BIM技術(shù)在機(jī)電安裝工程中的優(yōu)化應(yīng)用

賈淑明，劉 君

(蘭州工業(yè)學(xué)院 土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050)

在大型建設(shè)項(xiàng)目中，為了縮短施工工期，保證工程質(zhì)量，提升建設(shè)項(xiàng)目的整體效益，近年來(lái)BIM技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用愈加成熟。BIM技術(shù)的應(yīng)用可以提高建筑管理水平，該技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用于各類建筑施工的管理當(dāng)中[1]。

機(jī)電安裝工程是房屋建筑施工中的重要組成部分。BIM技術(shù)在機(jī)電安裝過(guò)程中的應(yīng)用必須結(jié)合實(shí)際工程量和建設(shè)需要。機(jī)電安裝過(guò)程中有很多管道,為保證施工進(jìn)度和工程質(zhì)量，要結(jié)合工程實(shí)際、科學(xué)分工、明確工程建設(shè)人員配備，確保按各專業(yè)合理安排。通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)，可以科學(xué)地排布管道，確保安裝管線信息的準(zhǔn)確性和可靠性，優(yōu)化人員和材料的供應(yīng)，提高機(jī)電安裝工程質(zhì)量。

根據(jù)機(jī)電安裝的實(shí)際情況，我們可以獲取區(qū)域管道分布情況，尤其是在醫(yī)院大樓走廊和設(shè)備用房等區(qū)域，大多都有密集的管道分布。因此，我們需要充分利用BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，合理規(guī)劃線路，確保線路暢通，減少不必要的空間占用，全面提高空間利用效率，確保機(jī)電安裝的整體質(zhì)量和效益。此外，BIM技術(shù)還可以促進(jìn)三維模擬的實(shí)現(xiàn)，充分了解線路的位置，并獲得準(zhǔn)確可靠的信息，以便在設(shè)定空間內(nèi)進(jìn)行機(jī)電安裝[2]。

1 傳統(tǒng)機(jī)電安裝工程施工中常見(jiàn)的問(wèn)題

1)整體效果不理想。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷提高，各種建筑形態(tài)相繼出現(xiàn)，但也存在一些問(wèn)題，如公共區(qū)域燈具安裝偏差、消防噴淋頭安裝不合理、地下室部分管線、線槽等安裝地高低不一，影響機(jī)電安裝工程的整體效果和后期的使用要求。

2)各專業(yè)管線碰撞。由于機(jī)電安裝現(xiàn)場(chǎng)管線眾多，施工過(guò)程中各管線會(huì)存在不同程度的沖突，如風(fēng)管與水管的碰撞、水管與橋梁的沖突、專業(yè)管線與建筑結(jié)構(gòu)的沖突等，給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)了更大的困難和無(wú)盡的問(wèn)題，這將導(dǎo)致后期的拆除和重建，項(xiàng)目成本增加。

3)預(yù)留洞偏差。機(jī)電安裝工程預(yù)留洞口是一項(xiàng)重要工作。無(wú)論是住宅樓還是大型綜合樓，管道或橋梁都將穿過(guò)墻體。如果預(yù)留洞口位置有偏差或遺漏，將對(duì)后續(xù)綜合管線施工產(chǎn)生重大影響。如果開(kāi)口尺寸較大，嚴(yán)重情況下會(huì)降低建筑的整體安全性能。

4)材料管理困難。由于機(jī)電安裝涉及不同的專業(yè)，所需材料較多，工藝復(fù)雜，因此在機(jī)電安裝施工過(guò)程中，材料管理尤為重要。目前，機(jī)電安裝材料的操作比較統(tǒng)一，基本上依靠庫(kù)存管理，材料的使用記錄在庫(kù)存記錄中。由于施工過(guò)程中使用的材料相對(duì)較多，很難將其全部記錄下來(lái)，因此很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。此外，材料的使用很難做到全面，這將使管理和材料成本的控制更加困難[3-4]。

2 BIM 技術(shù)在機(jī)電安裝施工中的應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目概況

該工程為某醫(yī)院內(nèi)科綜合大樓項(xiàng)目，總建筑面積33 720 m2，其中地上26 410 m2，地下7 310 m2。建筑類別為一類高層公共建筑，建筑物主要結(jié)構(gòu)選型為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑層數(shù)地上18層，地下2層。該建筑設(shè)計(jì)使用年限50年，建筑抗震設(shè)防烈度為8度(0.3g),建筑高度61.80 m，建筑等效長(zhǎng)度58.40 m。該建筑基礎(chǔ)采用平板式筏形基礎(chǔ)。

