文｜ 上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司 鄭周寅

引言

近年來，因具有信息共享、一體化和建筑全生命周期等方面的優(yōu)勢，BIM 技術(shù)在建筑行業(yè)獲得了越來越多的應用。建筑機電作為建筑業(yè)中必不可少的重要組成部分，在當前項目規(guī)模越來越大、涉及專業(yè)越來越多的趨勢下，將BIM 技術(shù)作為指導建筑機電工程設(shè)計和施工的重要工具應用到項目建設(shè)中具有積極意義，有利于保障設(shè)計質(zhì)量、提高施工效率、完善項目效果。

一、BIM 技術(shù)在建筑機電工程的主要應用

（一）設(shè)計階段

1、協(xié)同不同專業(yè)之間的設(shè)計

建筑機電工程系統(tǒng)性較強，涉及的專業(yè)多。在設(shè)計的工作中，采用BIM 技術(shù)可以有效進行機電工程的平面設(shè)計，設(shè)計人員在工作之前可以使用相應的軟件，按照當?shù)氐膶嶋H情況合理設(shè)計其中的給排水、暖通、電氣、消防、建筑智能化、供電等，確保整體工程施工建設(shè)的安全性，提升整體機電工程設(shè)計的合理性。在實際工作中全面搜集各種數(shù)據(jù)信息，明確設(shè)計方案與內(nèi)容的應用特點與情況，利用BIM 技術(shù)調(diào)整機電安裝的設(shè)計方案，全面提升整體機電工程設(shè)計工作的科學性與合理性。

2、管線碰撞檢查及排布優(yōu)化

建筑機電工程具有明顯的集成特性，各類管線和橋架的碰撞檢查一直是一個重點和難點。傳統(tǒng)的碰撞檢查方面，只能采用二維圖紙的方式進行檢查，由于各類管線、橋架尺寸等均無法通過二維圖紙的方式精準呈現(xiàn)出來，難以將構(gòu)件碰撞的風險隱患準確反映出來，因此各構(gòu)成要素之間易發(fā)生沖突，隨之提升了管線排布難度。而采用BIM 技術(shù)措施可轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的工作方式，建立3D 管理方案，在建模功能的支持下，有助于全面開展碰撞檢查活動，一旦發(fā)現(xiàn)有碰撞方面的問題，可以通過調(diào)整管片位置等方法避免沖突。

因此整合各專業(yè)模型，將其集中呈現(xiàn)于BIM 平臺之中，此方式能夠在工程前期發(fā)現(xiàn)問題，有效避免了返工等現(xiàn)象，從根本上提升整體的建筑機電工程施工質(zhì)量。

3、可視化交底技術(shù)

在碰撞檢查的基礎(chǔ)上做進一步深化設(shè)計，根據(jù)檢查情況修改模型，隨后可形成施工模擬視頻，通過此方式呈現(xiàn)給廣大施工人員，從而達到可視化施工技術(shù)交底的效果，提高認知程度。

（二）施工階段

1、施工深化模型創(chuàng)建

施工深化模型是施工正式實施前開展的準備工作。施工管理人員以設(shè)計階段施工圖紙、模型成果為依據(jù)，根據(jù)自身的施工設(shè)施設(shè)備情況、施工組織規(guī)劃和現(xiàn)場條件，對設(shè)計模型成果進行進一步深化和調(diào)整，使模型中包含所有信息能合理滿足施工工藝、管理流程上的需求。深化后的模型最終應通過各參建單位的審核確認，最終用于指導施工作業(yè)。

