基于BIM技术的建筑电气设备设计施工评价分析

摘 要：为进一步明确BIM技术在建筑电气工程中的应用情况，并提高其应用度，本文以实际工程为研究背景，对BIM技术在建筑电气工程中的应用效果进行多方位评价。通过现场实际应用效果评价可知，本工程应用BIM技术共发现并解决了500余处管道打架问题、70余处无压管道穿墙体预留套管高度问题，应用效果明显；耦合AHP与最大隶属度方法建立了评价模型，并对其进行定量评价，评价结果表明，在工程中应用BIM技术得到了超过83%的专家认可。本文分析方法和分析结果可为后续相关工作提供理论依据。

关键词：BIM；建筑电气；设计；模糊综合评价法

中图分类号：TU 17" " " " " " " " 文献标志码：A

随着科技的不断发展，建筑行业也在逐步向着数字化、智能化的方向迈进。BIM技术作为当前建筑行业的前沿技术之一[1]，具有提高设计施工效率、减少成本、提高工程质量等优点，在建筑电气设备设计施工中也得到了广泛应用[2]。随着建筑行业的不断发展，建筑电气设备作为建筑中的重要组成部分，其设计施工的复杂性和难度也在不断提高[3]。传统的建筑电气设备设计施工方法存在许多问题，例如效率低下、成本高昂、易出现错误等。而BIM技术为建筑电气设备设计施工带来了新的思路和方法[4]。为进一步提高BIM技术在建筑电气工程中的应用程度，本文以实际工程为研究对象，通过实际应用效果评价和应用效果定量分析两种方法，对BIM在建筑电气工程中的应用进行分析，具体研究内容如下。

1 工程简介

1.1 工程概况

某写字楼建设工程建筑总高度为198.60m，建筑用地面积为18487.35m2，总建筑面积为132154.84m2，其中地上面积为109451.58m2，地下建筑面积为22703.26m2，该工程为超高层塔楼，集办公、酒店、商业等功能。建筑物地上为40层，地下室2层，裙房地上3层，最高约18.20m。

1.2 BIM模型量分析

BIM技术是面向建筑工程设计、施工等过程的全生命周期数字化工具，能够贯穿建筑工程整个过程，具有丰富的信息维度和精度[5-6]。根据项目建设需求，本文对该工程进行BIM建模，在工程最终实际BIM模型中，机电部分的地下室管线模型如图1所示。机电模型是建筑机械、电气和管道的模型集合，同时可根据其不同功能分为暖通部分、给排水部分以及建筑电气等。机电模型虽然各自功能不同，但也具备一定共性，通过管道、管件和管线连接各个系统，可将机电模型分为管道、管件等连接件和设备、喷头等终端模型。

应用上述分类方法，以喷淋系统和暖通系统为例，本工程建立模型的构件情况见表1。

在本工程机电系统中，管道管件部分数量总数量约为300000个，约占机电系统构件总量的96.77%，而终端模型部分构件数量仅占3.23%。由此可见，在现代化建筑中，由于舒适度、消防、设备等方面需求的不断增长，因此建筑电气系统管线部分越来越复杂[7]，导致在电气系统BIM模型中，大部分内容为管道、管件。

2 BIM技术应用效果评价

2.1 基于工程现场定性评价

由于建筑电气系统越来越复杂，因此给建筑电气设计施工带来了很大的难题，且与建筑工程其他专业相比，机电模型管道、管件具有更高的结构异质性和复杂性，传统二维的设计方法并不能很好展现建筑物自身数据的空间结构，很容易出现设计冲突，即管线打架现象。而应用BIM技术能够弥补二维设计的缺陷，充分展现设计内容，并从中找出设计缺陷，以达到提高设计质量，降低工程投资的目的。以本工程为例，利用BIM技术优化机电系统，包括以下9点。1）发现并解决500余处管道打架问题。2）发现并调整70余处无压管道穿墙体预留套管高度问题。3）发现并调整楼板大小预留洞口约50处。4）无法达到净高20余处，调整管道尺寸、系统、走向40余处。5）检查设计图纸不吻合、设计表达不明、管道漏画、系统管道接反、管道尺寸标注等问题近50处。6）检查车库深化图纸车位不符约15处，发现标示与管道打架问题10余处，灯具无法安装影响照度等。7）检查大堂、9F、17F装修不合理及打架问题50余处。8）检查外网管线打架及美观问题40余处。9）通过调整管道走向，合用共用支架、优化管道走向，节省管道超过800m。

