BIM 技术在城市建设机电工程管理中的应用

孙殿璞

（吉林省安泰市政工程有限公司辽宁区域监理四部，辽宁 大连 116000）

城市机电工程是我国基础设施发展的重要组成部分，主要应用于城市交通信号设施、街道照明设置、安全视频监控设施等，如何提高城市机电工程管理是业界需要关心的事情。BIM 技术是基于虚拟构建模型的一种高新应用技术，通过三维建模方式，模拟整个施工全过程[1]。因BIM 技术具有可视化、集成化、仿真性等特点，无论是管线碰撞检查还是组织协调，都为城市机电工程的施工管理提供了极大的便利条件，开启了机电工程管理方法新维度。

1 BIM 技术特点

BIM 技术是根据项目工程数据建立三维建筑模型，可以直观地展示整个项目施工全过程，为各参建单位提供参考数据。在机电工程建设中，BIM 软件可以将整个工程进行系统化，根据项目的实施随时优化施工流程，不断将更改的信息反馈至各参建单位端口，在节约工程成本的同时提升了沟通效率[2]。BIM 平台可以进行项目全寿命周期管理，各个环节可以利用动态数据进行展示，保证了项目的协调性，提高了数据的准确性。BIM 技术主要有以下特点。

1.1 可视化展现

通过搭建的三维模型，在BIM 平台窗口可以展示设计成果、施工动态、管道碰撞和设备操作等。这种可视化的功能，让管理人员能够更好地预判工程质量和安全的关键点。

1.2 集成化联动

在建模的过程中，系统可以将各个构件有机联动，把整个项目集成为一体。当一个构件位置发生改变时，相关的从动构件也跟着改变，更容易把握施工质量，提高工作效率。

1.3 参数化设计

BIM 技术拥有强大的“族”指令，拥有丰富的机电工程“族群”，同时也支持设计者自行编辑的“族”。通过“族”输入参数后直接生成相关构件，快速便捷，提高设计者工作效率。当现场发生改变时，只需要调整参数即可重新生成构件，免去了传统需要点、线、面绘制的弊端。

1.4 仿真化模拟

BIM 平台可以对搭建好的模型进行动态模拟。将相关的分部分项工程赋予定额后，通过仿真模拟可以对整个机电工程的工期、成本进行计算，同时也可以对整个工程的重点、难点进行预判，提前做好预案消除施工冲突。

1.5 全过程协调

因BIM 平台可以共享数据信息，各参建单位在授权的端口均可提取相关数据。对整个工程的设计、施工、运营有效地组织协调，提高了各单位的沟通效率，打破了地域与时间的壁垒。

2 城市建设机电工程系统

城市建设项目中，机电工程由交通信号控制系统、街道照明供配电系统、安全视频监控系统组成。

2.1 交通信号控制系统

交通信号控制系统的基本组成是系统控制中心、交通灯控制器、信息数据传送装置。系统控制中心可以识别数据图像，进行交互处理后由信息数据传送装置反馈至用户端，同时用户也可以在操作平台控制信号系统。

2.2 街道照明供配电系统

街道照明供配电系统一般由接户线、进户线、总配电箱、干线、分配电箱、支线和用电设备等组成。照明供配电系统有放射式、树干式和混合式等接线方式。

2.3 安全视频监控系统

安全视频监控系统是由影像采集、数据传输、信息登记组成。视频摄像设备采集影像，然后经过通信光缆把数据传送至终端，终端控制器再将数据分别传送至各子监视端口，然后信息经过登记存储到各系统中。

由此可见，城市建设机电工程的内容繁杂，机电设备安装时需要较高的专业能力。同时组织管理难度较大，且具有一定的风险性。系统组成如图1 所示。

3 城市建设机电工程中BIM 技术应用的优势

3.1 提升机电项目工作效率

BIM 技术的核心就是利用相关软件搭建数据模型，城市机电项目利用BIM 技术可以把所有相关数据反映到信息模型上，管理人员按照需求可以选择性地对数据进行分析与对比，大大提高项目信息的利用率。建模人员根据图纸与相关场地信息创建机电工程三维模型，然后将各分部分项工程设立成子菜单，项目管理人员通过BIM 模型就可以得到对应的施工信息及相关的设备材料参数。在施工过程中，BIM 系统可以不断地完善工程信息，将机电工程的技术要求、材料设备信息、管件节点和管线布置等形成一个项目数据库。不仅可以为各参建单位提供有力的技术支持，而且可将更多的项目信息有效应用到机电施工活动中，确保机电工程建设的施工效率和质量。

