趙潤東 劉塵 程子陽 張帥

摘要：建筑信息模型技術(shù)（Building Information Modeling，BIM）是信息技術(shù)與建筑業(yè)的有機結(jié)合以及直接應(yīng)用，自21世紀初誕生以來已經(jīng)引起了整個建筑業(yè)的重大變革。大型工業(yè)廠房機電安裝工程中普遍存在著施工圖設(shè)計不協(xié)調(diào)、工程變更頻繁、各施工單位不協(xié)調(diào)等問題，影響整個工程建設(shè)。將BIM技術(shù)應(yīng)用于此類工程項目之中無疑能夠提高建設(shè)效率。本文從施工的可視化改進、工程變更管理、管道排布、信息與數(shù)據(jù)共享、工廠化預(yù)制、工程量統(tǒng)計對總結(jié)BIM技術(shù)在大型工業(yè)廠房機電安裝工程中的應(yīng)用，為BIM技術(shù)的推廣使用提供幫助。

關(guān)鍵詞：建筑信息模型技術(shù);工業(yè)廠房;機電安裝工程

一、前言

BIM技術(shù)通過收集建筑工程項目的各種數(shù)據(jù)建立數(shù)字化模型，利用仿真技術(shù)模擬出整個建筑的真實信息以指導(dǎo)工程施工，是對工程設(shè)計領(lǐng)域的一次革新[1]。由于該技術(shù)最大程度上挖掘了數(shù)字信息資源，借助數(shù)字模型來完成整個規(guī)劃、設(shè)計、施工等工作，貫穿了工程項目的全周期，對于提高施工效率以及工程質(zhì)量起到了重要的推動作用[2]。大型工業(yè)廠房機電安裝工程涉及不同施工單位，施工期間存在著眾多問題，導(dǎo)致施工工期不斷延長，甚至埋下安全隱患。BIM技術(shù)引入我國時間尚短，并未在工程施工中得到廣泛應(yīng)用，所以對此方面內(nèi)容展開深入分析無論是對理論研究還是實踐應(yīng)用均具有重要意義。

二、大型工業(yè)廠房機電安裝工程存在的問題

（一）施工圖設(shè)計不協(xié)調(diào)

大型工業(yè)廠房往往空間巨大，需要安裝的機電設(shè)備眾多，設(shè)計出的圖紙專業(yè)要求不僅相同，而不同專業(yè)水平的設(shè)計人員容易發(fā)生圖紙碰撞問題，施工圖設(shè)計不協(xié)調(diào)已經(jīng)成為整個建筑業(yè)共同性問題之一。近些年來工業(yè)廠房對空氣凈化提出了更高的要求，傳統(tǒng)的二次回風(fēng)系統(tǒng)越發(fā)難以滿足實際工作需要，新風(fēng)+風(fēng)機過濾單元（Fan Filter Units，F(xiàn)FU）+干盤管系統(tǒng)盡管減少了風(fēng)管數(shù)量，卻使得吊頂內(nèi)部多出數(shù)百臺風(fēng)機過濾單元，而風(fēng)機過濾單元又會與噴淋頭安裝位置發(fā)生沖突，由此導(dǎo)致圖紙設(shè)計期間消防專業(yè)設(shè)計人員根據(jù)消防要求進行設(shè)計，很少與暖通專業(yè)設(shè)計人員溝通，最終導(dǎo)致施工圖紙不得不重新排布，引起的施工圖設(shè)計不協(xié)調(diào)時有發(fā)生。

（二）工程變更頻繁

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，電子設(shè)備的更新?lián)Q代周期大幅縮短，大型工業(yè)廠房潔凈生產(chǎn)區(qū)的要求隨之提高，使用的機電設(shè)備經(jīng)常面臨著更換的問題。不同機電設(shè)備的參數(shù)、規(guī)格不盡相同，在整合成為一個系統(tǒng)時不可避免的發(fā)生沖突情形，導(dǎo)致原有施工設(shè)計不得不做出改變。此外，由于機電安裝工程往往牽一發(fā)而動全身，某個專業(yè)設(shè)計缺陷容易形成疏漏，在施工過程中不得不返回施工現(xiàn)場進行逐一核對，導(dǎo)致工程變更尤為頻繁。

（三）各施工單位不協(xié)調(diào)

大型工業(yè)廠房機電安裝工程往往是多個施工單位共同承建，包括土建單位、機電安裝單位、裝潢裝修單位等，每個施工單位均有著各自的操作規(guī)范，容易導(dǎo)致彼此之間形成干擾和沖突。以土建單位以及機電安裝單位為例，土建單位需要按照規(guī)定的時間內(nèi)將廠房地面澆筑好，而在此期間機電安裝單位正好需要對噴淋系統(tǒng)開展打壓試驗以確定有無漏點，在打壓試驗過程中必然會有漏點，漏水就會對土建單位地面澆筑施工帶來不良影響。在比如吊頂安裝單位與機電安裝單位，吊頂單位施工進度需要與機電安裝單位保持同步或者是相對滯后，一旦施工速度過快就會導(dǎo)致吊頂板框架已經(jīng)安裝完畢，吊裝空調(diào)機或者是干盤管尚未就位，工程不得不暫停或者是返工。

