BIM技术在高层建筑机电施工中的应用

随着建筑技术的发展，越来越多的高层、特别是超高层建筑在国内遍地开花，而在超高层建筑中机电施工如何更好的紧跟技术发展脚步，开拓创新，更好的处理好施工中的重点难点技术问题，成为了众多机电施工单位的发展的突破瓶颈，若要立足高层建筑市场，就要保证施工质量达到设计要求和规范标准，同时又能降低成本提高效率，而随着BIM技术的推广使用，高层建筑中机电施工技术又得到一个利器。BIM技术是工程项目通过技术管理、进度管理、质量管理、安全管理、协调管理等方面所开展。本文将着重讲述BIM技术在高层建筑机电安装施工中的应用。

关键词：高层建筑；机电安装；BIM技术

近几年房地产的发展和城市化进程的加剧，使得建筑行业的也一片繁荣景象。但是行业整体能力参差不齐，开放式管理生产效率低下，机电施工尤甚，由于受到设计制约、土建工作面制约，以及相关技术方面的制约，作为建筑物内部命脉的机电专业的发展，也相对限制了建筑行业的整体水平线。根据美国《经济学人》调查表明，25%-30%的施工流程是返工工作；建筑劳动30%-60%浪费在交错工序、返工中；建筑材料浪费率10%以上。以上数据表明建筑行业包括机电专业的精细化管理亟待解决，在这样的一个大环境下，BIM技术逐步兴起，BIM（Building Information Modeling）—建筑信息模型，是指建筑物在设计和建造过程中，创建和使用的可计算信息，是数字化的建筑多维信息模型。所有的工程数据，提供可自动计算、查询、组合拆分的实时工程数据。为项目信息创建、管理提供准确、实时的共享数据平台。在整个系统的运行过程中，要求甲方、设计方、监理方、总包方、分包方、供应方多渠道和多方位的协调，并通过网上文件管理协同平台进行日常维护和管理。BIM系统管理贯穿建筑物的设计、施工、运营，包含设计方、施工方、建设方等多单位的工作。BIM技术逐步得到行业和国家的认可，施工管理的开放式管理，也逐步走向精细化，节约式。本文针对机电施工过程中出现的普片问题，就BIM技术给予的新型解决方案加以概述。

1、管线综合图（Combined Services Drawings）的应用

如果一个建筑物比作一个人的话，那么机电管线就是这个人的血管经脉，一般小型建筑或住宅建筑可能较为简单，但高层建筑、超高层建筑由于多为商业综合体，建筑内业态复杂，设计标准严格，设计要求高，造成了机电管线系统复杂，管线路由密集，而高层建筑、超高层建筑业态要求净空高度高，于是空间小，管线多的管线综合排布问题会导致后期施工过程中的反复拆改。

早期由设计院给出的设计图纸图纸，因为是分专业设计的思路，致使后期机电专业的及时绘制综合管线图(CSD图- Combined Services Drawings)，也只是将各专业的平面布置图进行简单的叠加，在叠加过程中按一定的原则，如小管道避让大管道，有压管道避让无压管道，水管避让电管道等，确定各种系统的管线的相对位置，确定相对位置后，进一步确定各管线的原则性标高，并针对关键位置绘制局部剖面图，最终完成管线综合图纸CSD图。但由于是以二维管线图纸来确定三维管线的相对关系，若系统简单的管线还可以处理，当系统复杂，管线众多时图纸变很难指导施工，造成的管线反复拆改便在所难免。

通过二维图纸绘制的管线综合图，由于其二维空间限制从根本上就存在如下缺陷不足：二维图纸中各专业管线交叉区域难以全面分析，管线间存在的各种碰撞无法完全暴露及避免，即便有些管线交叉的位置设计院会给出局部处理剖面或其他方法，但由于机电管道的系统连续性强，绘图者很难把管线连贯性考虑进去，即机电管线接驳困难，或无法接驳，很容易顾此失彼；此外由于多专业图纸叠加的二维平面图管线交错，增大了识图难度，进而增大综合排布难度。

然而通过使用BIM技术的强大的三维功能，三维的可视化，降低了识图的误差。施工前期使用revit或其他类似功能软件，根据二维设计图纸绘制三维模型，将复杂的二维图纸转换为真实的三维模型，于是二维专业图纸叠加出的综合管线图存在的问题都通过可视化调整而迎刃而解，调整过程中配合建筑结构模型，完美的展示了综合存在的各类问题，针对复杂点位，还可提出合理修改建议，或建筑结构需做出的配合调整。在高精度模型完成后，还可以进行碰撞检查，发现一些细微碰撞，避免由于人工疏忽所带来的管线排布的纰漏，这些都极大的避免施工过程中造成返工和材料的浪费等问题。