由此可知，应用BIM技术能够对建筑过程进行模拟，并以三维方式展现出来，使建筑结构数据更加符合实际空间结构，并将机电模型细节进行展现，能够在复杂场景下找到机电模型中的设计缺陷位置，为设计优化提供便捷。以本工程为例，应用BIM技术共解决近600处管线问题以及约50处预留洞口错误问题，为工程建设节约了大量费用及工期。

2.2 基于AHP的定量评价

2.2.1 评价模型介绍

本文讨论了BIM技术在建筑电气设备设计施工中的具体优势与作用，分析结果表明了BIM技术的应用优势。为进一步分析BIM技术在建筑电气中的应用优势，利用AHP和模糊综合评价法将模糊的定性指标定量化。其中，层次分析法可以确定各指标的相对重要性，模糊综合评价法可以处理评价过程中的模糊性，提供定量的评价结果。实施步骤如下。1）建立多级指标体系。为了全面、客观地评价建筑工程施工监理的质量，在多级指标体系的建立过程中，应充分考虑项目实际情况，将监理作业过程中的一些重点内容作为评价指标，建立适应于实际项目的评价体系。2）利用层次分析法确定指标权重。在层次分析法中，采用指数标度法来衡量各指标之间的相对重要性。指数标度法将各指标的重要性分为5个等级，对应的指数分别为1、2、3、4、5。通过专家打分和计算，得到各指标的权重值。这些权重值可以用于后续的模糊综合评价中，以确定每个指标对综合评价结果的影响程度。3）模糊综合评价。模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合性评价方法，能够处理评价过程中的模糊性，提供定量的评价结果。4）根据最大隶属度原则，对第三步计算的隶属度结果进行划分，以最大隶属度部分为项目整体评价结果。

2.2.2 定量评价过程

根据本工程电气系统中的BIM技术要点结合层次分析法特点，建立适用于建筑电气工程的评价体系，该体系的主要指标见表2。主要是将机电模型的构件设置过程（例如管道、管件、终端构件等实体构件）和BIM技术对工程项目的参与程度（进度、BIM参数项目程度等）作为准则层指标，将各准则层内部的一些评价指标作为指标层，建立全面考虑电气系统BIM应用的评价体系。指标层中针对机电模型构建过程的主要评价指标包括建设准确度、重现率以及建模工作的时效性，有关BIM技术对工程项目参与程度的评价主要包括建模、审核、优化与应用等方面。

在确定评价指标后，本研究分别邀请来自建设单位、设计单位、施工单位、监理单位等熟悉工程电气部分BIM应用情况的10位专家和工程师，对建立的指标层评价指标进行打分，打分采用5分制，其中5分为很好、4分为较好、3分为一般、2分为较差、1分为极差。

根据打分结果，在模糊综合评价方法中，针对评价因素的权重分配为评价集V内的一个模糊子集，如公式（1）所示。

A={a1，a2，...，an} " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（1）

式中：A为针对某个指标的模糊评价子集；an为该评价子集中的评价得分，由专家打分核算。

以A1为例，针对B11，打分专家中有6位专家认为该部分工作完成度很好，3位觉得完成较好，1位觉得完成一般，则RB11={0.6 0.3 0.1 0 0}。采用次评价方法，根据专家打分结果，可分别得到评价指标的评价矩阵，见表3。

单因素评价矩阵R如公式（2）所示。

（2）

式中：R为准则层评价矩阵；Rn为准则层中第n个指标的模糊评价子集；rpm为第p个指标的第m个评价得分。

根据表3内容，准则层中A1的评价矩阵如公式（3）所示。

（3）

当进行模糊综合评价时，本研究采用加权平均法进行计算，即通过合理的模糊合成算子合成模糊权重向量A和模糊关系矩阵R，以此计算每个被评估对象的模糊综合评价结果向量B。常用的模糊合成算子有M（∧，∨）、M（·，∨）、M（∧、⊕）和M（·，⊕）。本研究的模糊综合评价综合算子系统为M（·，⊕）。

