BIM技术在机电管综施工的应用及问题探究

谢勇宏， 李孝军， 刘宝军， 李开树

（深圳市建设（集团）有限公司）

1 引言

建筑信息模型 (Building Information Modeling，BIM)是将建筑物的功能特性以三维模型的形式进行数字化表达的一种方式。BIM技术作为新型建造管理技术，改变了传统的建造管理模式，是一种动态的管理模式。

BIM 在项目全过程咨询应用可分为准备阶段、设计阶段、施工阶段、运维阶段四个阶段[1]。借助BIM 技术的全视频界面对施工方案进行模拟，明确不同专业及作业队伍的作业面、作业任务，协调各专业间施工，选择匹配的施工方法，找出其施工中的安全问题和质量问题，把握施工的重难点，降低施工返工频率，在保证工程施工质量的前提下尽可能地提升施工管理水平[2]。

在施工阶段全过程引入BIM技术，合理安排人、材、机和资金等相关资源计划，优化设计变更过程。结合相关实例，探讨BIM 技术在施工前期的深化设计与施工模拟、施工过程中工程计量与进度管理、后期竣工结算管理等方面的具体应用，为施工企业进行施工成本精细化管理提供借鉴。

2 BIM 技术在管综施工应用的管控框架

2.1 机电专业情况

机电中专业系统繁杂，专业设备多，专业细化大，参与单位多，在各个专业之间需要进行交叉施工作业面较广。管理人员的协调责任，协调的难度也随之上升。

围绕施工的进度节点进行质量、安全及施工组织协调开展实施目标的管理及控制，有效保障施工目标节点的准时完成。但是在施工过程中，易因突发情况致使工期延误，出现质量问题。通过BIM 技术提前模拟各个阶段的管道、设备机房等施工情况，不断深化调整现场管线实施，把控施工方向，可视化地预测后期施工状况，提前扼杀返工整改的风险[3]。

2.2 BIM技术在机电管综施工的应用管控框架

确定管线密集交叉区、空间狭小区以及不满足净高区等重点区域的管线排布方案，确定重点区域每根管线的标高、位置、接驳方式，进行多次调整排布，满足各专业检修放线以及对净空的需求，这一环节是整个机电BIM模型综合协调的重点和难点[4]。

传统的CAD图纸只能体现机电系统类型，无法体现各专业管道之间在有限空间中的分布。并且不同专业的管道在标高要求不一样，存在大量的管线碰撞问题。而且不同专业的施工班组在施工时对标高须有一个明确的标准，否则前者挤占后者施工的作业空间，产生大量拆除整改作业，造成材料浪费，延长工期。基于现场施工的管控要点及难点，对BIM技术在机电管综施工中的应用建立了一个管控框架，促进BIM 技术在施工中的落地。以问题为导向，通过问题梳理总结，更好地反馈BIM服务技术的发展，一种服务施工螺旋式进步的良性循环。图1为建立的BIM技术在机电施工中应用的管控框架。

3 BIM技术应用及问题的管控方法

3.1 机电BIM管综图的支吊架施工

在施工现场，机电专业多采用支吊架将各专业的管道支吊于楼层顶部，再通过精装修的天花板在标高线最低控制平面起到修饰美观作用。支吊架属于电缆系统、管道系统的重要组成部分，其数量巨大，因此在不同的建筑结构平面中支吊架一般不具有通用性。采用BIM 技术能较好地实现优化，但是同时也需要大量的参数设计，几何模型的差异会使得实体部件与模型不一致，故一般的通用软件在面对不同的施工需求中存在不足，需要专门二次开发建模插件，例如满延磊[5]等人针对现实项目需求研发了一套支吊架全过程设计系统。而实际项目中仍存在费用等问题而未对支吊架进行BIM深化设计。

一方面，需要通过二次开发插件对支吊架进行参数化3D 建模，识别约束支吊架安装的部位，特别是吊杆与其他管道之间的碰撞检测。另一方面，考虑到实际应用中管综图绘制时未涉及支吊架的深化，是实际施工过程中较为普遍的问题，则需要要求BIM工程师在BIM建模过程中必须要考虑到支架外伸空间，同时，在责任层面则通过合同明确界定按照BIM 管综图进行支吊架安装施工时，占用其他专业管道的安装空间的一方承担全面整改义务。

3.2 BIM管道设备的标注

机电管道系统有大量的仪器设备，应用BIM 技术建立的管综图不仅仅是空间位置上的体现，在实际的BIM 应用中，缺乏现场施工经验的BIM 工程师，只专注于管道的走向及连接的精细度等一些技术性问题，往往忽略连接件或者设备标注，BIM图上的设备图形无法识别，仍需借助设计图纸。因此，需要组织BIM 建模时需明确设备标注的细则，提高BIM图纸的实用性及施工便捷性。

