張 克

(龍巖學(xué)院 福建龍巖 364000)

0 引言

建筑產(chǎn)業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中擔(dān)任著重要角色，目前盡管還保持著總值增長(zhǎng)，但是增幅較慢。而且建筑業(yè)屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)效率相對(duì)較低，由于信息溝通不暢，以及質(zhì)量、尺寸等原因，造成工程返工、工期延誤或是設(shè)備與材料浪費(fèi)等問題在建設(shè)中數(shù)見不鮮，加之設(shè)計(jì)圖紙修改頻繁未能及時(shí)糾錯(cuò)，給建筑業(yè)生產(chǎn)造成了極大的浪費(fèi)。

目前，在我國(guó)的建筑業(yè)的各大機(jī)電安裝項(xiàng)目中目前主要采用的是傳統(tǒng)的施工方式，由現(xiàn)場(chǎng)施工員讀懂圖紙，安排管線排布，之后依賴大量工人現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行加工、安裝，但這種方法需要在現(xiàn)場(chǎng)安排大量的操作工人，這給現(xiàn)場(chǎng)的日常管理帶來(lái)了一定壓力。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較復(fù)雜，工作界面混亂，工人工作效率較低[1]。而且現(xiàn)場(chǎng)加工必定需要很多動(dòng)火點(diǎn)，這無(wú)疑增加了現(xiàn)場(chǎng)的安全隱患。因此，很多的機(jī)電安裝企業(yè)開始嘗試采用BIM(Building Information Modeling)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)[2]。數(shù)字化加工及建造給機(jī)電安裝提出了更高的要求，對(duì)于管道不只停留在實(shí)現(xiàn)功能上，更從前期設(shè)計(jì)、施工管理、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等的角度提出了新要求[3]。

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，各行業(yè)數(shù)字化與信息化己經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的重點(diǎn)，在此情況下，建筑業(yè)的信息化發(fā)展成為必然。隨著建筑信息化的開展，三維展示及應(yīng)用的好處逐漸凸顯，可以在施工單位進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)前實(shí)現(xiàn)機(jī)電的綜合調(diào)整[4]，在前期能進(jìn)行方案比選，設(shè)計(jì)時(shí)做到綜合規(guī)劃，施工時(shí)能精確安裝[5]，不但能減少人工工作量，還能提高安裝工程質(zhì)量，節(jié)約資源，降低成本。為此，將機(jī)電安裝工程與BIM應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用BIM技術(shù)在工程全生命周期中對(duì)機(jī)電工程進(jìn)行管理和控制，是機(jī)電安裝工程將來(lái)的發(fā)展方向[6]。

近年來(lái)，研究BIM在整個(gè)生命周期中的應(yīng)用逐步發(fā)展，理論方面初現(xiàn)成效，對(duì)于實(shí)際BIM項(xiàng)目，主要是應(yīng)用在大型項(xiàng)目中，其應(yīng)用程度還不算廣，對(duì)于機(jī)電方面也缺少完整的應(yīng)用思路。由于機(jī)電安裝工程具有體量大、專業(yè)多、工作復(fù)雜等特點(diǎn)，而且在運(yùn)營(yíng)階段的管理較少涉及，因而，完整的分析在工程全生命周期中應(yīng)用BIM技術(shù)解決機(jī)電工程中的問題，對(duì)其發(fā)展具有重大意義。

1 機(jī)電安裝工程特點(diǎn)

機(jī)電安裝工程是建筑物及構(gòu)筑物中非常重要的一部分，是賦予整個(gè)項(xiàng)目血液和動(dòng)力的線路，在工程中起著非常重要的作用。建筑機(jī)電工程領(lǐng)域，本身就包括水電、暖風(fēng)等許多專業(yè)，管理難度較大。隨著消費(fèi)者需求的提升，現(xiàn)代社會(huì)中各類建筑項(xiàng)目也更為復(fù)雜，這些在機(jī)電工程中得到了體現(xiàn)，各類強(qiáng)弱電、給排水線路等設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，安裝也更復(fù)雜，管理也更為困難，技術(shù)要求也較高。其特點(diǎn)如下:

