浅析BIM技术在建筑设备安装工程中的应用

孟 磊

中铁二十三局集团第一工程有限公司 四川 成都 610072

BIM，即建筑信息模型，为Building Information Modeling的缩写[1]。此技术利用构建三维模型并综合多类信息来创建一种集成化、数字化建筑模型，以此来帮助建设单位、设计单位和施工单位更好地协调设计、施工和运行维护，降低成本和风险，提高效率和质量。BIM模型具有全面性、统一性和协调性的特点。在建设过程中，BIM模型可以包含各个部门录入的数据信息，在实际操作中，BIM技术及其他工作者得以依需求自由调整模型中的相关数据，通过对信息实现信息化和数据化的处理，可以直接或间接提供给每个用户使用，在此过程中可以实现建筑工程信息的准确、全面共享[1]。因用户从BIM模型得到的信息是一致的，这可以保证相关文件的准确性，而此种标准文件的是协调项目有力保证。

建筑设备安装工程是现代建筑用于提供便捷、舒适、安全条件的各种设备及管道、附件及其技术的统称，主要包含给排水工程、电气照明及防雷工程、消防工程、采暖及通风空调工程等。现代建筑对功能性的要求越来越高，因此建筑安装工程所占的比重越来越大，在住宅项目中其造价约占工程总造价的五分之一到四分之一，在其他专业项目中可能占有更高的比重[2]。建筑设备安装中因涉及的专业比较多，设备、管线种类、数量多而复杂，因此常造成施工中各种管线、设备的碰撞、交叉等。很多关键机电设备对施工工艺有非常高的要求，而建筑设备的安装质量又影响其施工、运行成本和使用体验。因此，在设备安装工程中需要消耗较大的人力、物力和时间成本。然而，BIM技术从智能化、可视化和参数化的视角出发，为建筑设备安装工程的设计、施工和维护提供了必要的技术支持。这使得建筑设备安装工程在质量和效率方面均能显著提升，进而提高整体建筑工程的效益水平[3]。

1 BIM在安装工程设计阶段的应用

建筑设备安装工程越来越复杂，特别是设备安装工程中涉及设备、管线在建筑物中的布置；管线穿越各部分的建筑构件；设备型号、管线种类增加，加大了安装工程设计和各专业协调的难度。只有对各专业设计进行不断协调与综合优化，才能促进设计的合理性与高效性。BIM技术可以促成不同设计人员的协同设计，减少设计冲突，提高设计效率[4]。

传统方式下，建筑设计人员主要利用CAD 软件绘制二维设计图，并编制相关设计资料。但各专业图纸分离，设计资料、数据也无法实施对比，出现错误的可能性较高，很容易影响最终设计效果。在数据收集和整理的阶段，如果出现错误，将导致不仅需要对设计图进行修改，还需要重新编制数据，这将显著增加工作量。此外，部分设计可能无法逆转，因此还需进行重新设计。通过BIM技术和各种软件，工程设计人员可以建立统一的模型和数据库，实现对相关数据的自动化编制和统计，能够显著提升各专业设计的协调性。在具体的实施过程中，要求各相关专业的设计人员在充分详细勘察的基础上，积极推进数据收集和整理等环节。他们需要借助来自建筑、结构、安装等各环节的数据信息，将BIM技术与工程的二维图纸设计相融合。这样的整合能够产生建筑设备安装工程的模拟效果图，可有效模拟实际现场情景。这种方法确保了管线与建筑构件的布局更加合理，进一步优化了施工方案。

BIM技术相对于传统设计最明显的优势是可以建立3D动态模型。在传统的建筑设计工作中，使用二维CAD施工图，通过线条、文字和图例在纸张上呈现各种设计信息，设计者需要凭借自身的空间想象力来模拟实际构造。这种方法存在许多限制，导致工作效率低下且出错概率较高。然而，借助BIM模型，可以以数字模型的形式展现建筑、结构、机电设备、管线等的布置情况，将原本的二维线条绘图呈现为立体模型，使设计者能够更好地进行可视化设计。这种方式让设计工作更加便捷，提高了工作效率[5]。便于不同专业的设计者相互了解对方的设计意图和设计结果，便于工程建设各阶段的管理、技术人员了解工程全貌和全过程。

BIM技术能够运用算法对建筑施工和日常运行进行模拟仿真，从而使建筑设计更具科学合理性，提升资源利用效率，提高建筑设备安装工程使用的便捷性和安全性。例如通过对通风空调系统进行模拟仿真，对空气流态和热力学进行分析，以使空调系统更好的满足人体舒适性的要求，更加节能高效；模拟电力系统运行过程，分析电流、电压、功率等参数，以确保电气系统负载在安全高效的状态下运行；对给排水系统进行模拟仿真，进行流体力学分析，以降低给排水系统的流动阻力，节省运行费用，减少后期维护成本。另外，BIM还可以分析建筑空间的利用情况，确定纵向和横向空间中线缆、水管道、风管道以及设备等的布置，从而实现对建筑物使用空间的有效节约。

