息量大。利用 BIM技术建立的数据模型能直观地显示出管网如网线，电线等的具体位置和参数，并能直接从图表中读出彼此的位置关系，方便维护。在部件的位置转移和替换过程中，对模型进行了信息的更新，并对变更的时间、维修信息进行了记录，确保了数据的完整性和精确度。BIM是一种新型的建筑设计技术，它将信息技术应用于建筑设计的各个环节，以实现对整个业务过程的优化、效率的提升。

1.1.2 模拟施工

原来的建筑矛盾主要表现在对其它专业、工种、工序不了解的情况下，所以在处理矛盾时，多数方案都会受到工地上已经完工的部分的限制，而采取被动的改变，导致重新设计或者部分拆除，这不仅会增加成本，还会延误工期。若应用 BIM技术，对建筑物、机电设备进行三维造型，按实际尺寸按顺序排列管道，并对其进行碰撞检验，在设计建模时，可以发现不同的冲突和碰撞，并及时做出相应的修正，从而降低不必要的重复工作，增加一次安装的成功率。

1.2 BIM技术最大特点

BIM技术木的最大特色就是参数化设计。在此基础上，可以在机电安装工程中运用 BIM技术，按照工程需求进一步深化模型，对每个终端点进行检验，在工程方案确定前，提前对管道碰撞问题进行检测，并向设计单位反馈，避免由于图纸原因造成的工期延误和返工，降低返工成本，减少资源浪费，从而达到真正指导施工的目的。

2 BIM技术在机电施工管理中的优势

BIM是一种以三维数字化信息技术为基础的技术，通过构建机电工程项目的三维可视化模型，对所引入的工程项目进行参数化设计、可视化显示，方便各方在统一的数据平台上进行沟通、交流，进一步优化施工方案。BIM技术能够对项目进行动态管理，监测、预警、变更有关参数，减少或避免返工、拆除，从而达到对项目成本的控制，保障公司的利益。

2.1 基于云平台工作组的模型同步

机电工程的改造工程涉及设备、施工、监理、咨询、业主方等多个方面。为了实现多用户的协作，确保机电工程中多个用户的一致性，可以采用分布式的云计算技术。根据这一技术，组建了工程项目云平台工作小组，在各参与方变更后，及时更新 BIM数据模型，以保证所有参与者都能使用同一个模型，有效地防止因模型更新、图纸变更等原因造成的错误，同时对施工现场的返工进行严格控制。

2.2 基于协同平台的参数化设计

工程机电工程具有体量大、信息量大、涉及面大等特点。通过 BIM技术建立的三维信息模型，能够清楚地显示出管网的具体位置，以及线管、网线、管网、管道等相关的数据。在更换或移动的过程中，可以对 BIM进行实时的更新，并对更新的数据进行详细的记录，确保了资料的完整性和准确性，便于后续的维修。

2.3 基于施工模拟的碰撞检测

利用 BIM技术建立了机电设备的三维数字化信息模型，并根据其尺寸对工程进度进行了仿真。施工仿真可以发现在设计、施工各阶段存在的问题，施工单位要根据模型进行沟通、协调，做出相应的调整，降低返工次数，提高施工效率。

2.4 基于BIM技术的物资设备管理

机电工程涉及到大量的材料和设备的管理，项目经理可以根据工程的建设进度，根据工程的不同阶段，采用 BIM的三维数据模型，对工程的实际工程量进行快速的计算，既能保证材料的管理，又能为材料采购计划的编制提供准确、及时的数据支持，并根据定额领料制度，对现场物料进行管理。

3 BIM技术在机电施工管理中的应用

3.1 深化设计

机电工程的深化设计主要包括：暖通、空调、排水、消防、强电、弱电等。在传统的深层次设计中，由于缺少直观的表现，大部分的冲突都是由设计师根据自己的经验进行的，因此在实践中会出现很多错误，造成返工、工期延误等问题。在BIM技术的应用下，可以通过BIM三维信息模型进行深层次的管线优化，大大提高了工程的后期质量，减少了变更和修改，达到了节约投资的目的。BIM深化设计已成为 BIM技术的一大优点，通过 BIM技术深化设计，可以充分体现深化设计要求，如深化设计复核，末端定位和预留，强化设计对施工的控制与指导；能模拟施工工艺，控制施工过程的难点、重点以及进度；通过BIM模型，可以实现工程量的自动计算；能实现全方位可视化的全方位设计沟通；整合建筑设施和设备信息，为以后的操作提供支持[1]。