第一，覆蓋范圍廣。機(jī)電工程涉及的范圍很廣。它涉及各種工業(yè)領(lǐng)域，不僅在建筑和房屋建設(shè)領(lǐng)域，而且在機(jī)械、工業(yè)、工廠、制造、市政等機(jī)電安裝領(lǐng)域。而且機(jī)電工程涉及到給排水管道的安裝、各種電氣管線的人性化設(shè)計(jì)、焊接質(zhì)量、設(shè)備尺寸、設(shè)備定期更換等等問題，這些都由不同的專業(yè)人員分管，需要大量的溝通協(xié)調(diào)工作。

第二，對(duì)象單樣性。每一種建筑都有自己的功能，即使是同一棟建筑，也會(huì)有不同的功能。機(jī)電安裝管線和其位置要符合法律法規(guī)的規(guī)定，但是具體設(shè)置也需要符合建筑物實(shí)際情況和使用者的需求，每一處都需要單獨(dú)設(shè)計(jì)，不能完全復(fù)制。

第三，限制因素較多。機(jī)電工程并不是獨(dú)立完成的，需要在各個(gè)階段與其他專業(yè)互相溝通、配合。在設(shè)計(jì)之初，各專業(yè)需要考慮相互協(xié)調(diào)、相互回避，還要考慮各專業(yè)機(jī)電安裝的協(xié)調(diào)與施工、結(jié)構(gòu)的專業(yè);在施工階段，土建工程應(yīng)預(yù)留一些管孔；在運(yùn)營(yíng)階段，要考慮數(shù)據(jù)的完整性和規(guī)范性，便于后期管理。

在工程全生命周期中，涉及范圍廣，持續(xù)周期長(zhǎng)，限制因素多，運(yùn)營(yíng)維護(hù)頻繁的機(jī)電安裝工程，更需要加強(qiáng)各方的溝通與協(xié)調(diào)，以保證其順利進(jìn)行。

2 建筑機(jī)電安裝工程存在的問題

隨著建筑行業(yè)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越大，項(xiàng)目不僅僅要遵循法律規(guī)章，還需要提高用戶滿意度，用戶體驗(yàn)感的需求提升需要機(jī)電工程的發(fā)展與完善。機(jī)電安裝工程不僅僅只是滿足使用要求，還需要提高管理水平、提高技術(shù)水平，設(shè)計(jì)更為人性化，以滿足生活和生產(chǎn)的需要。由于機(jī)電設(shè)備安裝施工涉及專業(yè)多，對(duì)于項(xiàng)目經(jīng)理來(lái)說如何管理，對(duì)于施工人員來(lái)說，如何配合其他方達(dá)到準(zhǔn)確無(wú)誤的施工，都是較大的挑戰(zhàn)。目前，我國(guó)機(jī)電工程管理還存在一些不足之處，應(yīng)該采取有效的技術(shù)或方法來(lái)改善。

第一，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不完善。由于建筑機(jī)電安裝工程行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)沒有跟上機(jī)電技術(shù)、設(shè)備的發(fā)展，不能及時(shí)完善。所以在真正施工時(shí)，機(jī)電安裝工作經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)據(jù)可依、無(wú)規(guī)可循的情況。由于缺少這部分的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，也會(huì)導(dǎo)致機(jī)電行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)趨于惡性，不利于行業(yè)的發(fā)展。

第二，設(shè)計(jì)及安裝匹配度不高。建筑和機(jī)電行業(yè)設(shè)計(jì)階段和施工階段一般是分開的，施工階段人員應(yīng)盡量與設(shè)計(jì)階段人員進(jìn)行多次、有效的溝通，以確保施工準(zhǔn)確。由于目前設(shè)計(jì)方面，經(jīng)常修改，并沒有與施工方及時(shí)溝通，加上圖紙不規(guī)范的問題，導(dǎo)致設(shè)計(jì)施工互相脫離，無(wú)法準(zhǔn)確實(shí)施安裝工作，阻礙了行業(yè)發(fā)展。

第三，信息化程度低下。信息化建設(shè)是下一階段建筑業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo)。信息的互通能夠使機(jī)電項(xiàng)目各參與者便于交流，各信息傳達(dá)不容易失真，同時(shí)減少溝通成本，促進(jìn)機(jī)電安裝工程的發(fā)展。