当进行模糊综合评价时，本研究采用加权平均法进行计算。具体步骤如下。1）根据各指标的权重和隶属度矩阵计算每个子指标的综合评价结果，在这个步骤中，将每个子指标的权重与其隶属度矩阵相乘，得到该子指标的综合评价结果。2）将每个子指标的综合评价结果进行加权平均，得到最终的综合评价结果。将每个子指标的综合评价结果乘以对应的权重值，求和得到最终的综合评价结果。3）根据综合评价结果的不同数值，将其归一化为百分制分数，以便于比较和分析。将综合评价结果进行归一化处理，将其转化为百分制分数。同时，通过与实际情况进行比较和分析，可以发现存在的问题和改进点，为提高电气工程的质量和效益提供有力支持。

根据模糊数学理论中的加权平均型M及上述计算过程，模糊综合评价集隶属度如公式（4）所示。

（4）

式中：bj为模糊综合评价集隶属度；aj为第i个单因素的权重，须满足；rij为第i个单因素的评价程度，m为指标个数。

模糊综合评价结果如公式（5）所示。

（5）

对本工程来说，可根据模糊综合评价方法计算权重A和权重矩阵R，如公式（6）、公式（7）所示。

A=（0.360，0.510，0.125，0.005，0） " （6）

（7）

在确定各指标的权重和隶属度矩阵后，需要构建模糊综合评价模型。该模型通常由权重矩阵和隶属度矩阵相乘而成，得到的结果是综合评价矩阵。综合评价矩阵表示了每个子指标在不同评价等级下的隶属程度，它可以根据实际情况进行归一化处理，计算最终的评价结果。本工程的二级模糊评价结果C=（0.46，0.38，0.13，0.03，0）。

根据综合评价矩阵和评价等级标准，可以计算BIM应用效果的综合评价结果。具体的计算方法是对综合评价矩阵中的每个元素进行加权平均，得到最终的评价分数。当解读综合评价结果时，需要注意以下几点。1）综合评价结果越高，说明BIM技术在电气工程中的应用质量越好。2）综合评价结果越低，说明BIM技术在电气工程中的应用质量越差。3）综合评价结果可以用来比较和分析不同项目，发现存在的问题和改进点。4）综合评价结果可以为BIM应用技术方提供反馈和指导。

本工程中最终计算的结果见表4。

本工程中有46%的人隶属于“很好”，38%的人隶属于“较好”，13%的人隶属于“一般”，3%的人隶属于“较差”。根据最大隶属度原则，本工程BIM技术在电气工程中的应用质量水平为“很好”。

3 结论

BIM技术作为一种利用数字技术对建筑环境进行全生命周期管理的工具，在建筑行业尤其建筑电气设备设计与施工专业中具有十分广阔的应用前景。本文从实例研究和数学评价两方面对BIM技术在建筑电气设计与施工中的应用效果进行评价，研究结果表明BIM技术能够极大地提高研究背景中的电气工程设计质量，且设计内容也能够得到业内大部分专家（超过83%）的高度认可。本文研究成果可为工程后续建设提供支持，同时本文研究方法与研究结论也可为BIM技术应用与评价提供理论依据和借鉴。

参考文献

[1]王海江，张田庆，陈俊，等.BIM技术在超高层建筑施工中的应用[J].建筑技术开发，2023，50（增刊1）：108-112.

[2]蔡坤洪.基于BIM技术的住宅机电安装工程质量控制[J].中国建设信息化，2023（22）：70-73.

[3]邓立军.BIM技术在住宅地下车库机电工程中的应用研究[J].绿色建筑，2023（6）：108-111.

[4]李兆刚，张旭，雍琦.BIM技术在轨道交通机电工程中的数字化应用与管理[J].安装，2023（11）：55-58.

[5]袁光月.地铁车站机电安装施工中BIM技术的应用研究[J].工程机械与维修，2023（6）：224-226.

[6]穆建鹏.BIM技术在建筑机电安装工程施工质量控制中的应用[J].石材，2023（11）：80-82.

[7]王宇.BIM技术在优化装配式建筑机电设计中的探索[J].石材，2023（11）：83-85.