3.1.1 碰撞检验

利用 BIM技术建立了机电设备的管道模型，利用三维数据模型对设备进行了管道碰撞检测，根据模型预警生成的检验报告，对设计方案进行了优化。对机械、电气设备和建筑的梁、柱、墙进行冲突监控，保证各个专业管路之间不会发生冲突，并采取适当的路由等措施，使得机电管线的布置更加科学合理。采用BIM技术实现了机电管道设备的一体化布置，减少了施工难度，方便了现场施工。

3.1.2 协同工作

在 BIM的基础上，各参与方对各专业的设计方案进行了优化，BIM平台将最新的设计信息导入BIM模型，进行协同验证，使得各参与方、各专业的数据在BIM的集成平台上进行协同工作，实现了所有的信息共享，使得整个过程更加顺畅。

3.2 施工工程造价

BIM不仅可以构建房屋的模型，还可以与本地的建材市场进行连接，在购买的过程中，可以获得大量的信息，从而更好的进行工程成本的管理。在运用BIM计算机模型时，可以参考实际需求，列出材料清单，这份清单上不仅有单价，也有总价，最后由主管人员进行计算，以判断方案的可行性，并对问题进行分析。采购物资的时候，要将相关的数据存入电脑，保证所有的工作都有工作记录，方便审核。而且，BIM技术还能根据材料的市场行情，找出最适合的解决办法，这可比手工操作简单多了，还能节约大量的资金。在采购的过程中，他们会选择最适合自己的方式，选择最好的，最便宜的。BIM技术可以对建材市场进行动态监测，在采购过程中，建筑企业可以采购更便宜、更多的原材料，并对其进行成本控制。

3.3 可视化

采用BIM技术的3D可视化功能，在施工过程中，根据3D图纸进行技术交底，实现三维和二维图形的互相转换，从而实现工程设计更清晰，更准确的目的。根据BIM模型的可出图性质，推导出各种设计图，可对下料、安装、机电管道进行复查，保证工程的精确度。虚拟现实技术和 BIM技术的结合，使得3D技术和建筑管理的有机结合，使得三维图形更加直观、易于理解[2]。

3.4 辅助装配施工

工厂预制生产必须根据图纸上的电气元件尺寸来进行预制。工厂生产的优势有以下几个方面。

3.4.1 规模化生产

通过 BIM技术，可以对机电产品进行参数化、可视化设计，并能自动生成相应的2D图形，而工厂则可以利用预加工图，用专门的流水线对零部件进行加工，从而达到大批量生产的目的。

3.4.2 精确预算，节约物料

人工辨识预制件不但容易出现错误，而且所能表达的信息也十分有限，而BIM技术所产生的零件图形，能精确地与具体工程内容相匹配，并能准确地确定所需的材料，大大提高了零件的生产效率和质量，减少了材料的浪费，并能直接减少成本。工厂预制不受场地条件和其它工程进度的制约，可根据材料、加工尺寸等要求自己生产。

3.5 施工模拟

运用BIM技术进行施工模拟、漫游展示，实现了施工过程的动画化，使得施工过程更加清晰直观。利用工程模拟技术，进行辅助施工计划的制定，使得施工管理更加条理化、简洁。将BIM模型、施工方案和施工现场施工有机地结合起来，在施工中可以利用BIM模型进行现场检验，对存在的问题及时进行调整和修正，以确保施工的准确性，减少拆改和返工。

3.6 管道设计的应用

就机电设备而言，由于机电设备的安装工作涉及到的技术种类繁多，因此在安装过程中往往会遇到管路布局不合理的问题，有些线路的设计也较为先进，这就导致了设备的浪费。在这样的环境下，利用BIM技术进行管道的布局与设计，利用BIM技术，可以将施工的相关信息显示在电脑上，并利用3D的图形，找出最适合的方案，再根据具体的安装条件，进行优化，避免其他项目的干扰。需要采用BIM技术，将各种电动机装置一起，采用不同颜色的管道进行联接，这样可以清楚地观察出存在的问题，并找出最适合的解决办法，从而合理地控制管道的工作，如图1所示。

