BIM技術(shù)在超高層建筑機(jī)電安裝工程中的應(yīng)用

楊倫鋒　趙啟榆

【摘要】該文對(duì)某超高處建筑物機(jī)電裝置施工的概念做出了說明;然后，指出將BIM技術(shù)運(yùn)用于超高層工程機(jī)電裝配施工時(shí)，節(jié)省成本、對(duì)施工全過程管理具有良好的輔助功能、以及借助BIM虛擬超高層工程建筑物模型，對(duì)機(jī)電管道和支吊掛件等主要設(shè)施進(jìn)行預(yù)制工藝等的優(yōu)點(diǎn);最后，對(duì)根據(jù)BIM模型實(shí)現(xiàn)流程、以及依托BIM信息技術(shù)的超高層工程建筑物機(jī)電管線綜合優(yōu)化分析等將BIM技術(shù)運(yùn)用于超高層工程機(jī)電裝配的主要控制關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了剖析，以供參考。

【關(guān)鍵詞】BIM工程技術(shù);超高層工程;機(jī)電安裝施工;管線綜合優(yōu)化

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.12.067

引言：

BIM信息技術(shù)也就是建筑管理模式科學(xué)技術(shù)，又稱之為建筑物信息化管理系統(tǒng)，通過對(duì)建筑物內(nèi)所有信息數(shù)據(jù)的采集與整理，并利用相關(guān)的計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)建筑內(nèi)所有真實(shí)信息進(jìn)行仿真建模分析，之后再進(jìn)行三維可視化建模分析，進(jìn)而完成物業(yè)、機(jī)電設(shè)備財(cái)務(wù)管理、工程化財(cái)務(wù)管理。BIM技術(shù)需要同時(shí)具備信息內(nèi)容的統(tǒng)一性、完整性、關(guān)系、協(xié)調(diào)度、模擬性、可視性、可出圖性、優(yōu)化性能等諸多特征。

近些年來，BIM技術(shù)也逐步地在建筑行業(yè)獲得了應(yīng)用，并且由于其普及面的不斷擴(kuò)大，其全新的應(yīng)用理念也逐步地被建筑行業(yè)所接受，應(yīng)用，其實(shí)用價(jià)值也逐漸地在近幾年的建筑施工中得以全面的應(yīng)用。BIM技術(shù)與常規(guī)施工技術(shù)有很大不同，在建筑設(shè)計(jì)和施工工藝上都有很大的改進(jìn)。雖然傳統(tǒng)建筑模型可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況做了一些調(diào)整，但現(xiàn)在在線大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以用來為實(shí)際施工情況做總體規(guī)劃。所以，怎樣通過BIM技術(shù)，讓建筑的機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)與施工流程都能夠獲得更多效益，是機(jī)電專業(yè)的學(xué)員們需要仔細(xì)考慮的問題。

40層高以上，或者高度超過100公尺以上的建筑都可以被認(rèn)為超高層建筑。由于建筑樓層的增加，超高層房屋的機(jī)電施工難度也將會(huì)相應(yīng)提高，而如果機(jī)電線路發(fā)生了問題，將會(huì)嚴(yán)重影響消費(fèi)者的居住感受，在情況極其糟糕的狀況下，極有可能出現(xiàn)惡性事故。所以，在開展超高層建筑房屋機(jī)電安裝施工操作中，就需要運(yùn)用BIM技術(shù)，在建筑信息模型的幫助下，細(xì)化每一施工過程，以提高機(jī)電安裝施工的順利進(jìn)行。

