BIM技术在机电安装中的应用

■ 中铁十八局集团北京中铁大都工程有限公司 李达

1.前言

随着我国建设规模的不断加大，建筑物的造型和结构愈加复杂，其中的机电设备系统也变得更加错综复杂，传统设计方法已无法满足施工安装需求。因此，建筑机电设备BIM 应用技术应运而生。BIM 技术依靠建筑物数字模型中的信息在项目设计、施工、运营等各个阶段，对建筑物进行分析、模拟、施工可视化、工程量统计[1]。采用BIM 技术可将建筑内部设备管线进行可视化展示，明确管线设备的尺寸和走向，实现设计与施工的有序开展，还可以利用BIM 技术进行碰撞检查，实现设备安装和其他专业的协调一致。目前，BIM 技术已经成为建筑企业参与项目的必备手段[2]。

2.BIM 技术在机电安装工程中的应用

2.1 工程概况

某商务中心项目位于北京市朝阳区，是一个集商场、写字楼和商务酒店于一体的大型综合商业公共建筑。该项目包括两栋高层主楼和裙楼，即一幢办公楼（24层）和一幢酒店（25层）、购物中心裙楼（地上3层、地下1层）、地下车库和设备室等。项目工程总建筑面积298604m2，其中，地上建筑面积137758m2，地下建筑面积120389m2。

2.2 BIM 技术的项目应用优势

该商务中心项目施工阶段采用总承包施工管理模式，机电安装项目由专业分包商完成。施工承包范围包括：电力系统、供水与排水系统、暖通空调系统、设备安装和材料供应等。同时，还需对机电一体化管道、机房和管井的设计进行优化，避免不必要的返工。

该项目体量较大、机电系统设计标准高、专业系统齐全且较复杂，包括强电、弱电、空调、通风及防排烟、采暖、给排水等，各类管线众多，尤其是地下室部分、设备机房及电气、管道竖井等位置。同时，办公楼、酒店和商业区的交付标准都要求精心装饰，对机电管道的要求也很严格。因此，机电设计和施工是该项目的重要环节，在前期策划和设计阶段，就需要考虑管线的综合分布，做好管线布置截面图、设备机房的施工图、竖井内管线布置图。最好有三维的管线布置图设计，确保在施工前对管线的布置有明确的思路以指导施工，避免出现不必要的返工。

由于该项目机电安装工程体量大、施工周期短、质量要求高，前期的机电深化设计工作就显得非常重要。项目方决定采用BIM技术优化机电安装工程中的管线综合排布设计，事先进行碰撞检查、优化项目进度，减少处理延误可能导致的施工期延误。

2.3 BIM 技术应用过程和主要成果

为保证机电安装工程如期完成，有必要综合考虑各方面因素，确保进场有序、施工衔接连续。在实施过程中，BIM 技术被广泛应用于机电管线的综合布置和优化设计中，同时在工程量统计方面和施工组织模拟方面，也运用了BIM 技术。

（1）管线综合排布

在机电安装施工中，各系统之间、各系统与建筑结构之间通常会发生冲突，导致大量变更与返工现象[3]。将BIM 技术引入机电安装，用于集成管线布置、管线布局的三维建模以及进行碰撞检测等，能够及时发现管线及其结构之间的冲突，在安装前实施管道协调方案，以减少工程的变更。该项目采用基于BIM 技术的MagiCAD 工具，为包括建筑物、结构和机电管线在内的部分进行建模。

在建立BIM 的3D 模型之后，对已经绘制的内容执行碰撞检测。碰撞检测主要包括建筑结构本身的非理性碰撞、机电管道与建筑结构模型的碰撞、机电专业管线的碰撞。根据上述管道碰撞检测报告，针对冲突部位合理调整设计图纸的管线布局优化设计，实现了专业间的协调发展，以满足建筑功能的优化。具体步骤为机电专业模型进行碰撞检测→碰撞点的管线分布重新配置→重新检查碰撞→再次协调解决剩余碰撞问题。

在对机电管线进行碰撞检测和优化调整之后， 可将MagiCAD 做好的BIM 模型利用Navisworks 软件进行漫游浏览，查看机电管线整体的排布效果。图1为制冷机房三维设计漫游效果及现场施工实例图片。

图1 制冷机房MagiCAD 三维设计漫游效果图与现场图对比

（2）工程量统计

应用BIM 技术进行工程量的统计，需要在机电设计的管线综合优化后完成。完成三维建模后，对各个分区内的机电设备进行统计，利用工程量统计可以得出各专业主要材料的用量和辅助材料的用量。由于AutoCAD+MagiCAD 本身自带工程量统计，在建模后，只需设置好分区，设置好材料种类等信息后，就可以输出相应的报表文件，既可以分区统计，也可以分类统计，还可以分段统计，为施工带来极大的便利。

（3）施工组织模拟

利用BIM 提供的渲染和漫游功能，对机电工程的设计方案和施工流程进行4D 模拟。在安装工程实施前进行可视化交底，通过虚拟漫游技术实现虚拟施工，并合理安排施工工序。施工组织模拟通常用于辅助工程中机电管线安装，特别是在复杂和密集的管道部位[4]。在常规安装中，施工人员根据经验安装管线，不能保证与BIM 模型中管线走向趋势相同，极易影响管线整体布置效果。利用BIM 施工组织模拟可避免此类问题的发生，这就要求设计人员利用Navisworks 软件进行施工模拟，以确定合理的安装计划。

基于BIM 模型进行的施工模拟，可实现对机电安装工程进度的有效管控，并实现对机电安装工程的各种人财物等资源的有效管理、实时监控，以确保机电安装施工现场的安全和场地的优化。此外，就工程优化而言，可通过直观分析项目综合体的空间和分区，实现对机电安装工程的施工优化，为施工的效率和质量的提升提供技术保障。

3.结语

本文以某商务中心项目为例，阐述了BIM 技术在机电安装工程中的应用，介绍了BIM 技术的项目应用优势。通过管线综合排布、碰撞检查、管线优化，实现了专业间的协同推进；结合BIM 技术工程量统计以及施工模拟，优化了施工过程、节约了工期、节省了施工成本。研究得出如下结论：

（1）采用BIM 技术深化管道设计、优化管线布局、实现专业间的协同工作；BIM 技术的碰撞检测功能可以减少管线之间的交叉，避免出现施工过程中的变更和返工现象。

（2）基于BIM 模型统计工程量，通过与传统方式统计和工程现场实际对比，可以及时发现工程量计算数据误差，可作为物料应用计划和项目预付款及结算的参考依据。

（3）采用BIM 技术进行施工组织模拟，一方面可为现场和外部管理者提供更加直观的施工进度计划演示；另一方面也可为施工现场参与建造安装的所有人员提供可视化的施工模拟建造过程，避免施工工序交叉时出现的问题，从而达到优化进度、缩短工期的目的。