三、BIM技術(shù)在大型工業(yè)廠房機電安裝工程中的應(yīng)用

（一）施工的可視化改進

由于大型工業(yè)廠房機電安裝工程涉及多種構(gòu)件，不同施工單位模型數(shù)據(jù)不盡相同，所以必須在統(tǒng)一的模型構(gòu)建規(guī)則下完成BIM模型的建立，具體見表1。

BIM模型構(gòu)建完畢后將施工設(shè)計圖紙中各個專業(yè)部分交由專業(yè)設(shè)計人員進行復(fù)核。由于大型工業(yè)廠房機電安裝工程涉及大量的機電設(shè)備，所以在深化設(shè)計時需要仔細核對通風(fēng)裝置、空氣凈化裝置、排煙設(shè)備、給排水系統(tǒng)、真空設(shè)備、消防設(shè)備等管線的設(shè)計是否合理，按照樓層以及專業(yè)設(shè)立相應(yīng)的檔案夾，以形成綜合的、完整的平面圖以及管線圖。

（二）工程變更管理

以往計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）繪制的平面圖中需要作出改動時施工單位往往必須親臨現(xiàn)場以收集實際信息，據(jù)此計算出機電設(shè)備管道的相應(yīng)參數(shù)，業(yè)主與施工雙方再行協(xié)商以明確最終修改方案。BIM模型建立后無論是業(yè)主還是施工單位可以直接在構(gòu)建的可視化模型中對管路走向以及具體尺寸進行修正，所有信息一目了然，如總長度、附件以及閥門個數(shù)、拐點等[3]。為方便工程結(jié)算時的審查，BIM模型中改動均以不同顏色表示。以機電設(shè)備變更后通風(fēng)管道變更為例，在標(biāo)高4.518 m處需要增加1根管道，在拐角處有兩個拐點，整個管道于廠房卷簾門上方、通風(fēng)窗口下緣經(jīng)過。業(yè)主以及施工單位只需要調(diào)出該部分模型，在雙方商議后形成統(tǒng)一意見，于模型中做出修改即可，無須現(xiàn)場測量，具體見圖1。

（三）管道排布

機電設(shè)備要想正常運轉(zhuǎn)離不開合理的管道排布，但是，大型工業(yè)廠房吊頂區(qū)域內(nèi)作業(yè)空間有限，部分管道高度與施工人員腰部齊平，部分區(qū)域經(jīng)常被大型風(fēng)管遮擋或者是堵死，使得管道排布面臨著較大的難度，后期維護工作艱巨。BIM模型是基于整個大型工業(yè)廠房的參數(shù)信息建立的模型，形成的可視化模型與實際工程并無明顯差異，在模型中可通過調(diào)整視角、轉(zhuǎn)換空間等方式從多個角度觀察空間部分，為管道排布提供可靠的指導(dǎo)[4]。在實際施工過程中不同管道之間、管道與墻體之間容易出現(xiàn)碰撞的情形，此點也是困擾大型工業(yè)廠房機電安裝工程的棘手問題，一旦發(fā)生碰撞勢必會導(dǎo)致管道間相互干擾，甚至影響施工。在BIM模型中結(jié)構(gòu)工程師（Structural Engineer）、建筑師（Architect）、水電風(fēng)專業(yè)（Mechanical， Electrical & Plumbing，MEP）工程師建立相應(yīng)的專業(yè)模型后由系統(tǒng)進行統(tǒng)一開展管道交叉結(jié)構(gòu)沖突的檢驗工作，鏈接不同模型開展碰撞檢查并自動生成施工圖，便于指導(dǎo)實際施工工作[5]。管道間的碰撞以及管道與墻體間的碰撞檢查見圖2、圖3。

（四）信息與數(shù)據(jù)共享

大型工業(yè)廠房機電安裝工程的順利進行有賴于土建單位、機電安裝單位、裝潢裝修單位等相互協(xié)調(diào)、相互溝通，將手中的數(shù)據(jù)信息共享，便于科學(xué)設(shè)計不同的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。BIM技術(shù)構(gòu)建的模型完全是依據(jù)大型工業(yè)廠房機電安裝工程的數(shù)據(jù)信息建立，并且該模型貫穿了工程的整個生命周期[6]。各專業(yè)模型通過鏈接整合成為一個全面而系統(tǒng)的模型。每個單位均是模型中的一員，并且在實際工作中隨時可以借助平臺查閱其他模型參數(shù)信息，如此一來，某一個單位完全能夠通過模型置管的了解其他單位的相關(guān)信息，及時發(fā)現(xiàn)管道最低點是否與其他單位發(fā)生沖突，真正實現(xiàn)信息與數(shù)據(jù)共享的目的，整個大型工業(yè)廠房機電安裝工程的工作模式也發(fā)生了本質(zhì)性的改變，具體見圖4。