3 BIM在機(jī)電安裝工程中的應(yīng)用點(diǎn)

某高校技術(shù)勞動(dòng)開發(fā)大樓投資1960萬(wàn)元，為5層標(biāo)準(zhǔn)層、地下2層，總建筑面積7682 m2，實(shí)驗(yàn)室及學(xué)生技能培訓(xùn)場(chǎng)所，本研究是基于該項(xiàng)目的BIM模型建造和使用，探討B(tài)IM機(jī)電工程在項(xiàng)目全生命周期中的應(yīng)用點(diǎn)。

3.1 應(yīng)用BIM使各專業(yè)參與規(guī)劃決策

在項(xiàng)目前期規(guī)劃階段，主要是利用BIM技術(shù)讓各個(gè)單位更為直觀地了解項(xiàng)目整體情況，更為準(zhǔn)確直觀地計(jì)算、評(píng)估各個(gè)方案，對(duì)項(xiàng)目全生命周期成本進(jìn)行預(yù)測(cè)，全方位進(jìn)行評(píng)價(jià)后確定較為合理的整體建筑方案。在該項(xiàng)目中，應(yīng)用BIM 技術(shù)在方案初期考慮充分利用自然資源，合理確定建筑類型、劃分建筑空間，盡量在提升用戶體驗(yàn)感的同時(shí)降低建筑能耗，降低污染，對(duì)確定后續(xù)機(jī)電設(shè)備的數(shù)量、類型等指引整體方向。

3.2 采用BIM機(jī)電工程設(shè)計(jì)更為合理

機(jī)電安裝工程涉及到建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管道、電氣等，主要目的是保證室內(nèi)電力供應(yīng)、通訊正常、給排水正常，防火等，因此它是賦予建筑物生命的系統(tǒng)，創(chuàng)建維護(hù)適宜的居住環(huán)境。而機(jī)電設(shè)備設(shè)計(jì)是指在保證建筑結(jié)構(gòu)形狀的前提下，對(duì)設(shè)備及各種管道進(jìn)行合理布設(shè)，充分利用建筑物室內(nèi)空間，保證建筑物正常運(yùn)行。

由于機(jī)電設(shè)計(jì)的特征，傳統(tǒng)模式下這部分工作較之前期具有明顯的順序關(guān)系。機(jī)電部分必須要在整體部分的設(shè)計(jì)完成后，才能在主體圖紙中添加設(shè)備、強(qiáng)弱電、水暖通的信息。

隨著社會(huì)發(fā)展需求的變化，以及設(shè)備更新?lián)Q代的原因，建筑物的功能也越來(lái)越復(fù)雜，而且業(yè)主需求可能會(huì)發(fā)生變動(dòng)，這些最為直接的影響是機(jī)電設(shè)備、管道的改變。當(dāng)機(jī)電設(shè)計(jì)完成后，如果建筑設(shè)計(jì)部分發(fā)生任何改動(dòng)，其他專業(yè)需要隨之變動(dòng)，若溝通出現(xiàn)差錯(cuò)，最終設(shè)計(jì)花費(fèi)的時(shí)間和精力會(huì)較大。該項(xiàng)目盡管是一棟地上5層，地下一層的單體式建筑，但是設(shè)計(jì)初期是辦公樓，設(shè)計(jì)后期又將之地下一層和地上兩層改成了實(shí)驗(yàn)室，因此其排水、強(qiáng)弱電及各類管道部分都發(fā)生了改動(dòng)。BIM在該項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的使用，能夠讓各專業(yè)保持更好的溝通，避免各專業(yè)之間的摩擦。一個(gè)部分發(fā)生了改變，后續(xù)及時(shí)進(jìn)行修正，大大縮短了設(shè)計(jì)的時(shí)間。

3.3 機(jī)電設(shè)備布設(shè)自動(dòng)化應(yīng)用

機(jī)電設(shè)備種類繁多，一般在設(shè)計(jì)布設(shè)階段是按照規(guī)范要求手動(dòng)布置。由于部分設(shè)備規(guī)則明確，當(dāng)BIM應(yīng)用于機(jī)電管理后，就能實(shí)現(xiàn)這部分機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)布設(shè)。本研究以某高校技術(shù)勞動(dòng)開發(fā)大樓中消防構(gòu)件的灑水頭為例，演示機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)布設(shè)效果。