1、某超高層建筑機(jī)電安裝工程概況

某市新城區(qū)的商業(yè)綜合建筑體，是一個(gè)商住二用的建筑物群。其上1～5層為商業(yè)區(qū)，并采取了中空環(huán)繞型的建筑設(shè)計(jì)，6～24層則為賓館房間;25、26二層為賓館復(fù)試食堂;27、28、29三層為賓館辦公室;30、31二層為電氣設(shè)備調(diào)試房間，每層層高度均為3.8米，在建筑地面上方建筑物主體的總標(biāo)高均為128.7米，建筑面積達(dá)到了71257.59平方米。另外，工程還包括共二層的地下室建設(shè)范圍，地下室第一層為大規(guī)模商品商場(chǎng);地下二層則為車房。該超高層工程建筑物的總綜建筑面積高達(dá)108357.68平方米高。在機(jī)電安裝工程開始啟動(dòng)以前，中國(guó)建筑總施工公司就對(duì)該超高層工程建筑物進(jìn)行了實(shí)地勘測(cè)，并發(fā)現(xiàn)的施工困難包括：首先，由于建筑物構(gòu)造及其復(fù)雜性，使得很多的機(jī)電管道都處在"穿插"狀態(tài)，且機(jī)電管道布置的空間密度很大;第二，在具有各種用途的建筑物樓層間的機(jī)電管道協(xié)調(diào)上出現(xiàn)了很大問題;第三，在機(jī)電工程正式啟用以前，該超高層經(jīng)商者對(duì)住宿二用房屋就已進(jìn)行過大量幕墻工程的安裝，使得部分樓的拐角處和其他部分地區(qū)被大量幕墻支撐構(gòu)件"擠占"，造成了機(jī)電安裝的施工空間狹窄，對(duì)施工隊(duì)伍的技術(shù)要求也很高;其四，根據(jù)業(yè)主單位對(duì)樓層吊頂尺寸的規(guī)定，應(yīng)當(dāng)保證0.3米的準(zhǔn)確性，而不能產(chǎn)生偏差。總體而言，在實(shí)施該超高層工程機(jī)電安裝工程項(xiàng)目時(shí)，仍存在著許多問題。所以，為提高施工方案設(shè)計(jì)的完備性，并防止由于考慮不周而造成返料問題，故工程安裝單位決定采用BIM施工信息模擬軟件系統(tǒng)，虛擬出超高層建筑物的建筑格局和重要機(jī)電管路結(jié)構(gòu)布置情況，對(duì)主要道路的建筑方向、重要機(jī)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)布置情況等進(jìn)行了多次論證。另外，工人在開展室外作業(yè)時(shí)，所用的支架等輔助設(shè)施的具體技術(shù)參數(shù)，都必須采用BIM模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終目的就是確保建筑品質(zhì)與施工人員安全，并在規(guī)定期限內(nèi)完工。

2、將BIM技術(shù)運(yùn)用在超高層機(jī)電設(shè)計(jì)上的優(yōu)點(diǎn)解析

采用BIM技術(shù)后，我們系統(tǒng)地測(cè)試和總結(jié)了本文所選摩天大樓的機(jī)電安裝設(shè)計(jì)，其總體優(yōu)勢(shì)如下：首先，BIM建筑信息模型系統(tǒng)用于優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，顯著解決安裝和運(yùn)行成本。最重要的是，由于摩天大樓的總高度接近130米，樓層總數(shù)為33層（包括地下部分），安裝隊(duì)人員不參與摩天大樓的設(shè)計(jì)和施工，故而對(duì)其結(jié)構(gòu)的熟悉程度還不夠。雖然后經(jīng)實(shí)地考察，設(shè)計(jì)出了施工的設(shè)計(jì)藍(lán)圖，但由于時(shí)間倉促，且受建筑物層高的影響，難免會(huì)存在出錯(cuò)、遺漏、瑕疵、突發(fā)狀況等問題。而通過運(yùn)用了BIM技術(shù)，則使得超高層工程建筑物中所有與機(jī)電裝配相關(guān)的參數(shù)“躍然紙上”。例如在30層以上的機(jī)電管道敷設(shè)時(shí)，工人必須在工程物體外圍完成部分作業(yè)，而隨著建筑物的高度升高，支撐設(shè)備自身的重量對(duì)整體工程的影響也逐步增加。而通過BIM數(shù)字施工模式的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)功能，得出的支撐設(shè)備施工成本相對(duì)于較預(yù)期的整改值下降幅度達(dá)到了40%，整體施工成本的節(jié)省程度也達(dá)到了10%，由此緩解了長(zhǎng)期困擾工程安裝隊(duì)伍的一個(gè)重要問題。