3.2 促进项目信息的共享

BIM 软件提供了多方协同工作的模式，在城市建设中一般将土木工程与机电安装工程分开，但是在建模时可以共同使用一个模型进行管理。BIM 建模人员根据设计、施工、监理和检测人员提供的信息同时覆盖到数据模型中，形成的大型数据库可以上传至云端，然后授权开放端口，各参建单位这样就可以利用数据模型为工作提供便利，实现信息共享的目的。相关管理人员通过BIM 可视化功能能够及时了解项目最新信息，如果发现某处存在问题可以及时标记，建模人员发现后实时进行更改反馈，保证机电项目的实施质量。

3.3 提高机电项目管理水平

城市建设中机电工程涉及的内容繁杂，需要各分部分项工程有序协调配合才能完成，否则容易产生成本风险。BIM 技术可以对机电工程项目全生命周期进行管理：其可视化方便管理人员检查分析；其集成化可以将整个施工项目整合为一体；其仿真性可以模拟施工。这样可以更科学地为施工组织策划，选择更适合本工程的施工方法，提高项目管理水平。例如，当工期延误时，管理人员可以通过BIM 技术模拟施工，根据流水节拍和流水步距选择作业方式。这样不但可以缩短工期，并且可以有效控制施工材料，实时对关键线路进行优化，促进机电工程稳定快速的建设，实现全过程管理。

4 BIM 技术在城市建设机电工程管理中的应用

4.1 BIM 技术设计管理

因BIM 技术具有协同性与可视化性，所以不再受工作地与视图的限制。在机电工程初步设计时，BIM 技术人员可以参照现场实际情况进行建模，此时相关专业人员根据施工工序及相关的规范要求，随时对建好的模型进行评价分析，不断对设计图纸进行优化，减少设计变更的概率。同时，需要参考多方管理人员反馈的意见，根据设计图纸模拟管线安装路径，必要时对管件节点做“爆炸”处理，方便施工人员安装。涉及设备尺寸与标高时要考虑原有建筑的位置，防止出现机电设备与其他管道碰撞或预留空间不满足设备尺寸问题的发生。建模完成后需要模拟施工，合理分配工程的时间、资源、投资等相关参数，验证工程实施的可能性，并不断优化设计图纸，直至满足机电工程施工为止。

4.2 BIM 技术质量管理

机电工程在施工时会遇到间距不规则、管线碰撞等问题，严重影响管线敷设质量。BIM 技术人员在建立3D模型时，可以对复杂的机电工程进行碰撞检测，提前对不合理的位置进行预警，为施工质量奠定基础。城市建设机电工程结构相对复杂，不同子系统的施工活动可能会遇到交叉点，BIM 技术可以帮助机电工程进行碰撞检测[3]。碰撞检测是BIM 技术最基本的应用，通过搭建的数据模型，管理人员可以直观地检查管线系统整体布局，调整各分部分项、各子系统的位置，达到提前评估整个机电系统潜在风险的作用。

BIM 技术也可以对有限空间进行合理布置。在优化综合管道时如果管线布置比较密集，可以使用组合支架分层进行布置。如果管线比较分散时，在允许的前提下减少管线间距，这样可以提高有限空间的利用率。同时，BIM 技术也为安装顺序与工艺流程提供了参考，使现场施工人员更能理解安装要求，提高了施工质量。

4.3 BIM 技术成本管理

BIM 技术可以对整个机电工程的全寿命周期进行分析。分部分项工程的综合单价主要包含人、材、机，技术人员在建模时，可以对每个构件赋予计价编码，根据编码体系匹配对应的定额。机电工程施工人员利用BIM数据库，勾选对应的构件即可汇总出对应的人、材、机，十分清晰展现出所需要的资源，项目管理人员即可对整个项目资源进行优化，节约成本避免浪费[4]。工程建设期间，有关各方利用信息模型可以对材料投入量进行有效管理，并根据城市建设机电工程的特点制定企业定额，更能满足生产计划。

项目管理人员借助BIM 数据库提供的信息，建立完善的物料供应链，严格进行物料管理，可以减少资源浪费，满足机电工程项目的成本管理要求。此外，BIM技术还可以动态分析项目数据变化，创建工程量清单，项目管理人员以此进行细化，计算出每个节点的工程量来设置限额领料单，这样可以更科学地进行项目成本控制。