再者，缺失标高标注会造成现场施工无法确定标高，一旦此类问题增多时，使得BIM工程师需复查漏缺标高，影响现场施工作业进度，不利于现场的管理协调工作。应对软件进行二次开发，管道绘制时可自动识别标高，导出BIM 图纸时自动对管道的标高进行标注，这将极大地减轻BIM 工程师烦琐且重复的标注作业。

3.3 BIM施工平面图技术交底

技术人员和施工人员对BIM技术认识仍不够透彻，相应的工程应用经验较为缺乏[6]。所以采用BIM施工平面图技术交底，简单地“照图施工”不利于落实BIM技术的施工应用。现阶段在项目上仍然是转换成CAD 格式的BIM 深化图纸，当出现问题时，再通过三维模型进行复查核实。这种模式给予施工带来便利，减少了较多的协调问题。

现场人员具有较强经验，在施工过程中须遵循“依图施工—>管径不符合现场问题—>暂缓施工—>BIM协调管综—>依图施工”的工序方式。特别需要注意管径与现场冲突情况，例如：①重力管在水平面不能向上翻弯；②高挑空部位，需结合现场情况将管道提升至挑空高层位置，尽可能保证底层的净高；③空间狭小且管道密集处，须严格把控各专业施工次序，遵循“由上至下，左右间距兼顾”的安装原则；④大截面管道必须充分考虑小截面管道的安装，必要时可等面积换算截面，合理安排布置空间。

3.4 BIM技术的模拟管道碰撞应用

各个专业的管道综合布置交叉处较多，利用BIM 技术对本项目机电系统管线综合进行建模，在虚拟场景下对管道进行空间布置，对各个专业的安装顺序和施工交叉进行模拟施工组织，对较易发生碰撞的位置进行标注，调整布置或者合理安排施工次序，减少和避免施工中反复拆改等影响工期和费用的作业。组织暖通、电气和给排水等各个专业提交深化设计后的三维模型，对管线进行综合排布和优化，通过硬碰撞检测和软碰撞检测，发现了设计图纸中的缺陷，对其进行优化；利用BIM的漫游功能分析各专业布线是否存在碰撞问题。利用BIM的可视化，能够清晰地看到各管线及设备位置，对其进行精准定位，利用软件的系统校核功能对模型进行校核修正[7]。通过整合各专业施工计划，列出矩阵式表格，形成施工及深化设计计划接口，以现场进度和施工计划为主线融合各专业物理接口，在各专业系统内进行相互提资[8]。

3.5 BIM技术计算施工用料中的应用

计算材料用量，精确成本控制。机电施工中，原料的施工量直接影响成本控制，例如对电缆的精细计算实现节省成本。常规计算方式需要技术人员具备非常丰富的施工算量经验。BIM三维模型通过对实体缩小比例，较为直观地显示施工面，简单计算可得出原材料的使用量，以此作为原材料需求依据，可有效开展施工流水段的物资管控工作。

技术人员创建BIM 三维模型，合理分配施工流水段，根据不同流水段的工作内容统计相对应的工程量，确定施工部位或者系统的材料用量。现场管理人员根据施工进度定期核对工程量，对完成产值进行统计工作。同时采用不同的端口查询相应的工程量，计算原材料的实际使用量，对比实际用量与计划用量的误差，并分析原因，总结经验。在后续工序中清查此类隐患，及时提高施工质量和调整进度计划，使得原材料的消耗量在可控范围之内。从而有效地减少项目成本，产生可观的经济效益。

另一方面，有些成品是在材料厂商厂内完成定制加工，进场直接或者简单装配即可进行安装。那么主要有以下步骤：在BIM 管理平台中，利用BIM管线模型生成下料清单；材料厂商即可根据下料清单加工，并打印出RFID等电子标签在完成的管道上进行粘贴；读取管道上的RFID电子标签并远程传输至BIM管理平台，同时完成管段安装；BIM管理平台上可分析接收的信息数据，自动计算安装工程量，实现可视化管控进度。

4 结语

通过分析建筑机电的施工特点，针对支吊架、设备标注、技术交底、管道碰撞、施工用料等五个应用重点，提出一种应用管控框架。并分别对其痛难点提出解决办法，帮助管理人员及施工人员更直观地理解BIM 技术，提高施工效率及帮助各专业协调合作，大大减轻管理人员的管理及协调任务，有利于企业项目在机电施工中更高效地应用BIM技术。