基于BIM 的建筑机电设备系统设计与施工优化实践

任伟

（河南建筑职业技术学院，河南 郑州450064）

通过BIM 技术平台使深化设计与数字化施工有效结合，可实现从深化设计到数字化施工的信息传递，打通深化设计、数字化施工建造等环节。通过BIM 新型的应用技术，实现以创新的理念驱动行业间的交流与协作，充分发挥各自领域内的技术优势，创造建筑行业设计、安装新型产业链，开启了全新施工模式。

1 基于BIM 的深化设计

深化设计的类型可以分为专业性深化设计和综合性深化设计。通过BIM 模型为媒介，即使是不具备工程专业背景的人员，都能参与其中，工程团队各方均能给予较多正面的需求意见，减少设计变更次数。除了实时可视化的沟通，BIM模型的深化设计加之即时数据集成，可获得一个最具时效性的、最为合理的虚拟建筑，因此导出的施工图可以帮助各专业施工有序合理地进行，提高施工安装成功率，进而减少人力、材料以及时间上的浪费，从而一定程度上降低施工成本。

1.1 空间优化

通过BIM 的精确设计后，可大大降低专业间交错碰撞，且各专业分包利用模型开展施工方案、施工顺序讨论，可以直观、清晰地发现施工中可能产生的问题，并给予提前解决，也为后阶段的数字化施工、数字建造打下坚实基础。

如表1 所示，为某工程BIM 优化成果，成果以表格方式呈现，在表格中给出优化的专业和优化说明，给出调整意见，通过三维截图和cad 平面图对比分析的方式展现出来，最终有设计单位给出处理意见。

BIM 通过碰撞检查在设计阶段进行空间优化，管道合理留布置方面为业主提供了巨大的建设项目增值，例如以某冷冻机房为例，在冷冻机房中水管所占的比例相当大，若没有经过空间方案合理规划，则会使得空间和视觉上显得过于拥挤。通过BIM技术，在不影响原管道机能及施工可行性前提下，合理排布各种管道，在三维模型下，深化设计人员从任意角度观察管道的位置，通过空间优化手段，最终将原来房间净高从3.1m 提升到3.45m，使得空间得到提升。

1.2 预留洞位置优化

管线综合中经常会遇到需要留洞的问题，如何精确确定留洞的具体位置，传统的深化方式靠的是深化设计人员借助空间想象来绘制出大致留洞位置，容易产生遗漏、偏差等问题。凭借BIM 技术三维可视化的特点，BIM 模型能够直观地表达出需要留洞的具体位置，不仅不容易遗漏，还能做到精确定位，有效解决深化设计人员出留洞图时的诸多问题。同时，出图质量的提高一也省去了修改图纸返工的时间，大大提高深化出图效率。

1.3 机电管线支架布留优化

在机电深化设计中，支架预埋布留是极为重要的一部分。在管线情况较为复杂的地方，经常会存在支架摆放困难、无法安装的问题。对于剖面未剖到的地方，支架是否能够合理安装，是否符合吊顶标高要求，满足美观、整齐的施工要求就显得尤为重要。其次，从施工角度而言，部分支架在土建阶段就需在楼板上预埋钢板，如冷冻机房等管线较多的地方，支架为了承受管线的重量需在楼板进行预埋，但在对机电管线未仔细考虑的情况下，具体位置无法控制定位，

现在普遍采用“盲打式”预埋法，在一个区域的楼板上均布预留。BIM 模型可以模拟出支架的布留方案，在模型中就可以提前模拟出施工现场可能会遇到的问题，对支架具体的布留摆放位置给予准确定位。

2 基于BIM 的数字化施工

实现数字化建造信息全生命周期，确保现场精确测绘高效放样的安装要求，将BIM 技术运用到预制加工技术中，同时全程融人二维编码、现场三维测绘放样等高新技术是关键重点难点，也是当前建筑机电管线数字化加工发展的最大创新应用点。