本工程地下室設(shè)備用房較多，給排水、電氣、消防以及暖通等管線密集。由于地下室管線數(shù)量龐大，管線分布復(fù)雜，很容易發(fā)生“錯(cuò)、漏、碰、缺”等問(wèn)題。為保證施工質(zhì)量和建設(shè)工期，項(xiàng)目部決定采用BIM技術(shù)，通過(guò)BIM建模優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，深化復(fù)雜節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，并向建筑管理人員和技術(shù)人員進(jìn)行可視化技術(shù)交底。項(xiàng)目建筑模型和機(jī)電安裝模型如圖1～2所示。

圖1 建筑模型

圖2 機(jī)電安裝模型

2.2 碰撞檢測(cè)

二維圖紙時(shí)代做碰撞檢測(cè)需要各相關(guān)專業(yè)工程師審閱大量的工程圖紙，共同檢查碰撞情況。這種碰撞檢測(cè)耗時(shí)費(fèi)力，容易出現(xiàn)錯(cuò)、漏等問(wèn)題和統(tǒng)計(jì)不完整情況，很難準(zhǔn)確匯總碰撞結(jié)果。機(jī)電安裝施工過(guò)程中，各環(huán)節(jié)之間可能與實(shí)際施工過(guò)程存在相互沖突、干擾。應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行管線碰撞檢測(cè)，則能夠在施工之前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，合理預(yù)防矛盾與沖突。在實(shí)際施工碰撞檢測(cè)中以硬碰撞檢測(cè)為主[5]，并以BIM碰撞模擬結(jié)果為依據(jù)，盡可能調(diào)整管線之間分布與間距，保證調(diào)整后的排布最優(yōu)化，提高機(jī)電安裝工程的規(guī)范性。本項(xiàng)目利用Autodesk Navisworks軟件進(jìn)行碰撞檢測(cè)，生成碰撞報(bào)告，對(duì)各碰撞點(diǎn)逐一進(jìn)行修改、優(yōu)化。

2.2.1 硬碰撞

機(jī)電工程中多個(gè)機(jī)電管件在空間布局中出現(xiàn)交叉、包含和重疊的現(xiàn)象，通常稱為硬碰撞。這種類型的碰撞將不可避免地導(dǎo)致對(duì)機(jī)電安裝項(xiàng)目進(jìn)行改進(jìn)。這種情況下，設(shè)計(jì)、施工人員極力配合，重新設(shè)計(jì)管線排布，調(diào)整路線和變更圖紙，優(yōu)化設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目在碰撞檢查中硬碰撞出現(xiàn)843處。逐一對(duì)碰撞點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。地下一層中水泵房?jī)?yōu)化前后對(duì)比效果如圖3～4所示。

圖3 水泵房?jī)?yōu)化前效果

圖4 水泵房?jī)?yōu)化后效果

2.2.2 軟碰撞

機(jī)電工程中多個(gè)機(jī)電管件在空間布局中未出現(xiàn)交叉、包含和重疊的現(xiàn)象，但是，兩者之間的距離小于最小預(yù)設(shè)設(shè)計(jì)值，通常稱為軟碰撞。風(fēng)管與空調(diào)冷凝水管距離過(guò)小，不符合設(shè)計(jì)或安裝要求，這會(huì)導(dǎo)致軟碰撞。軟碰撞的發(fā)生首先導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備與管道之間的預(yù)留空間不足，不利于今后的維護(hù)和交換。在軟碰撞的情況下，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況實(shí)施優(yōu)化。對(duì)于以后可以修理和更換的設(shè)備和管道，必須進(jìn)行糾正，并調(diào)整距離以滿足要求。對(duì)于使用壽命長(zhǎng)、更換可能性低的設(shè)備和管線可不予調(diào)整。

本項(xiàng)目在碰撞檢查中軟碰撞出現(xiàn)351處。逐一對(duì)碰撞點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。第5-6層之間風(fēng)管軟碰撞如圖 5所示。

圖5 風(fēng)管軟碰撞情況

2.3 空間校驗(yàn)

對(duì)建筑機(jī)電安裝部位進(jìn)行空間校驗(yàn)，主要體現(xiàn)在以下2個(gè)方面：

1)可以清晰地體現(xiàn)處理區(qū)是否符合現(xiàn)場(chǎng)綜合管線施工要求，合理充分安排管線走向，明確施工問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整。

2)能清楚顯示凈高是否滿足施工要求，提前測(cè)量綜合管線的凈高，明確哪些位置可以用綜合支架排布，減少錯(cuò)誤及返工[6]。

醫(yī)院建筑要求診查室的凈高宜大于2.6 m，公共走廊凈高宜大于2.3 m，病房?jī)舾咭舜笥?.8 m。結(jié)合建筑設(shè)計(jì)中各空間功能凈高的相應(yīng)要求，對(duì)該項(xiàng)目?jī)舾哌M(jìn)行檢查，對(duì)于凈高不滿足要求的管線必須進(jìn)行優(yōu)化和重新調(diào)整。優(yōu)化后該項(xiàng)目對(duì)于機(jī)電安裝中管道的綜合布置和各房間凈空高度的優(yōu)化是有效的。

