BIM 技术在人防工程机电安装中的应用研究

张殿彪 何 勇 王琳琅 吴仕涛 黄 滔

建筑信息模型BIM 技术是一种基于三维和数字化建模的信息技术，已经在建筑工程的设计、施工和运营环节得到广泛应用。该技术通过创建虚拟建筑模型，整合建筑各专业信息，如建筑结构、机电设备、施工工艺和材料规格等，实现建筑项目的全生命周期管理。

人防工程机电安装是指人防工程中机电设备的安装和调试。机电设备是人防工程中不可或缺的一部分，包括通风设备、照明设备、电力供应设备、消防设备、通信设备以及监控设备等。

人防工程机电安装涉及多个专业领域，包括电气、通风、给排水等，这些领域的技术发展不断推动人防工程机电安装技术的进步，如新型的机电设备、高效的施工技术、智能化的监控系统等的应用，提高了人防工程机电安装的效率和质量。

随着城市建设的不断推进和人防工程建设的加强，人防工程机电安装需求不断增加，越来越多的企业加入到这个领域，市场竞争也日益激烈。然而，人防工程机电安装也存在一些问题，由于施工单位的技术和管理水平参差不齐，导致一些工程质量不达标，甚至存在安全隐患，部分施工单位为了追求经济利益，可能会采用劣质材料和设备，进一步影响工程质量和安全。在人防工程机电安装中应用BIM 技术，可以通过数字化建模、协同设计和施工管理，提高施工的精度、效率和安全性。

1 项目介绍

东部新区三岔片区创新孵化园及配套设施项目（一期）标段工程位于四川省成都市东部新区，该项目总占地面积28213.07 m2，总建筑面积约113861.15 m2，是一个集住宅、商业网点于一体的综合性项目。在此项目中，BIM 技术被广泛应用于地下室人防工程机电安装中，为项目的施工和运营提供了重要支持和优势。通过BIM，项目施工团队创建数字化的三维模型，详细呈现了项目地下空间和设备的布局，包括地下室净高、机电管线和人防设备布置等信息。这使得施工团队能够更好地规划和协调人防工程的布置，如人防电站等，确保它们的合理安装和高效运作。考虑到项目涉及的不同建筑类型和功能，BIM 技术能够精准地展现机电设备的安装位置和连接方式，为管道、电缆等的布置提供了可视化的指引。通过BIM 模型，工程团队能够预测和解决潜在的冲突和问题，优化安装方案，提高施工效率和质量。利用BIM 模型的数据化特点，可以实现对设备和系统的全生命周期管理，包括维修保养、能源管理等方面。BIM 的信息集成和共享特性，有助于提高运营效率，降低维护成本，并且为未来的项目更新和改进提供了可靠的基础。

2 BIM 技术在人防工程机电安装中的应用优势

2.1 全过程协同设计与协作

BIM 允许建筑师、结构工程师、机电工程师和其他相关方利用一个共享的三维模型进行协同设计，减少设计冲突和错误，提高设计质量。不同领域的专业人员可以在早期发现并解决潜在问题，避免施工和后期修改问题，提高整个工程的建设效率[1]。

2.2 自动化与规范性合规

BIM 软件具有丰富的标准化元素和参数库，包括各种机电设备、管道、电线和其他构建元素的规格和要求。设计师可以在BIM 环境中选择符合标准的元素，不必手动输入规格信息，降低了出错的概率。这些元素的标准参数通常已根据国家和地方标准进行了验证，能够满足合规性的要求。BIM 可以通过自动化工具生成机电系统的平面图、截面图、详图和其他必需的设计文件，设计师可以在BIM 模型中实时协作和审查，确保设计的合规性，并进行必要的修改。

BIM 技术还具备规则和参数的自动检查功能，一旦设计团队将规范性要求嵌入BIM 模型，系统可以自动检查并警告设计中的潜在问题，及早发现不符合法规和标准的部分，减少后期的变更工作[2]。

2.3 提高效率和减少成本

通过BIM 的三维可视化功能，工程团队可以在设计阶段检查并分析机电安装布局，识别潜在的冲突和问题，如管道与电线的交叉、设备无法正常安装等。通过提前发现这些问题，团队可以在施工前就进行必要的调整，避免后期的设计变更和重复工作。BIM 模型中包含了详细的数据，如材料和设备信息，这些数据可以用于成本估算。工程团队可以根据BIM 数据制订更准确的预算，减少不必要的额外费用。材料和设备的详细数据也可以帮助项目经理更好地管理采购和库存，提高了资源利用率。BIM 有助于改进施工流程的规划和协调，通过将不同专业领域的数据整合到一个共享模型中，团队可以更好地协作，确保施工进程顺利，减少施工中的问题，提高整体施工效率[3]。

3 BIM 技术在人防工程机电安装中的应用方式

3.1 模型建立和审查

建立BIM 模型的第一步是收集各个机电设备的设计信息，包括尺寸、型号、功率和通信接口等。机电BIM模型应用流程如图1 所示。数据收集完成后，在BIM 软件中根据设计信息创建相应的模型，并将其放置在适当位置。建模过程中需要考虑空间限制、施工顺序和安全要求等因素，以确保模型的真实性和可操作性。