2.1 机电工程数字化加工

传统的机电工程管线加工，就是根据图纸要求在施工现场对管线进行组装、焊接。但其相比钢结构、玻璃幕墙等行业相比其工厂化程度不是很高。其主要原因是由于施工现场管线布置得不够精确，限制了工厂预制化的深度和发展。

基于BIM 的工厂化的管线预制加工方式既可以减少现场的操作工人和现场管理的压力，又可以提高现场施工的效率。为加快施工进度、提高施工质量提供有力保证。

管线数字化加工预先将图纸中所设计的管材的规格、类型、壁厚等一些参数输人BIM 设计模型中，根据各专业综合深化设计，现场情况通过碰撞检查、进行优化后，将管材的规格、类型、壁厚和长度等信息导出成一张完成的预制加工详图，然后将图纸送到工厂进行管道的预制加工，根据现场的施工进度安排物流将预制好的管道送到现场安装。主要工作流程如图1 所示。

2.2 数字化测绘复核及放样

现场测绘复核放样技术能使BIM 建模更好地指导现场施工，实现BIM 的数字化复核及建造。在数字化加工复核工作中可以利用测绘技术对预制厂生产的构件进行质量检查复核，通过对构件的测绘形成相应的坐标数据，并将测得的数据输人到计算机中，在计算机相应软件中比对构件是否和数字加工图中的参数一致，或通过基于BIM 的三维施工模型进行构件预拼装及施工方案模拟，结合机电安装实际情况判断该构件是否符合安装要求，对于不符合施工安装相关要求的构件可令预制加工厂商进行重新生产或加工。所以通过先进的现场测绘技术不仅可以实现数字化加工过程的复核，还能实现BIM 模型与加工过程中数据的协同和修正。

如上海某超高层建筑，其设备层析架结构错综复杂，同时设备层中还具有多个系统和大型设备，机电管线只能在桁架钢结构有限的三角空间中进行排布，机电深化设计难度非常之大，钢结构现场施工桁架角度发生偏差或者高度发生偏移，轻则影响到机电管线的安装检修空间，重则会使机电管线无法排布，施工难以进行。所以，需要通过BIM 技术建立三维模型并运用现场测绘技术对现场设备层钢结构，尤其是桁架区域进行测绘，以验证该项目钢结构设计与施工的精确性。

2.3 数字化物流

图1 数字化加工与BIM 协作流程图

机电设备中具有管道设备种类多、数量大的特点，二维码和RFID 技术主要用于物流和仓库存储的管理。现通过BIM 平台下数字化加工预制管线技术和现场测绘放样技术的结合，对数字化物流而言更是锦上添花。在现场的数字化物流操作中给每个管件和设备按照数字化预制加工图纸上的编号贴上二维码或者埋人RFID 芯片，利用手持设备扫描二维码及芯片，信息即可立即传送到计算机上进行相关操作。如上海某商业项目中，在数字化预制加工图阶段要求预制件编码与二维码命名规则配套，目的是实现预制加工信息与二维编码间信息的准确传递，确保信息完整性。该项目结合预制加工技术，对二维编码在预制加工中的新型应用模板、后台界面及标准进行开发、制定和研究，确保编码形式简单明了便利，可操作性强。利用二维码使预制配送、现场领料环节更加精确顺畅，确保凸显出二维码在整体装配过程中的独特优势，加强后台参数信息的添加录人。该项目通过二维码技术实现了以下几个目标：①纸质数据转化为电子数据，便于查询。②通过二维码，可获取图纸中的详细信息。③通过二维码扫描可获取管配件安装具体位置、性能、厂商参数，包括安装人员姓名、安装时间等信息。

3 结论

本文主要论述了建设项目尤其是建筑机电系统的实施期(设计阶段、施工阶段、采购活动等)中的基于BIM 技术的相关应用。通过实践我们可以认识到BIM 技术可为建设项目各参与方(投资方、开发方、政府管理方、设计方、施工方、工程管理咨询方、材料设备供货方、设施运行管理方等)提供服务，并为其提供了一个高效的协同工作平台，减少由于项目参与各方工作不协同而引起的投资损失，并通过强化协同工作，可以加快建设进度和提高工程质量。