首先需要繪制構(gòu)件模型。利用Revit軟件繪制使用噴頭和管帽，并加入各構(gòu)件屬性，如型號(hào)、大小、維護(hù)廠商、OmniClass編碼等，可以在設(shè)計(jì)階段就對(duì)信息進(jìn)行導(dǎo)入，而此屬性自此跟隨構(gòu)件到其生命周期結(jié)束，便于建立后續(xù)運(yùn)營(yíng)管理數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)管理機(jī)電設(shè)備。

接著，撰寫Dynamo模塊，制定布設(shè)規(guī)則。在撰寫該模塊前，需要確定構(gòu)件擺設(shè)的規(guī)則和分類，這些分類均可以通過查閱國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)完成。Dynamo是一種視覺程序設(shè)計(jì)工具，是將多個(gè)元素鏈接到一起以定義關(guān)系和組成自定義算法的動(dòng)作序列，開發(fā)者可使用其開發(fā)各種工具，以利用外部庫(kù)或任何具有API的Autodesk產(chǎn)品。該項(xiàng)目中，使用Dynamo Studio設(shè)定灑水頭布設(shè)規(guī)則，結(jié)果如圖1所示。而且，這些規(guī)則可以在設(shè)定后存儲(chǔ)為私人用，也可以上傳至網(wǎng)絡(luò)開放式平臺(tái)，豐富數(shù)據(jù)庫(kù)，讓更多參與者后續(xù)使用并完善。

圖1 自動(dòng)布設(shè)灑水頭dynamo規(guī)則

最后按照規(guī)則進(jìn)行自動(dòng)布設(shè)。根據(jù)之前撰寫Dynamo自動(dòng)布設(shè)灑水頭規(guī)則，利用 Dynamo抓取匯入Revit的Cad圖層，在抓取點(diǎn)位之后，可以調(diào)整樓層數(shù)以及高層，決定構(gòu)件放置的位置，并自行設(shè)定標(biāo)高、族的類型，最后根據(jù)輸入的高度以及規(guī)則，可自動(dòng)布設(shè)出灑水頭成果如圖2所示。

圖2 自動(dòng)布設(shè)灑水頭成果

3.4 機(jī)電管線碰撞綜合檢查

在傳統(tǒng)機(jī)電管線碰撞中，重復(fù)工作量非常大，這就是由于二維圖紙溝通不順暢的原因。BIM技術(shù)應(yīng)用能最大程度地發(fā)揮BIM所具備的參數(shù)化聯(lián)動(dòng)特點(diǎn)，從參數(shù)信息到形狀信息各方面同步的修改，而且也沒有改圖或重新繪圖的工作步驟，更改完成后的模型可以根據(jù)需要來(lái)生成平面圖、剖面圖以及立面圖。

該項(xiàng)目中的三維可視化模型便于討論修改，提高了建造工作效率。電暖氣、給排水、建筑、結(jié)構(gòu)等各專業(yè)利用共同的BIM平臺(tái)建構(gòu)自己的信息化模型，在平臺(tái)中搭建到一起，構(gòu)成完整的建筑模型。各專業(yè)銜接快，信息不會(huì)失真，且計(jì)算機(jī)技術(shù)能智能判斷碰撞類型并匯總，便于各個(gè)專業(yè)修改并實(shí)時(shí)顯現(xiàn)調(diào)整結(jié)果。

最后，可以建立可視化漫游模型，全區(qū)域凈高復(fù)核，尤其針對(duì)管廊等用二維圖表達(dá)困難的區(qū)域，三維模型能給施工方提供準(zhǔn)確信息。

3.5 施工管理的BIM應(yīng)用

該項(xiàng)目負(fù)一層及一層為實(shí)驗(yàn)室，設(shè)備眾多。在機(jī)電工程施工之前，可以對(duì)工程進(jìn)行模擬，通過三維漫游、透明度、動(dòng)畫來(lái)真實(shí)展示模型，通過設(shè)計(jì)人行路線感受該建筑及機(jī)電設(shè)備實(shí)體的特征，保證最終機(jī)電部分施工的效果。