图1 机电BIM 模型应用流程（来源：网络）

模型审查是指对机电设备模型进行逐项检查和评审，以确保其符合设计要求和标准。模型审查应涵盖建筑的多个方面，如空间布局、设备配套、安装方法和接线方式等。为确保审查的广度和深度，应对模型进行多级审查，包括专业内部审查、专业之间的协同审查以及相关方审查。通过模型审查可以及时发现并解决模型中存在的问题，避免后期施工过程中产生纠纷。同时，模型审查还能够提前发现潜在的冲突和碰撞问题，避免后期拆改。模型的建立和审查应与实际施工工艺与施工环境相结合，确保模型的可行性和适用性[4]。

3.2 三维可视化展示

通过BIM 技术，将人防工程机电安装设计方案转化为直观的三维模型。模型中包括通风、照明和电力等机电设备，并与建筑空间相互关联。这样可直观展示机电设备的布局、尺寸和连接方式等信息，使相关人员能更清晰地理解设计意图、空间布局和相互关系。施工人员通过三维模型能够精确定位机电设备的安装位置，避免施工期间的碰撞和冲突。三维模型可模拟机电设备的运行状态，直观展示其工作原理和连接关系，为相关决策提供依据。此外，三维可视化展示有助于人防工程机电安装的协调和协作。设计人员和施工人员能够通过共享三维模型，实现协同设计和协同施工，并进行实时沟通和协调。设计人员可以通过模型发现设计方案的潜在冲突和问题，确保机电设备布局完善和连接顺畅。施工管理人员可以通过三维模型管理施工进度，预测施工阶段的潜在风险，进而提高工程执行效率[5]。

3.3 碰撞检测

BIM 模型中包括建筑结构和各类机电设备，如通风设备、水电管线和配电箱等。将建筑结构模型与机电设备模型耦合，形成整体模型。在整体模型中，利用碰撞检测功能检查不同元素之间的碰撞关系。BIM 软件自动进行模型元素之间的空间碰撞分析，检查管道是否穿越墙体以及设备是否与结构元素冲突等。检测完成后，以可视化的方式直观展示碰撞的位置和类型，帮助工程和设计人员发现并解决问题。经过反复的碰撞检测和模型优化，获得最优设计方案。

在碰撞检测前，应确保模型数据的准确性和完整性。不同专业的设计团队应及时提供设计数据，确保模型中包含所有的机电设备信息。检测时要设定合适的碰撞检测规则和容忍度，以便过滤掉无关或可接受的碰撞情况，凸显严重的冲突[6]。

3.4 管道安装

在三维模型中添加管道的类型、材料和流体参数等信息，同时精确布置和连接管道，并将管道与其他设备和结构进行关联。这样的模型不仅能为施工提供参考，还能保证数据的内在性和协调性。管道排布三维模型如图2 所示。设备出口处管道支架和单独管道吊架的三维模型如图3 所示。在管道安装过程中，利用BIM 软件进行冲突检测有助于发现可能存在的冲突，如管道与结构、电缆或其他管道的碰撞。检测完成后，模型能够直接显示冲突的位置和类型，使得施工人员能够及时解决问题，避免施工延误。

图2 管道排布三维模型（来源：作者自绘）

图3 设备出口处管道支架和单独管道吊架的三维模型（来源：作者自绘）

此外，BIM 技术有助于优化管道安装方案。通过在模型中模拟管道安装过程，能够提前预测和解决施工问题。例如，可以借助模型确定最佳的管道路径和支撑方式，避免与其他设备或结构冲突，确保管道系统的有效性和可靠性。在管道安装过程中，借助BIM 模型能够实时获取工程状态信息，并进行进度管理。通过对比施工进度与模型，能够及时发现工期和施工问题，进而采取调整措施。在BIM模型中模拟施工方案和施工工艺，能够提高施工质量和效率[7]。

3.5 设备安装

利用BIM 技术辅助设备安装需要建立设备的三维模型，模型中应包含尺寸、形状和连接方式等设备信息。在BIM 软件中检测设备与其他结构或设备之间的冲突，并直观展示冲突的位置和类型，以便提前发现和解决问题。通过BIM 技术可以模拟和优化设备安装方案。

在BIM 模型中模拟设备的安装过程，如设备的搬运、固定和连接等，确定设备的最佳位置和支撑方式，并预测可能出现的问题，以确保设备正常运行。在设备安装过程中，BIM 技术能够实时提供工程状态信息，将施工进度与模型进行对比，能够及时发现施工问题[8]。

3.6 “BIM+装配式”在机电安装中的应用

“BIM ＋装配式”能够将BIM技术应用于设备和构件的制造过程。通过建立机电设备和构件的精确模型，能够优化设计和制造过程，提高构件的准确性和一致性。利用BIM 技术对构件进行设计与工艺优化和材料管理，可降低制造成本，提高生产效率。

在施工阶段，采用装配式施工方法能够减少现场作业量和施工时间。机电设备和构件在工厂预制完成后运输到施工现场，然后按照BIM 模型进行安装和连接。预制装配施工方式能够大幅缩短施工时间，减少现场工作量和对人防工程的干扰。借助BIM 软件的碰撞检测功能，能够在生产制造阶段发现和解决构件之间的冲突问题。在现场装配阶段，可以在BIM 模型中模拟构件的位置和连接方式，减少施工现场的调整量。

4 结语

信息技术的不断发展和对高质量工程需求量的增加，使得BIM 技术在人防工程机电安装领域有着广阔的应用前景。因此，要不断完善现有技术，融合新兴技术并制订应用标准，以便进一步提升人防工程机电安装的质量、效率和智能化水平，为建筑行业的发展提供新的动力。