2.4 綜合管線排布

在傳統(tǒng)的機(jī)電安裝過(guò)程中，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，施工過(guò)程中很難避免各專業(yè)施工之間的沖突，BIM技術(shù)的應(yīng)用很好的解決了此類問(wèn)題。對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行三維建模，將建筑或者結(jié)構(gòu)模型和機(jī)電安裝模型合并在同一個(gè)模型中分析，并找出設(shè)計(jì)圖紙中存在的深層沖突問(wèn)題，如地下室走廊和設(shè)備間由于空間狹小、管線眾多繁雜，使其涉及到不同專業(yè)更為復(fù)雜的管線施工。如果按照傳統(tǒng)的建筑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工，很難避免不同專業(yè)之間的沖突。取而代之的是采用BIM技術(shù)進(jìn)行綜合管道布局，并采用3D模型取代傳統(tǒng)平面圖，有效解決了管線之間的碰撞問(wèn)題，避免了返工、拆除等情況，同時(shí)確保了施工質(zhì)量和機(jī)電安裝整體的美觀性。

綜合管線排布調(diào)整前后的模型對(duì)比如圖6～7所示。

圖6 調(diào)整前的三維模型

圖7 調(diào)整后的三維模型

2.5 施工模擬

施工模擬是借助模擬軟件虛擬地進(jìn)行建筑物的建筑施工全過(guò)程。操作程序是首先將全部的機(jī)電設(shè)計(jì)圖紙導(dǎo)入Autodesk Navisworks軟件中，打開(kāi)Timeliner并導(dǎo)入建設(shè)項(xiàng)目施工進(jìn)度計(jì)劃，同時(shí)需要插入與各個(gè)鏈接施工階段相應(yīng)的構(gòu)件。模擬的施工過(guò)程會(huì)以三維動(dòng)畫(huà)的形式進(jìn)行展示。施工過(guò)程模擬的作用主要體現(xiàn)在建筑施工過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)管理上，它能夠幫助項(xiàng)目管理人員對(duì)工程中的人、材、機(jī)等資源進(jìn)行控制管理，同時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工方案模擬，能夠快速高效的提高施工溝通效率，實(shí)現(xiàn)施工方案的可視化交底，提高工程質(zhì)量和施工現(xiàn)場(chǎng)的管理能力。同時(shí)業(yè)主們也可通過(guò)施工模擬對(duì)工程款進(jìn)行分期結(jié)算。此外，施工模擬現(xiàn)階段用于一些大型工程投標(biāo)中，利用三維模型或施工動(dòng)畫(huà)進(jìn)行直觀的呈現(xiàn)，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力[7]。

對(duì)于機(jī)電安裝施工來(lái)說(shuō)，進(jìn)行施工模擬意義重大。大型項(xiàng)目的機(jī)電安裝部分管線眾多，不同專業(yè)施工人員交互作業(yè)，合理安排相關(guān)設(shè)備和管線的安裝順序至關(guān)重要。而在施工中常常會(huì)出現(xiàn)搶工的現(xiàn)象，這樣會(huì)造成其他管線系統(tǒng)的安裝空間不足的情況，從而產(chǎn)生返工的情況。這樣不僅延誤施工工期，同時(shí)大大增加了建筑施工的成本。因此，在建設(shè)項(xiàng)目開(kāi)工之前，利用BIM技術(shù)對(duì)施工方案全過(guò)程進(jìn)行模擬，會(huì)有效避免此類問(wèn)題的發(fā)生。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于建筑行業(yè)而言，BIM技術(shù)是一項(xiàng)新興技術(shù)，在建筑機(jī)電安裝工程中使用，能夠促進(jìn)機(jī)電安裝質(zhì)量和提高施工效率。在應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)，要做好管線碰撞檢測(cè)工作，合理優(yōu)化管線排布。對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行全面的控制，確保機(jī)電安裝工程的質(zhì)量和整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的綜合效益。

BIM技術(shù)不僅廣泛應(yīng)用于機(jī)電工程的深化設(shè)計(jì)，而且還可更多地應(yīng)用于項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)材料的精細(xì)化管理、可視化管理、機(jī)電工程的預(yù)留與埋設(shè)、管道支架的設(shè)計(jì)與計(jì)算等方面，優(yōu)化項(xiàng)目成本管理?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在不久的將來(lái)BIM技術(shù)的應(yīng)用將成為機(jī)電安裝工程建設(shè)的主流，前景十分廣闊。

總而言之，BIM技術(shù)對(duì)于機(jī)電安裝工程的意義是巨大的，能夠保證施工過(guò)程的準(zhǔn)確性和可控性，能夠全面提高施工管理人員的技術(shù)水平和成本把控意識(shí)，做到提高施工效率，降低工程成本。