浅谈BIM技术在建筑机电工程安装过程中的应用

熊向前 陈汉卿

[摘  要]：建筑机电安装在项目管理过程中具备专业广泛、专业性强等特点，目前采用传统平面图纸指导现场施工的方法，存在难以反映各专业管道空间交叉位置，后期施工易发生管道碰撞等问题，管理人员需耗费大量人力、物力、时间作前期技术交底和现场协调工作。文章通过分析BIM技术在建筑机电安装中的应用，提前暴露平面图纸设计与实际不符、各专业管道交叉碰撞等问题，从而进一步优化设计及施工方案，为后期施工提供技术支持，达到加快施工进度，提高工程质量，降低施工成本的效果，为今后的建筑安装工程施工提供借鉴。

[关键词]：建筑安装; BIM技术; 项目管理

TU806A

随着国家对BIM技术的大力推广和广泛应用，BIM技术在国内建筑行业领域也得到了迅速发展。越来越多的大型建筑企业将BIM 技术应用于项目的全周期管理。为进一步推广BIM技术在建筑业的应用，各省市陆续发布各项指导意见与实施办法，以广东省为例：省住房和城乡建设厅发布了《关于开展建筑信息模型 BIM 技术推广应用工作的通知》，到2014年底，启动10项以上BIM技术推广项目建设;到2015年底，基本建立我省BIM技术推广应用的标准体系及技术共享平台;到2016年底，政府投资的2万m2以上的大型公共建筑，以及申报绿色建筑项目的设计、施工应当采用BIM技术，省优良样板工程、省新技术示范工程、省优秀勘察设计项目在设计、施工、运营管理等环节普遍应用BIM技术;到2020年底，全省建筑面积2万m2及以上的建筑工程项目普遍应用BIM技术[7]。

1 BIM 技术在建筑机电安装深化设计中的应用

建筑机电管道安装在平面图设计阶段存在区分专业、区分系统进行管道绘制的情况，各个专业设计人员之间沟通少、配合度低，再加上管道类别复杂、交叉繁多、缺少统一规划，对空间合理利用考虑欠佳，必然会导致管道布置发生冲突。那么BIM 技术将是建筑机电图纸深化过程中最重要的一个环节，通过BIM建立机电安装工程全生命周期的信息库，使得各专业设计人员、建设方及施工方等都能参与其中，能够很好的消除施工中交底不彻底的弊端，不仅提高了设计质量，同时也提高了施工效率和质量。

1.1 传统工艺在建筑机电安装中的局限性

建筑机电安装工程在施工管理中，现场工程师需要结合企业管理目标要求，对现场的施工成本、工程进度、施工质量和安全进行全方位管控。在传统的安装施工管理中，为防止后期施工中不同专业管道安装发生碰撞，工程师利用掌握的项目资料，结合实际情况，运用自身技术经验，依靠CAD二维图纸辅助管理，通过复制叠图找出不同专业的管道交叉的位置，从而调整空间布局，有效地控制好设备、管道、电缆桥架等在空间上的排列走向，确保项目施工的可行性、美观性和生产使用中的实用性。然而，这种现场施工管理模式要求工程师必须具有较高的专业水准，同时也不利于现场技术交底，工程师往往需需要花费大量的时间与施工单位进行沟通交流，并且存在因为技术交底不彻底而耽误工期的隐患，具有较大的局限性。

1.2 BIM技术在建筑机电安装中的应用

随着建筑信息化的快速发展，BIM技术在建筑机电安装设计及图纸深化过程中所发挥的作用日渐突显。在项目管理中，可应用BIM技术建立一个三维可视化虚拟建筑模型，模型中所有的构筑物都是参数化的模型，能够帮助设计人员和现场工程师在图纸深化阶段及安裝施工中及时发现并解决管道碰撞、净高不足等问题，减少现场返工次数，防止资源浪费，从而有效控制项目成本，提高设计及安装施工质量[2-3]。BIM作为建筑信息的载体，在设计中能够较好地解决建筑中的梁与管道、预留洞口与管道、管道与管道之间的冲突问题，保证设计图纸能准确地反映出设计者意图[4]。

建筑机电安装工程管道布置包括：消防喷淋管、消防栓管、防排烟风管、给排水管道、空调送排风管、空调冷冻水管、冷却水管、强弱电缆桥架、线槽等管道。综合调整布局是深化设计的主要内容，目的在于调整管道的空间关系。BIM的可视化三维模型能够直观地将各专业管道空间位置关系展现出来，并通过BIM的“碰撞检查”功能，快速、正确地帮助设计人员和现场工程师发现管道冲突碰撞位置，及时优化处理[5]。随着BIM技术深化设计的推进，施工图被不断调整完善，最终使得施工图纸更具有可操作性，减少施工现场返工，具体有几点：

（1）通过运用BIM技术合理布置各专业管道，特别是房建工程地下车库管道复杂，BIM技术能够最大限度地提高地下车库顶部空间使用，优化管道路径，减少管道冲突造成的二次返工。

（2）钢筋混凝土结构在施工前通过BIM技术确定管道路径和预留套管的精确位置，减少后期在钢筋混凝土结构中二次开洞。

（3）弥补原图纸设计的不足，减少在施工过程中因图纸问题造成的人力、物力和财力的浪费。

（4）协调解决管道竖井的各专业管道布置，保证管道井预留足够空间完成各类管道的安装、检修和更换工作。美国斯坦福大学设备工程中心曾总结过，建筑行业中使用 BIM技术带来的好处：①通过BIM技术深化的图纸准确率高、出图效率高、施工过程中少返工;②由设计图纸与现场实际情况不相符而变更产生的资源消耗下降了30%;③运用BIM碰撞技术分析解决机电管道碰撞问题，为合同价格减少了10%;④BIM技术的最直观的特点就是三维可视化，同时又将建筑信息模型运用到建筑安装工程施工阶段中，使得施工效率大大提高，缩短了工期[6]。