2、進度計劃管理

在BIM 技術(shù)的支持下，能夠改變進度計劃與工程構(gòu)件相互隔絕的局面，從而形成動態(tài)連接。通過動態(tài)化的模擬方式，可綜合對比多種工藝方法，分析各自的可行性，以此為基準形成科學的方案。通過BIM 技術(shù)，可實時跟蹤實際施工情況，考慮現(xiàn)有施工資源，針對各個環(huán)節(jié)做出合理的分配，在掌握實際施工進度后，將其與計劃進度加以對比，總結(jié)出現(xiàn)偏差的原因，制定富有針對性的措施，從而調(diào)節(jié)項目進度，確保在既定工期內(nèi)完成各環(huán)節(jié)施工作業(yè)。

3、模擬施工應用

依托于BIM 技術(shù)，可完成對現(xiàn)場施工的模擬，事先優(yōu)化各道工序，創(chuàng)建科學的施工方案。在復雜管線系統(tǒng)中，模擬工作極具必要性，此舉可確保施工質(zhì)量并提升施工效率，有限的工程資源得到充分的利用，加快工程進度，在同一時間投入到多條生產(chǎn)線的施工作業(yè)之中。

二、BIM 技術(shù)在某市政污水廠項目建筑機電工程中的應用實例

1、工程概況：

某市政污水廠項目的主要工程內(nèi)容：排水工藝系統(tǒng)，建構(gòu)筑物、現(xiàn)場設(shè)施的改造、電氣系統(tǒng)、儀表及控制系統(tǒng)。工程主要難點特點及應對措施如下：

（1）工程規(guī)模特大、專業(yè)類型多

本工程涉及排水工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、電氣、儀表自控、暖通、除臭、給水、燃氣等多個專業(yè)。設(shè)計協(xié)調(diào)過程復雜，交接過程繁瑣，各個專業(yè)設(shè)計進度、成果的一致性把控難度大。

本工程將根據(jù)BIM 正向設(shè)計的工作模式和流程進行BIM 設(shè)計應用，實現(xiàn)跨專業(yè)、跨區(qū)域間的的模型整合、信息共享和交流，加強協(xié)作水平，避免由于信息不對稱造成的溝通不暢、中斷等一系列現(xiàn)實問題。通過BIM 協(xié)同設(shè)計管理，將多專業(yè)的設(shè)計成果整合，將協(xié)同設(shè)計管理平臺作為基于三維模型的在線交流渠道，設(shè)計人員在平臺中對完成的設(shè)計工作進行聯(lián)合審查，使設(shè)計人員之間的溝通更加清晰和全面，設(shè)計成果更加準確。

（2）管線設(shè)備復雜、傳統(tǒng)二維圖紙表達困難

本工程管線種類和數(shù)量繁多，包括給排水、強弱電、通風空調(diào)等，布線錯綜復雜；主要設(shè)備包括污泥切割機、污泥干燥機、冷卻器、廢氣風機、余熱鍋爐、污泥緩沖倉、半干脫酸塔、布袋除塵器等，設(shè)備數(shù)量多、體積大。

傳統(tǒng)二維制圖方法自由、修改靈活，但是各個視圖需要單獨繪制，工作周期較長，錯、漏、碰、缺難以避免。對于規(guī)模特大、設(shè)計復雜的建筑機電工程，上述問題的嚴重性更加凸顯。本工程中應利用BIM 模型協(xié)調(diào)、整合的特點作為輔助優(yōu)化工程設(shè)計成果表達的重要手段，通過各專業(yè)設(shè)計模型的碰撞檢查校核，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計表達不合理之處，發(fā)現(xiàn)并解決結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管線之間的空間沖突等問題。通過各個視圖的自動生成，減少圖紙表達不完全、不一致的問題。BIM 三維可視化的表達方式更好的輔助二維圖紙的表達，清晰的表達工程內(nèi)復雜的管線設(shè)備的空間排布。

利用BIM 技術(shù)的應用，預先解決管線碰撞沖突的問題，減少由此產(chǎn)生的變更，減少施工和管理的成本。

（3）設(shè)備管線安裝難度高

本工程污泥處理處置系統(tǒng)對安全、可靠、穩(wěn)定的要求特別高。工程內(nèi)的工藝設(shè)備、管線眾多，對其安裝、維修空間要求嚴格，需要做到仔細、認真，確保工程最終的施工質(zhì)量。