（五）工廠化預(yù)制

為了減少大型工業(yè)廠房機電安裝工程中管道加工工作量，以往的施工多采取工廠化預(yù)制，依據(jù)施工單位提供的管件、閥門組、配件等參數(shù)預(yù)先制備以及整體安裝，以實現(xiàn)提高施工效率的目的。然而，此種方式補足之處在于機電安裝工程的不可預(yù)測性較大，管件、閥門組、配件等參數(shù)往往存在著一定的誤差，此種誤差就會導(dǎo)致工廠化預(yù)制與實際安裝發(fā)生沖突，偏差大的管道難以調(diào)整或者是補救，造成不必要的浪費情形[7]。在BIM模型中施工人員不僅可以詳細掌握管件、閥門組、配件等參數(shù)信息，還可以利用自動生成系統(tǒng)將錄入的各種參數(shù)信息進行檢驗，發(fā)現(xiàn)存在問題的環(huán)節(jié)后對相應(yīng)數(shù)據(jù)進行調(diào)整，最終形成規(guī)格參數(shù)統(tǒng)一的預(yù)制加工圖[8]。工廠化預(yù)制完全按照該預(yù)制加工圖加工相應(yīng)的構(gòu)件并在平地上組裝，一方面提高了整個工廠化預(yù)制的精度，另一方面實現(xiàn)了生產(chǎn)過程以及安裝過程的相互分離，使得施工進度得到了有效的提升。在工廠化預(yù)制產(chǎn)品就位之后即可以一次性準確裝配，將產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、安裝所需時間進一步壓縮。

（六）工程量統(tǒng)計

近些年來大型工業(yè)廠房機電安裝工程造價不斷提高，由于工程量計算偏差使得結(jié)算工作充滿了眾多的矛盾。即便是當(dāng)下大型工業(yè)廠房機電安裝工程計算量依然占據(jù)整個工程預(yù)結(jié)算編制工作的五成以上。CAD的運用雖然在一定程度上減輕了工作強度，但由于前者需要大量的手動操作，人為因素必然會給整個計算工作帶來一定程度的不利影響[9]。大型工業(yè)廠房機電安裝工程本身具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用的機電設(shè)備種類多樣、安裝困難等特點，最終形成了工程量計算精度低、重復(fù)冗余的局面。

BIM技術(shù)的本質(zhì)上為數(shù)字信息的運用，利用電子計算機所具有的智能化來對參數(shù)化處理的建筑物進行處理，在構(gòu)建的模型中所有構(gòu)件均是由數(shù)據(jù)所構(gòu)成，相應(yīng)的信息均能夠通過算法運算，從而便于施工人員識別模型之中的構(gòu)件，內(nèi)嵌的幾何信息、物理信息、空間信息能夠自動統(tǒng)計各種構(gòu)建信息，生成的結(jié)果與實際相吻合[10]。即便是作出的修改亦能夠在模型中得到相應(yīng)的體現(xiàn)，便于審查的順利進行，正是基于BIM模型所具有的種種優(yōu)勢，使得借助該模型計算出來的工程量具有極高的準確性，更容易得到業(yè)主以及施工單位的認可。

四、小結(jié)

BIM技術(shù)構(gòu)建的模型以三維狀態(tài)為基礎(chǔ)，與以往采用二維狀態(tài)截然不同，并且在大型工業(yè)廠房機電安裝工程中貫穿了整個生命周期，施工人員無須深入施工現(xiàn)場即可以觀察各個建筑構(gòu)建、機電設(shè)備的安裝信息，便于分析機電設(shè)備安裝是否合理。尤其是大型工程項目中BIM模型的可視化進一步提高了施工效率，有效的杜絕了以往施工期間暴露出來的問題，如施工圖設(shè)計不協(xié)調(diào)、工程變更頻繁、各施工單位不協(xié)調(diào)等。更為重要的是，BIM技術(shù)真正實現(xiàn)了不同施工單位之間信息的共享，便于開展協(xié)同工作，為整個項目按序施工提供強有力的保障。鑒于BIM技術(shù)具有的種種優(yōu)勢，將其應(yīng)用于大型工業(yè)廠房機電安裝工程中已經(jīng)具備較高的可行性及可操作性，并且也必將成為今后建筑業(yè)的主流發(fā)展方向。

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