建筑设备安装各专业系统管线排布中对于BIM 技术的应用，最为主要的环节是碰撞检查。设计单位内部，施工图纸的设计是区分不同专业分别进行绘制的，各个专业设计人员之间往往缺乏沟通。因建筑设备安装工程中的设备和管线数量众多，空间布局纷繁复杂，管线与建筑结构或其他管线之间易发生叠加、交叉等冲突。这导致了工程中对布局的要求极为严格，给现场施工带来重大挑战，也增加了施工成本。在传统的建筑设备安装施工管理中，为避免不同专业管道、管线安装发生碰撞，施工管理人员，结合实际情况，运用自身技术经验，调整空间布局，确保设备、管道、电缆桥架等在空间上排列的可行性、美观性和实用性。然而，这种施工管理方式要求工程师必须具有较高的专业水准，同时也不利于施工技术交底，具有较大的局限性和隐患。

在设计阶段科学的融入BIM技术可以有效的解决这一问题。BIM 技术可以将建筑、结构、安装等专业的模型整合，使设计人员在三维环境下直接观察管线安装效果，发现传统二维设计中难以察觉的碰撞，或者将综合模型导入相关BIM软件进行碰撞检查，从而导出碰撞报告。技术人员可以以此为依据，对不合理的管线设备做出避让、调整，从而在工程实际开始前发现存在的设计问题。同时，相应的参数在BIM数据库中会自动同步更新，进而在可视化的三维模型上实现自动同步更改，无需设计人员逐项手动修订图纸[5]。如此一来，不仅能够加速工程设计方案的优化进程，还能够确保设计图纸的质量合格率，使施工图纸更贴切地反映实际现场情况，为后续的机电安装提供了可靠的基础。

2 BIM在安装工程施工阶段的应用

针对建筑设备安装工程而言，施工步骤遵循严格的先后次序，实质上呈现为一种不可逆的过程。施工方案设计有时是技术人员主观意识的一种呈现，由于安装工程的复杂性，有可能存在一些问题；施工过程中影响进度的因素非常多，前期的施工方案有时得不到很好的执行。因此，安装工程的施工进度保障显得尤为重要。BIM技术可以在施工进度管理中得到深入的应用，以提高建筑设备安装工程的前期计划与实际施工进程之间的匹配程度。

在进行施工管理的过程中，BIM技术可以将数字模型与时间轴结合，建出 4D-BIM技术模型，该模型的精确度更高，能够对施工过程中的设备、资源等进行时间和空间上的模拟，找到后期施工可能出现的问题，进而给出针对性解决方案。施工管理人员可以在模型的帮助下对施工进度、工作量和人材机供应等行合理的控制，避免后期出现重大失误，减少施工风险。

借助于BIM技术也能在经济层面对建筑设备安装工程实施有效管理，材料管理是BIM技术不可或缺的功能。在施工模型建设阶段，对各类构件属性进行定义，积极调整管件的管材长度、壁厚、连接方式等信息，能够得到管道线路下料设计相关参数，并进行深入分析，尽量有效利用建筑材料，节约工程成本。再利用数字化机床按照图纸实施自动控制加工，加工好后则送到现场安装，从而优化整个项目材料管理工作，加快施工进度。

运用BIM技术进行材料管理，能够监测和分析设备与材料的供给、使用以及价格变化等情况，从而更精准地控制工程造价，实现施工过程中的精确预算管理。

运用BIM技术，可以有效提升管线穿越墙体、楼板等部位的预留、预埋的准确性，规避可能引发的质量问题。此外，在安装工程管线施工结束后，进行二次砌筑期间，通过竣工BIM模型，可以直观化的展现出管线与砌筑构件交叉的位置，保证砌筑工程施工效率和质量。

在施工过程中，工程人员可以将全景扫描和激光扫描与BIM技术结合应用于机电工程施工现场。这使得现场施工成果与模型相互对比匹配，精准把握安装工程的施工进展。基于此比对结果，可为现场施工提供准确指导，进而优化机电管线的施工流程。例如，对管线设备的位置、角度、尺寸及施工精度等进行检测，以验证其是否符合设计要求，从而确保机电系统的正常、安全运行[6]。