第二，對(duì)建筑施工全過程信息管理具有很好的輔助功能。在BIM軟件系統(tǒng)中還自帶了格式轉(zhuǎn)換功能，當(dāng)順利地虛構(gòu)出建筑物模式后，將其轉(zhuǎn)化成VRP格式，并采用了佩戴3D顯像眼鏡的方法，將三維或立體形式的建筑物模式清晰地展示于施工面前。尤其是在與機(jī)電管道布設(shè)相關(guān)的地方，當(dāng)科技人員親臨工程現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，盡管可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化觀測(cè)，但切入的視野卻常常受到影響，而形成了局限。當(dāng)在技術(shù)上的困難問題獲得了系統(tǒng)化的解答以后，技術(shù)人員組織者了工作人員開展參觀，并對(duì)在某些地方使用的特殊手段做出了說明，改善了傳統(tǒng)的技術(shù)交底模式。可以發(fā)現(xiàn)，在BIM工程模型和BIM機(jī)電建模中，主要組成部分都以灰、白、灰三原色表示。而技術(shù)人員所見到的色彩一旦為黑白，則表示在當(dāng)前角度下，目標(biāo)管道位于"迎光"的方位;出現(xiàn)了灰色，就表示視線方向已經(jīng)和初始的觀察方位出現(xiàn)了很大偏離。正基于此，在使用BIM技術(shù)輔助機(jī)電安裝時(shí)，相關(guān)技術(shù)必須關(guān)注機(jī)電管道以及管線中明暗程度的改變狀況，以避免遺漏，不然，將會(huì)產(chǎn)生新的問題。合理運(yùn)用自主研發(fā)的E-BIM 總包管理平臺(tái)，將BIM 模型構(gòu)建過程中生成的唯一二維碼與BIM模型緊密融合在一起，確保機(jī)電安裝施工管理人員只需要通過手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)終端設(shè)備掃描二維碼信息，即可及時(shí)的完成對(duì)模型信息、物資驗(yàn)收、問題標(biāo)注等相關(guān)內(nèi)容的查詢，確保了超高層建筑機(jī)電安裝施工的順利進(jìn)行，促進(jìn)了建筑機(jī)電安裝管理效率的有效提升。71CF97F0-F933-4548-B800-586655D43E78

第三，利用BIM的虛擬超高層建筑設(shè)計(jì)模式，對(duì)管線和支吊掛件等設(shè)施實(shí)行預(yù)制加工。然后運(yùn)用BIM信息技術(shù)，在完成模型設(shè)計(jì)后，再利用C4D應(yīng)用軟件中的body-painter應(yīng)用軟件，對(duì)機(jī)電線路設(shè)計(jì)實(shí)行虛擬控制，然后可以導(dǎo)出IFC格式設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)信息問題。經(jīng)過計(jì)算，在BIM信息技術(shù)的幫助下，在機(jī)電安裝施工中僅管線施工這項(xiàng)內(nèi)容，就降低了近六成的現(xiàn)場(chǎng)工程量。而且，在預(yù)加工以后，很多的管道材料可以進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后直接完成施工，也大幅度降低了危險(xiǎn)作業(yè)頻次。而經(jīng)過計(jì)算，近9成以上的危險(xiǎn)作業(yè)得以減少，為高空作業(yè)者額外支付了一項(xiàng)成本費(fèi)用，節(jié)約幅度達(dá)到5%。充分發(fā)揮BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，建立透明、可復(fù)制、可核查、可持續(xù)的協(xié)同工作環(huán)境，為建筑工程項(xiàng)目全生命周期中各方的及時(shí)溝通與信息共享提供技術(shù)支持。

第四，通過可視化設(shè)計(jì)提升空間利用水平。所謂視覺設(shè)計(jì)，是指設(shè)計(jì)師合理利用三維空間模型，規(guī)劃項(xiàng)目，研究和討論仿真參數(shù)的合理化，同時(shí)改變非理性區(qū)域。空間三維模型設(shè)計(jì)便于機(jī)器源輸送機(jī)的空間布置，通過機(jī)器源輸送機(jī)的各個(gè)方向的三維模型，可以更好地研究機(jī)器源輸送機(jī)的空間布置，同時(shí)可以合理地分析和討論由RevitMEP模型產(chǎn)生的物體輪廓，同時(shí)還可以通過利用剖面模型所帶有的材質(zhì)、技術(shù)參數(shù)等信息，更好地模擬出原機(jī)電管道的立體位置。這樣建立的可視化模式，既可以對(duì)剖面、平面、三維模型等都有一種更加直接的展示，以便更好地表達(dá)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)理念，又可以使工作人員更加清晰地了解設(shè)計(jì)者的意圖，從而促進(jìn)相關(guān)信息更為精準(zhǔn)地傳達(dá)，從而減少了因?yàn)閳D紙不清晰所造成的施工效果較差，甚至施工效果低下。