借助BIM 模型檢驗設(shè)備管線安裝籌劃方案的合理性、可實施性，以及不同工序、施工內(nèi)容之間安排穿插的可行性和合理性，減少不必要的工期浪費。根據(jù)BIM 布置模型，預測設(shè)備管線安裝工程中重點、難點環(huán)節(jié)，進行前期決策，對施工方案、過程進行可視化模擬，提高安裝實施的合理性。

2、本項目中建筑機電工程在設(shè)計階段的BIM 應用

（1）多專業(yè)正向設(shè)計模型創(chuàng)建

利用多種BIM 軟件，由本工程設(shè)計人員依照設(shè)計實際進度同步完成工藝、結(jié)構(gòu)、建筑、電氣、暖通除臭等各專業(yè)模型的創(chuàng)建，并依照設(shè)計過程的推進，逐漸加強設(shè)計模型的深度，各專業(yè)的設(shè)計討論、溝通、協(xié)調(diào)、決策宜基于三維模型進行（如圖1、2）。

（2）管線搬遷模擬

本工程與位置臨近、同步進行的某提標工程交界面多，基于對現(xiàn)狀工程及擬建工程整體統(tǒng)籌的考慮，需對現(xiàn)狀地塊內(nèi)的管線（雨水管、電纜）進行改造遷移，保證盡量減少對某污水處理廠正常運行的影響。

基于周邊地形、現(xiàn)有建筑、道路等信息及地下管線探測、障礙物、管線等的探測成果，擬借用BIM 技術(shù)對管線搬遷方案進行驗證，建立搬遷模擬，校驗管線搬遷方案的合理性和準確性（如圖3）。

（3）沖突檢測與管線綜合

工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、電氣、儀表自控、暖通除臭各專業(yè)模型的管線經(jīng)軟件設(shè)置后，通過相機視口觀察、漫游、碰撞檢查等手段，發(fā)現(xiàn)工廠系統(tǒng)設(shè)計中的沖突和碰撞，從而加強細部控制的力度，整合出三維校審和管線綜合優(yōu)化報告，交由各專業(yè)繼續(xù)進行深化，反復重復上述過程，直至全專業(yè)協(xié)同解決復雜區(qū)域的所有碰撞問題（如圖4、5）。

（4）輔助設(shè)計成果表達

二維圖紙仍然是設(shè)計成果表達和存檔的重要形式。本工程管道設(shè)備復雜，傳統(tǒng)二維制圖方法自由、修改靈活，但各視圖需單獨繪制，錯、漏、碰、缺難以避免。

本工程在借助BIM 技術(shù)和專業(yè)軟件完成工程設(shè)計的優(yōu)化后，以BIM 模型為基礎(chǔ)形成平面、剖面、詳圖等視圖，并結(jié)合相關(guān)標準，形成滿足審批審查、施工要求的二維圖紙，盡可能減少傳統(tǒng)設(shè)計手段中圖紙表達不一致的問題。對于復雜部位，可采用三維透視圖等方式對設(shè)計進行補充說明（如圖6）。

（5）管配件工程量統(tǒng)計

本工程管線包括工藝排水、給水、中水、強電、弱電、消防噴淋、通風空調(diào)、防排煙、天然氣等，管線錯綜復雜，管配件繁多，傳統(tǒng)的工程量統(tǒng)計工作易發(fā)生錯漏。利用校驗的BIM 模型進行精確的工程量統(tǒng)計，有效避免人工算量過程中的誤差損耗。同時，BIM 算量中信息聯(lián)動性的特點，在出現(xiàn)設(shè)計變更時，可通過模型的調(diào)整，自動實現(xiàn)相關(guān)工程量的變化，減少造價人員的重復工作量，也方便建設(shè)單位在不同的變更方案間，結(jié)合經(jīng)濟性和合理性進行選?。ㄈ鐖D7）。