2 应用实例

南京某综合体项目，建成后可实现商务办公和五星级酒店运营。在项目设计阶段和施工过程中，通过BIM技术解决了设计不合理、管道碰撞等问题，完成空间优化和施工方案优化。

建筑论坛与建筑设计熊向前， 陈汉卿： 浅谈BIM技术在建筑机电工程安装过程中的应用

2.1 建立BIM模型

将原设计图纸的构件参数通过BIM软件处理，建立建筑模型，创建过程根据现场实际情况，着重考虑建筑机电部分的模型创建。地上主体结构和地下主体结构通过原设计平面图纸参数创建轮廓模型，装饰装修部位模型不考虑。在机电模型创建中，必须细化到各专业机电管道空间及管道走向，提高建模的精确度，这样才更具参考性、正确性、可行性。BIM技术的创建模型及深化流程，如图1所示。

2.2 主体结构施工前期优化施工工艺

根据建筑平面结构图建立综合体项目BIM模型，通过优化各专业管道路径及标高，建立BIM机电数据模型。将结构模型和机电模型整合并进行分析，选择关键部位，深化图纸，将需提前在钢筋混凝土主体结构上预留套管的部位确定出来，导出设计图纸进行提前预留，避免后期在受力的主体结构中进行二次开洞，影响结构稳定，造成人力、财力、物力的浪费。特别是建筑的走廊部位，宽度和净高有限，既有跨梁又有吊顶，加之顶部管道繁多复杂，通过BIM优化调整布局，保证后期有足够的吊顶空间，如图2所示。

2.3 建筑機电安装前期优化

根据建筑机电平面图纸，建立各机电管道BIM模型，将模型合并后进行管道碰撞检查，解决安装平面设计图纸中存在的问题。特别是商业综合体地下车库中（图3），由于管道错综复杂，管道之间的碰撞问题较多，通过BIM建模进行检查，避免在施工过程中的返工，造成材料浪费。

BIM技术在各专业管道空间利用中具有明显优势。建筑物走廊中，各专业桥架、防排烟管、新风管、消防栓管道、喷淋主管道及支管排布杂乱，使得后期走廊吊顶高度达不到设计规范要求，影响验收。通过BIM技术，依据有压管让无压管、水管让风管、支管道让主管道的原则重新布置管道位置，化解矛盾点，使走廊吊顶空间利用率达到最优化。如图4所示，走廊部位通过BIM优化，在主体混凝土浇筑之前，将喷淋套管预留至优化位置;在机电安装之前，将各专业管道重新布置，强弱电桥架排布在两边，既能防止强电对弱电的干扰，同时又使走廊吊顶高度提高了100 mm。

2.4 建筑机电安装工程施工前方案优化

由于商务酒店建筑结构复杂，对空间利用提出了很高要求，特别是酒店走廊、地下室设备间的空间利用，往往是机电施工方案优化的着重点，通过会议的形式讨论施工方案会消耗大量的时间，存在沟通不彻底、不充分的情况。BIM技术在此项目的机电安装工程施工方案中取得了较好的效果。机电各专业运用BIM 技术相互协调合作，把各机电设计图纸整合成BIM三维模型，运用BIM 技可视化的特点进行施工方案论证，能够及时、清楚地把管线布置存在的问题反映出来，在施工过程中，便于项目工程师和各专业施工人员之间的沟通、交流，能够更快地作出最优化的方案，解决最棘手的问题。

3 结论

建筑机电安装工程在项目管理过程中专业最多、专业性最强，包括给排水、电气、采暖、消防、燃气、通风、空调、智能化等相关专业，工程师在管理过程中必须认真负责，严格按照规范和安装图集的要求对现场施工进行管理，加强对现场安装材料、安装质量和安全生产的管控力度。BIM技术在建筑机电安装工程过程中的应用，可以优化管道布局、完善设计图纸、减少返工现象，从而提高施工质量、加快施工进度，降低施工成本。同时，BIM技术模型的直观效果，能够更好的对施工人员进行技术交底，提高施工人员的专业素质，确保项目能够按期保质保量完成。

参考文献

[1] 广东省住房和城乡建设厅. 关于开展建筑信息模型BIM 技术推广应用工作的通知[S]，2014.

[2] 杨太华，汪洋，王素芳.基于BIM技术的建筑机电安装工程施工阶段精细化管理[J].武汉大学学报，2013（10）.

[3] 张建平，李丁，林佳瑞，等.BIM在工程施工中的应用[J].施工技术，2012（8）.

[4] Hanna， A.， F. Boodai， M. El Asmar. The State of Practice of Building InformationModeling （BIM） in the Mechanical and Electrical Construction Industries[J]. Journal ofConstruction Engineering and Management， 2013： p.10.1061/（ASCE）CO. 1943-7862.0000747.

[5] 章梦晨.基于BIM 的机电安装工程深化设计应用研究[D].广州： 广州大学，2016（18-19）.

[6] 牛博生.BIM技术在工程项目进度管理中的应用研究[D]. 重庆：重庆大学，2012.