第五，通過聯(lián)合作業(yè)不斷完善工程模型設(shè)計(jì)。聯(lián)合作業(yè)首先要求與施工者全面的協(xié)調(diào)，施工人員一起針對(duì)每一種工程模式展開分析研討，然后再針對(duì)實(shí)際情況開展工程模式的工程設(shè)計(jì)調(diào)整，終于大家共同完成了一套基本成形的建筑工程模式。而RevitMEP模式則成為一種由軟件建設(shè)的共享平臺(tái)，首先要求多個(gè)工程設(shè)計(jì)人員共同完成了各機(jī)電管道的方案設(shè)計(jì)，之后大家依次將自身的方案及設(shè)計(jì)進(jìn)度上傳到了RevitMEP網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，終于，工程設(shè)計(jì)人員一起針對(duì)大家早已上傳的總體設(shè)計(jì)方案展開了研究討論，利用自身知識(shí)儲(chǔ)備共同完成了總體設(shè)計(jì)方案的進(jìn)一步完善，之后大家再一起共同努力對(duì)最后的總體設(shè)計(jì)方案做出了定稿，并力求以最大化合理性實(shí)現(xiàn)管線的整體空間排布。采用協(xié)同合作的方法，不但可以有效提升整個(gè)建筑設(shè)計(jì)的效率，還可以對(duì)不同學(xué)科實(shí)現(xiàn)最佳價(jià)值呈現(xiàn)，進(jìn)而創(chuàng)新出最佳設(shè)計(jì)方案，提升建設(shè)品質(zhì)。

第六，族庫本地化有利于滿足個(gè)性化要求。目前，隨著時(shí)間的前進(jìn)，技術(shù)的發(fā)展，全新的形象塑造技術(shù)已經(jīng)層出不窮，業(yè)務(wù)范圍也在逐步得到擴(kuò)展，但傳統(tǒng)的工藝技術(shù)卻早已無法滿足時(shí)代要求，也無法適應(yīng)市場(chǎng)高質(zhì)量的技術(shù)要求和人性化的應(yīng)用思維。所以，若要把BIM技術(shù)更好地運(yùn)用于施工及機(jī)電管線工程設(shè)計(jì)中，就可以有效地對(duì)施工品質(zhì)產(chǎn)生提升，從而提高工程使用者的信心。

3、將BIM技術(shù)運(yùn)用在超高處機(jī)電施工時(shí)的監(jiān)控重點(diǎn)進(jìn)行分析

3.1 BIM建模實(shí)施過程

在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，BIM科技并不算一種很新穎的事情，但早已成為了一種很常用的建筑設(shè)計(jì)重要性輔助建造技術(shù)手段。在第一步，首先由建筑設(shè)計(jì)方提出了BIM建筑設(shè)計(jì)模式，將建筑物中特定部位的建筑設(shè)計(jì)思路、形體特點(diǎn)等信息全面反映到建筑建模當(dāng)中，然后再將之提交給后續(xù)承擔(dān)建設(shè)的企業(yè)。在承擔(dān)機(jī)電安裝工作的企業(yè)拿到BIM建筑設(shè)計(jì)模式以后，針對(duì)建模特征，再根據(jù)企業(yè)的實(shí)際調(diào)研，產(chǎn)生了側(cè)著重于機(jī)電裝配的BIM機(jī)電模塊。在此時(shí)，由于建筑物的總體格局已經(jīng)開始建立，而一些無法改變的地方也已清晰標(biāo)注，因此機(jī)電安裝公司需要按照規(guī)定性的情形開展下第一步管理工作。然后，施工方在BIM機(jī)電建模的技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)原建筑圖紙加以了細(xì)分，并把在實(shí)地考察中得到的有價(jià)值的信息加入建模當(dāng)中，從而使建模過程得以更加的精細(xì)。

3.2基于BIM技術(shù)的超高層建筑物及機(jī)電管線綜合優(yōu)化分析

在超高層工程建設(shè)機(jī)電安裝過程中，所面臨的困境就是：一旦發(fā)生了機(jī)電管線或者是管線沖突現(xiàn)象時(shí)，如果只是根據(jù)傳統(tǒng)的管理規(guī)范避讓總原則上，如“電讓水、水讓風(fēng)、小管線讓大管線、冷管線讓溫水管、有壓管讓無壓管、重力排水管優(yōu)先”等原則上予以解決，問題非但沒有解決，而且反倒會(huì)受到超高層工程建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特殊性的影響，將問題進(jìn)一步擴(kuò)大化。在BIM軟件系統(tǒng)中，Navisworks功能可以根據(jù)建筑物中各個(gè)系統(tǒng)間的“矛盾”提問進(jìn)行解決。例如在本文所選取的超高層建筑物機(jī)電安裝案例中，利用BIM軟件Navisworks功能測(cè)量出的多控制系統(tǒng)間的矛盾多達(dá)6000多處，其中，在僅僅二層建筑地下室和五樓區(qū)域中，機(jī)電專用管道的方向就發(fā)生了“糾纏”、“沖撞”等主要問題的近1200處，機(jī)電管道和結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)矛盾處也多達(dá)近160處。若照搬中國(guó)傳統(tǒng)的問題處理方法，每出現(xiàn)一個(gè)問題就解決新問題一處，不但工作量龐大，而且在“解決問題”的過程中，很可能產(chǎn)生新問題。故采用了BIM機(jī)電模式，對(duì)管線的“纏繞”現(xiàn)象進(jìn)行梳理，找出“互不影響”、“節(jié)約空間”的最優(yōu)化方法，使問題得以實(shí)質(zhì)性解決。