圖1 某車間BIM 設(shè)計圖

圖2 某車間BIM 設(shè)計圖

圖3 管線搬遷模擬示意圖

圖4 某污泥處理工程焚燒區(qū)設(shè)備、管線模型與鋼平臺模型整合

圖5 碰撞檢查結(jié)果示意

圖6 BIM 模型輔助生成工程施工圖

3、本項目中建筑機電工程在施工階段的BIM 應用

（1）施工深化模型創(chuàng)建

根據(jù)項目進度計劃編輯WBS 并根據(jù)WBS 使用BIM 軟件搭建對應精度的模型；上傳BIM 應用成果文件，其中方案模擬(.mp4)、交互文件(.exe)等成果文件上傳至BIM 平臺；項目實施過程中根據(jù)現(xiàn)場實際進度，通過平臺上報：最小級WBS 上報施工開始時間，施工完成時間。施工場地重大設(shè)備進出場進行線上登記，完成平臺線上整改單審批流程（如圖8）。

（2）可視化指導施工

在項目實施現(xiàn)場配備高性能電子計算機和大型觸摸顯示屏，包含了所有施工圖設(shè)計、施工深化設(shè)計信息的BIM 模型和施工模擬文件等BIM 成果，在大型觸摸顯示屏中進行展示和瀏覽，使一線施工人員以及施工管理人員能快速、直觀、方便地查看設(shè)計方案（如圖9）。

（3）施工組織模擬

施工現(xiàn)場組織基于施工深化設(shè)計模型進行開展，包括：施工場地規(guī)劃、設(shè)備材料運輸路線模擬等，充分利用BIM 技術(shù)對施工組織方案提前進行模擬并優(yōu)化，從而使施工組織過程更具有可控性，施工實施更高效、經(jīng)濟、科學、合理。

（4）復雜節(jié)點施工方案模擬

采用BIM 可視化手段，對施工過程中復雜節(jié)點的施工方案進行模擬和驗證，從而優(yōu)化相應工作內(nèi)容的施工方案（如圖10）。

（5）施工進度計劃管理

根據(jù)施工深化設(shè)計模型、施工進度計劃資料，按照不同深度、不同周期的進度計劃要求，將進度計劃與施工深化模型進行關(guān)聯(lián)，結(jié)合虛擬設(shè)計與施工技術(shù)對項目實際進度和虛擬進度進行跟蹤和對比，從而科學有效的發(fā)現(xiàn)進度偏差，及時采取糾偏措施（如圖11）。

（6）竣工模型構(gòu)建

竣工交付階段應根據(jù)BIM 實施策劃及基于BIM 項目管理計劃整合完成項目竣工模型，竣工模型保證與實際建造的工程信息保持一致，為運維階段的BIM 技術(shù)應用奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

四、結(jié)語

隨著建筑建筑業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)機電工程領(lǐng)域所應用的二維圖紙已無法滿足建筑機電工程實施的需要，而依托BIM 技術(shù)在該領(lǐng)域的應用，能很好地呈現(xiàn)出機電安裝工程的具體情況，對施工方案做出合理的優(yōu)化，特別是能避免因多專業(yè)分別設(shè)計導致的管線碰撞等傳統(tǒng)技術(shù)難以在前期發(fā)現(xiàn)的問題，為后續(xù)各環(huán)節(jié)施工提供可行指導。該技術(shù)的應用極大地提高了建筑工程電氣設(shè)計的質(zhì)量和效率，其在建筑機電工程的應用有進一步提高的空間。

圖7 工程量統(tǒng)計

圖8 某建筑機電工程的施工深化設(shè)計示意

圖9 某工程的可視化指導施工方法示意

圖10 某工程的復雜節(jié)點施工方案模擬

圖11 某工程的施工進度計劃管理