施工中能應(yīng)用BIM實(shí)時(shí)查詢，并進(jìn)行信息更新。根據(jù)模型，BIM能協(xié)助施工人員實(shí)現(xiàn)3D機(jī)電安裝及設(shè)備模擬放置，同時(shí)添加設(shè)備的4D屬性。在施工中，只要選用任意設(shè)備實(shí)體，就可以查詢之前建模時(shí)輸入的各項(xiàng)信息，如名稱、類型、計(jì)劃安置時(shí)間等，并對(duì)場(chǎng)地信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，保證施工進(jìn)度和機(jī)電安排的配合度，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理。

施工中需要分期對(duì)機(jī)電工程成本進(jìn)行計(jì)算。由于機(jī)電工程不但復(fù)雜，而且工作量大，需要在施工中不斷拆分、統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)方式多用手工計(jì)算，管理難度大，準(zhǔn)確率不高。采用BIM進(jìn)行管理，成本實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)和更新，準(zhǔn)確率高，其數(shù)值還能得到參建各方的認(rèn)同。

在施工中，通過模型能明確各建筑安裝設(shè)備在建筑中的位置，從而降低施工返工率，提高工程質(zhì)量，降低資金損耗，也方便施工中成本信息的搜集及動(dòng)態(tài)管理。

施工中可以通過對(duì)各工序的三維仿真計(jì)算，計(jì)算出工序、工期、人力、機(jī)械、場(chǎng)地等資源的占用情況，根據(jù)本工程的情況，提前擬定設(shè)備供應(yīng)計(jì)劃，明確進(jìn)場(chǎng)時(shí)間，還可以實(shí)時(shí)調(diào)整，優(yōu)化施工進(jìn)度、資源配置和場(chǎng)地布局，實(shí)現(xiàn)多種施工方案的比較和選擇，從而更好地確定設(shè)備安裝的時(shí)間和順序。

3.6 機(jī)電安裝工程施工結(jié)束后的BIM應(yīng)用

施工結(jié)束后，進(jìn)入最后竣工結(jié)算階段，工程人員能夠利用BIM元素為實(shí)際構(gòu)件的特點(diǎn)，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)工程量明細(xì)，減少計(jì)價(jià)人員繁重的計(jì)算工作，提高了工作效率，其準(zhǔn)確性也比較容易能得到保障。

BIM技術(shù)成果不僅應(yīng)用在過程階段，在交付之后還需要繼續(xù)使用。特別是機(jī)電安裝工程，它與結(jié)構(gòu)工程相比，更新?lián)Q代時(shí)間短，更需要后期持續(xù)的維護(hù)和管理。BIM模型將構(gòu)件信息傳遞至運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，可以根據(jù)模型信息導(dǎo)出明細(xì)表，得到一系列規(guī)定格式的數(shù)據(jù)，比如項(xiàng)目中涉及到設(shè)備系統(tǒng)名稱、系統(tǒng)分類、編號(hào)、OmniClass編號(hào)、類型、數(shù)量、樓層、制造商、維修成本、直徑、溫度等級(jí)、上次維修日等信息，同時(shí)可以建立包含設(shè)備信息的Access數(shù)據(jù)庫(kù)，方便整個(gè)項(xiàng)目機(jī)電設(shè)備在運(yùn)營(yíng)階段的維護(hù)管理。如果出現(xiàn)問題，可以迅速查找該設(shè)備的信息，尋找維修廠家，或者進(jìn)行替換，而不需要查詢過多的紙質(zhì)材料。

4 結(jié)論

機(jī)電安裝工程是工程的重要組成部分，其順利完成關(guān)系著項(xiàng)目的使用質(zhì)量。將BIM技術(shù)引入機(jī)電安裝工程，在機(jī)電管線的設(shè)計(jì)階段以及施工階段可以真正起到縮減周期、協(xié)調(diào)各專業(yè)工作，在后期運(yùn)營(yíng)中能夠更好地管理，延長(zhǎng)其使用壽命，并提高其使用質(zhì)量。本文總結(jié)了全生命周期中BIM技術(shù)在機(jī)電工程中的應(yīng)用點(diǎn)，并通過實(shí)例測(cè)試，印證了各應(yīng)用點(diǎn)的可行性，為后續(xù)大型項(xiàng)目應(yīng)用該技術(shù)對(duì)機(jī)電工程進(jìn)行管理提供了分析基礎(chǔ)。