4.4 BIM 技术进度管理

在机电项目施工过程中，因为需要多专业协同建设，增加了进度控制的难度，导致项目工期延误时有发生。BIM 技术的出现，让施工项目每个节点都可以进行模拟施工，保持各方施工协调进行、有序开展，使项目工期进度得到了有效控制[5]。在日常机电工程施工中，进度主要受工地布局、管线布置、设计变更等多种因素影响。管理人员通过模拟工艺流程，合理编制安装作业指导书，对关键工作与关键路线进行合理分析，使工期更能够得到保障。并且通过BIM 平台采集到的数据，利用赢得值法对计划进度与实际进度进行比较，方便进度偏差的计算。BIM 平台还可以输入各种机电子项目消耗的资源参数，形成进度网络图，当进度发生偏离时可以及时采取合适的纠偏措施，优化资源分配，缩短施工工期。

4.5 BIM 技术安全管理

机电工程施工过程中，现场布局是主要工序，如果现场布局不合理，就会大大增加安全事故发生的概率。根据现场实际情况，在BIM 平台搭建一个施工总平面布置图，利用有效的资源合理地分配施工区、材料加工区、办公区等工程建设功能区，使布局更加合理化，减少各个流程的影响，提高场地利用率，更有利于维护安全稳定工作实施。BIM 技术人员在建模设置相关功能区时，需要考虑机械出场是否方便、消防设施是否满足工程需求、材料加工是否有利于工程供给，严格检查模拟现场是否会存在安全隐患，对容易产生安全事故的点进行标记，方便管理人员编制有针对性的安全专项方案。

机电工程因涉及易燃、易导电的设备较多，为降低安全隐患，可以通过BIM 平台模拟施工现场的危险源，计算危险点发生时辐射的范围及疏散救援的难度，分析出最佳安全实施方案。利用BIM 测算出的数据，管理人员可以对危险区域做区域划分，设计出最优救援路径，对危险位置安装警示标志，路面开挖地段设置交通导行等安全措施，保证机械和电气施工安全。利用BIM 技术虚拟化特点，建立施工虚拟空间，模拟应急情况及对策等，保证施工人员掌握危险源的处置方法，有利于提升施工人员自我安全防护意识。同时将BIM 平台采集到的安全信息数据共享，为以后其他项目提供参考，这样不但提升工作效率而且还降低安全培训的成本。

4.6 BIM 技术协调管理

机电项目协调管理主要包括2 方面，一方面为工程本身涉及的工序多，设备安装时交叉性作业复杂，需要协调的施工步骤较多；另一方面是各参建单位的协调，因现场实际情况不同，尤其地下隐蔽工程施工时经常会发生设计变更，这就需要与建设、设计、监理单位沟通协调。

项目技术人员通过BIM 平台可以观看整个工程的具体情况，这样可以充分了解设计意图，预先分析在各个施工阶段的协调性，及时发现容易产生工序冲突的位置，为合理编制施工方案提供有效数据。对于复杂的施工段，利用BIM 技术制作成动态程序，加密生成二维码，作业人员通过扫码即可观看施工流程，能够更好地协调工序之间的顺序。在铺设地下管线时，往往会存在未知状况，比如地下给排水管网、供热管网、燃气管网和通信缆线等，就为施工带来了极大不确定因素[6]。BIM 技术人员根据现场施工人员的反馈，及时更新至3D 模型数据库中，设计人员通过共享端口可以提取相关信息，及时了解机电设备的安装过程中的施工难点和隐蔽点，提升了组织协调效率。只有明确地组织分工，有效地沟通协调，机电工程的施工才能完全受控。

4.7 BIM 技术运营管理

创建运营管理的组织架构，完善运营控制体系。机电工程施工结束后，因为很多管线将会被覆盖，导致在运营阶段发生故障时很难找出问题所在。而BIM 技术为运营阶段提供了有效助力，当某处发生故障时，直接可以在BIM 模型中进行标记，关联其所在的整个运行系统，将会快速锁定导致故障发生的模块，从而高效排查出问题原因[7]。同时BIM 也可以搭载物联网技术，与现场机电工程进行连接，运营时如果发生故障，可以快速在BIM 平台发出警告，让管理人员更加快速地了解实际情况，达到实时监控的状态。

5 结束语

综上，BIM 在城市机电工程发展中占据了非常重要的位置。BIM 技术在机电工程中的管理与应用，使机电工程管理人员的工作效率与水平得到全面提升。这种基于数据集成和三维模型构建而产生的建设信息模型分析技术，满足了城市机电工程建设的需要，可以有效优化施工方案，降低施工成本，为机电工程建设管理提供有力的支撑。