3.3 BIM 技術(shù)在施工協(xié)調(diào)中的應(yīng)用

因?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)技術(shù)人員無法利用設(shè)計(jì)圖紙正確的表述和理解在超高層施工中的管井、十字相交節(jié)點(diǎn)、大型設(shè)備機(jī)房、局部分層較多的廊道等位置施工順序的關(guān)系。所以，建筑機(jī)電安裝施工公司在工程施工開始之前，就必須合理利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑機(jī)電安裝施工全部工序的數(shù)字化建模，并通過對(duì)設(shè)計(jì)模型施工節(jié)點(diǎn)的合理劃分，提出有針對(duì)性的建筑機(jī)電安裝施工方法，為今后建筑機(jī)電安裝施工的順利進(jìn)行作好了充足的準(zhǔn)備。施工人員在建筑機(jī)電施工過程中，則需要使用移動(dòng)終端設(shè)備查詢復(fù)雜建筑節(jié)點(diǎn)上的管道布置，以檢測(cè)管線的高度、直徑、翻彎部位和標(biāo)高等，并引導(dǎo)工作人員完成機(jī)電裝置的管道布設(shè)等作業(yè)。

3.4 BIM 技術(shù)在二次結(jié)構(gòu)預(yù)留預(yù)埋中的應(yīng)用71CF97F0-F933-4548-B800-586655D43E78

如果建筑工程中機(jī)電安裝施工僅僅單純的使用傳統(tǒng)二維圖紙分析和研究工程中機(jī)電安裝管線布置方法的話，不但無法在機(jī)電安裝工藝進(jìn)行之前準(zhǔn)確的判斷二次結(jié)構(gòu)中墻體留坑部位的尺寸，同時(shí)，由于不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)機(jī)電安裝過程中可能出現(xiàn)的任何類型的問題，預(yù)留基坑區(qū)域不能滿足機(jī)電安裝過程的要求。根據(jù)該問題，工程機(jī)電安裝及施工單位使用BIM技術(shù)調(diào)整數(shù)字構(gòu)建模式，準(zhǔn)確繪制墻面上二次結(jié)構(gòu)預(yù)留套管和孔洞定位圖，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行機(jī)電安裝項(xiàng)目的建立，不僅保證了套管的安裝和位置的準(zhǔn)確，還實(shí)現(xiàn)了機(jī)電安裝的效果與質(zhì)量。

結(jié)語：

本章通過對(duì)BIM技術(shù)的基礎(chǔ)描述，以及對(duì)其在建筑設(shè)計(jì)過程和施工流程中的關(guān)鍵技術(shù)探討，揭示了BIM技術(shù)對(duì)施工機(jī)電技術(shù)方面的優(yōu)越性，對(duì)機(jī)電管道的空間化排布、工程前期對(duì)機(jī)電管道的方案設(shè)計(jì)等工作都具有相當(dāng)積極的意義，可以有效的提升工程項(xiàng)目的執(zhí)行效果，從而縮短了工程項(xiàng)目執(zhí)行步驟，保持場(chǎng)地建設(shè)順序，優(yōu)化建筑物建設(shè)質(zhì)量，減少機(jī)電管線方案設(shè)計(jì)引起的成本增加，避免機(jī)電和電氣管線設(shè)計(jì)問題引起的成本增加。因此，BIM技術(shù)應(yīng)該在設(shè)計(jì)過程中得到更廣泛的推廣，以有效地推動(dòng)建筑物機(jī)電和電氣管線的設(shè)計(jì)和建設(shè)。

總之，換句話說，采用BIM技術(shù)，建立了數(shù)字化摩天大樓建設(shè)模式，提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，使中國(guó)工程機(jī)電安裝行業(yè)的發(fā)展更加高效環(huán)保。因此，建筑機(jī)電設(shè)備和施工公司需要進(jìn)一步研究和探索。通過控制機(jī)電設(shè)備控制整個(gè)建筑工程周期，BIM技術(shù)在中國(guó)摩天大樓機(jī)電設(shè)備建設(shè)中的應(yīng)用策略，實(shí)現(xiàn)了摩天大樓機(jī)電設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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