图1 BIM技术在管道设计中的应用

3.7 设备维修处理

BIM系统拥有特殊的数据监测功能，施工项目经理可以对施工中的机械设备进行实时的控制，一旦发生故障，就会自动报警，减少财产的损失，同时也能提升设备的维护效率。在完成了机械工程之后，还要进行电气设备的检测，以免因为长期使用而导致线路老化。清晰地观察到机器的运行状况，当电动机的参数出现问题时，它会自动报警，让维修人员可以更快地进行维修。BIM系统可以代替检查和维护，将所有的零件都记录下来，这样就可以方便的维护保养了。如果机械设备个别部件的损失率太高，则要对全设备进行全面的检查，看看有没有其它安全隐患[3]。

4 项目BIM应用实例

4.1 项目概况

天悦家园项目属于建筑分类中的一类级别，该工程总的用地面积是29130.93m2，总的建筑面积是111791.538m2。地上部分包含3栋28层商业住宅楼，一栋26层商业住宅楼以及一栋三层幼儿园。地下室为一层，含地下车库、设备用房以及人防工程。本项目1-4号楼3层以上采用装配式做法，地下室采用现浇混凝土结构。因首次进行装配式施工，经验不足，采用BIM技术进行建模。地下室线管影响空间净高，也需要BIM技术进行管线优化，解决问题。

4.2 预制构件方面的应用

本项目结构梁、结构板为预制构件安装，结构板采用60mm预制板加60mm的现浇层的结构。建筑在未实际施工前不清楚60mm厚的现浇层是否够空间安装消防、弱电、强电PVC线管。即使够空间预埋，是否会有空骨现象，是否影响结构板强度？预制板的桁架钢筋是否会影响PVC管线的敷设及PVC线盒的预埋？预制梁板内的预制PVC线管套管，预制排水管止水节是否设计正确，到时是否能正确拼装预制构件，与后面现场砌筑的墙体是否会有冲突等问题。为解决上述问题，避免到实际施工时才发现问题，造成返工损失。决定采用BIM技术，按照实际预制板尺寸，及其上面的桁架钢筋，PVC线管、线管的实际位置及规格，进行1：1尺寸精确建模，达到LOD400标准。事实上，在软件里建模，相当于一次预施工过程，在建模过程中提前暴露出今后实际施工中会出现的问题，对图纸进行一次深度的检查，提前将问题暴露出来，检查PVC线管能否在60mm厚的现浇层安装下去，将问题反馈给设计单位，对图纸进行修改。通过实际建模，发现大部分区域的楼板，PVC线管能预埋在60mm厚的现浇层内，但在部分区域加强电箱、弱电箱所在的客厅，或入户玄关区域的位置，因为是线管汇集处，线管数量多，进户线管尺寸较大等原因，造成此处的线管预埋厚度较厚，60mm厚的现浇层不能满足敷设的要求。因此，在发现此情况后及时向设计单位反馈，并提出将这些区域的现浇厚度改为90mm，以满足敷设的要求；通过预制梁及后续的内隔墙吸收不同板标高的影响。而对于预制阳台板部分，因其包含排水立管的埋止水节，需要论证预制叠合板安装完后，预埋止水节的位置是否正确，与其他专业工程设施是否有冲突。通过在设计图上对阳台预制板、沉箱预制板所预埋的止水节所标的尺寸进行建模，并将土建、机电模型整合进行碰撞检查后，发现预制板所预埋的止水节靠墙太近，已侵入墙体5~10mm。将此问题截图，形成碰撞检查报告，反馈给设计单位。通过放置洗手盆、马桶和淋浴器模型，与PVC排水管的建模。提前检查卫生间的空间是否满足要求，确定淋浴隔断位置，检查淋浴使用空间能否满足实际使用需求。

5 结语

总之， BIM技术是一种非常先进的建筑建模技术，能够在机电工程中进行建模。BIM技术在机电管道工程中具有最优的功能，可以帮助设计者在最短的时间内，找到最适合的方案，从而节约大量的资金，节约大量的时间，提高工程的质量和效率。为了增加建设单位的经济效益，必须对建设项目的成本进行合理的控制，这两者有着直接的关系，要对项目的投资和经济效益做出准确的预估，以保证项目的最终效益，保证项目的工期。BIM技术可以与因特网技术相结合，为客户提供一个专用的项目控制平台，同时也方便了对机电产品的维护进度。