3 运维阶段的BIM应用

BIM技术对建筑设备的运行维护提供了多方面的支持与帮助。具体来说，BIM在设备运行维护中的应用主要有设备管理、维护计划优化和故障诊断几个方面。

在建筑设备安装工程的运维阶段，设备管理是一个至关重要的环节。BIM技术可以将建筑模型与设备信息相结合，创建一个数字化的建筑信息模型。在这个模型中，每个设备都可以被准确地表示，并与其相关信息进行关联，如设备规格、型号、厂家、安装日期等。这种集成性质使得工程团队能够轻松获取设备信息，无需翻阅大量文件或数据库。更为重要的是，BIM模型的可视化特性使设备管理变得直观且易于理解。通过3D建模，工程团队可以直观地查看设备在建筑中的位置、布局和连接方式。这对于设备的维护、检修和更换等操作提供了重要的参考，减少了误操作的可能性，同时也提升了工作效率。

在建筑设备安装工程中，设备台账记录着每个设备的重要信息，是设备管理的基础。传统的设备台账通常以纸质或电子表格的形式存在，不仅容易丢失，而且信息的更新和维护困难。而利用BIM技术，可以在模型中创建虚拟的设备台账，将每个设备的信息储存在模型中，随时更新和查看。设备台账的数字化不仅解决了信息更新的问题，还使得信息之间可以实现更好的互通。不同部门和团队可以在同一个BIM模型中查看和编辑设备信息，避免了信息孤立和重复录入。这种信息互通为设备管理提供了更高效、协同的方式，有助于减少沟通成本和误解。

随着物联网（IoT）技术的发展，设备的实时数据变得越来越重要。BIM技术可以与传感器网络集成，实现设备状态的实时监测。例如，在一个商业办公楼的设备管理中，温度、湿度、能耗等数据可以通过传感器采集，然后通过BIM模型进行可视化展示和分析。实时数据的集成为设备管理提供了更多的信息来源，可以帮助工程团队更快地发现问题、做出反应，并进行精细化的设备管理。这种数据驱动的管理方式有助于提升设备的运行效率，减少能源浪费，从而降低运营成本。

维护计划的优化是建筑设备安装工程运维阶段的一个重要挑战。在传统的设备维护计划中，维护时间通常是基于固定的时间间隔，如每隔三个月、半年或一年进行一次维护。固定时间间隔维护无法充分考虑设备的实际使用情况，可能会导致资源的浪费或设备的未能及时维护。有些设备可能在短时间内并未发生故障，但仍按照固定计划进行维护，这造成了不必要的停机时间和人力成本。有些设备可能在短时间内发生了多次故障，但由于维护周期尚未到来，导致设备未能及时维修，进一步加剧了设备故障的风险。

借助BIM技术，可以实现基于数据和信息的维护计划优化。BIM模型可以与设备使用数据进行集成，从而实现基于实际使用情况的维护计划优化。通过设备传感器采集的数据，可以了解设备的运行状态、工作负荷、能耗等信息。这些数据为维护团队提供了设备的实际使用情况，有助于判断设备是否需要维护以及维护的紧急程度。BIM技术还可以利用数据分析方法，对设备运行数据进行统计和分析，从而为维护计划的制定提供决策支持，使维护计划的调整变得更加灵活。通过对历史数据的回顾和趋势分析，可以识别出设备的故障模式、维护周期等信息，为维护计划的优化提供指导。

在建筑设备安装工程的运维阶段，设备故障是不可避免的问题。传统的故障诊断方法往往依赖于人工经验，耗时且不准确，导致了设备停机时间的延长和维修成本的增加。而借助BIM技术，可以实现对设备故障的智能诊断和预测，从而提高故障排除的效率和准确性。

BIM技术可以通过虚拟仿真来帮助问题定位和故障排除。在BIM模型中，可以建立设备的虚拟模型，模拟设备的运行过程和可能出现的问题。BIM模型还可以与设备传感器数据进行集成，实时监测设备的状态。通过传感器采集的数据，可以了解设备的温度、压力、振动等信息，从而判断设备是否出现异常。例如，在一座工厂的生产线上，BIM模型可以与传感器网络集成，实时监测生产设备的运行状态。一旦设备出现温度过高、振动异常等情况，BIM模型可以自动发出警报，通知维修人员进行检修。

4 结论

综上所述，随着建筑高度和占地面积以及使用功能的不断演进，BIM技术在建筑设备安装工程中的优势日益凸显。通过BIM技术的协同和精细管理，能够有针对性地实现安装工程全方位、全周期的协调推进，有效降低设计冲突、提升施工效率、优化设备运行维护，以保证建筑安装工程各系统的性能和安全。随着技术的不断进步，BIM在建筑设备安装工程领域的应用将更加广泛，为建筑行业的进步和发展作出更为显著的贡献。