1-1综合调整前后模型截图

2、预留预埋图Combined Buider's Work Drawings（CBWD）的应用

预留预埋图即 Combined Buider's Work Drawings（CBWD），分为一次结构预留预埋图和二次结构预留预埋图，机电施工过程中，涉及许多与土建专业交差作业，其中预留预埋图纸属于机电提资，在多专业综合模型调整完毕后，精度可达到指导施工要求，并实现模型零碰撞后，可以使用BIM软件依据机电管线位置，在结构模型中开洞，而根据结构模型中的洞口位置，可导出预留预埋图，从而避免机电施工提资不充分，预留图纸不准。由于结构留洞后期更改不易，机电管线若就洞而造成过多的不合理翻弯。随着技术的进步和模型精度的不断提升，目前已有项目在二次墙体砌筑中也采取了预留预埋，由于建筑后期防火封堵施工难度大，一步砌筑到位，减少了后期封堵以及现场交叉施工的沟通，提高了工作效率，也达到了降低控制成本的目的。

3、工厂预制化加工及装配式安装

机电安装向工厂预制化和现场装配化发展，它们相互独立进行，亦相互影响。只有大面积管线、管件的工厂预制化才为现场装配化带来操作基础；而通过现场装配化所带来的效益，更促进了工厂预制化的前进。

工厂预制化是通过图纸提取管线制作分段图、放样图，在工业化工厂内流水作业式机械化生产。无需在施工现场再次切割制作。传统的机电安装工程现场制作，需要现场的加工厂地；且临时场地中动火生产存在安全隐患，并对施工现场环境造成污染，；耗费大量人工，且制作管道管件质量对制作人员要求高，管道管件质量随机性大，若制作过程中尺寸有所偏差将导致不必要的返工或者报废。这些生产上的弊端，通过工厂预制，机械化流水制造都可以避免，机械高效率的的生产，还不受施工现场空间环境的影响，也不受其他施工进度的影响，在工厂内提前预制，按施工计划合理时间进场，直接投入施工中，避免管道管线的存放与保养。

示意图

但是因为早期机电管线设计图纸与施工现场实际管线布置偏差大，即便通过二维图纸绘制了综合管线图，仍不能够精准导致预制加工图纸，因为加工图纸精度低，预制加工不准确，预制化加工也便无法体现其节约成本，效率高的一面。然而在使用BIM技术，特别是高精度的机电管线模型，因其模型精度高，数字信息详细准确，可通过高精度模型借由BIM软件转换为管道分段及放样图纸，这样既满足工厂预制要求，也能满足管道现场安装要求。这样可以减少重复劳动，通过预制化加工提高现场施工效率，并能确保工作的一致性和工作的同步性。

当全部管道管件均可由工厂预制加工完成，现场安装过程即利用已完成管线或管线组合件，根据管线编号和装配图纸，实施机械化安装，对全过程进行质量和安全的监测控制。这样既是由工厂预制化带来的施工现场装配化。施工现场装配化给项目带来如下优点：现场安装利用机械设备，减少了现场作业人员。组合式构件，装配式、机械化的安装，对安装人员的技术要求低，减少了现场施工人员、减轻了劳动强度、提高了施工效率，保障了工程质量。减少高空作业和辅助设施的架设，在提高技术水平和效率的同时，更保障了施工人员的安全。避免污染，降低了安全隐患。减少了现场的切割和焊接，可避免污染和安全问题。

4、施工工序及进度计划的应用

施工计划是施工单位进行生产的重要依据，是工程质量、进度、投资三大建设管理的核心内容，合理的工序和进度计划在施工项目中可以使项目的参与各方达到协调，仅根据施工图纸、相关图集、总控计划等资料，制定的施工工序、进度计划存在着盲目限定工期、误工、返工考虑不足等缺陷。而BIM技术，由3D模型加之时间，发展为4D模型，就可以让项目施工人员能够轻松的预见的施工进度计划。 与之前施工单位编制的施工进度计划的横道图、网络图，使用BIM软件制作的4D模型的有点就显而易见。横道图和网络多用于技术人员和管理层面，并不能广泛推广到施工过程中的各级各类的人员中，但是BIM技术中的4D模型却可以将施工中的每一个工作以施工模拟制作可视化视频来显示，使得项目中每一个层级人员都可以接受理解，并予以执行。

高层建筑、特别是超高层建筑中由于设计功能齐全，系统复杂，机电管线复杂，交叉多，施工难度大，为了避免由于现场施工工序的不合理造成的管线拆改，工期延误以及费用增加，需要施工单位对于局部复杂部位或关键部位：比如管廊，管井，十字交叉走廊以及大型机电设备机房进行施工区域划分，对每个区域进行节点划分，对节点内的机电管道或机房内设备，依据计划所需的时间制作施工工序模拟，运行BIM相关软件在电脑上将管线、设备的安装施工工序通过可视化视频，模拟出现场施工，制定出最优的施工方案。

一般流程为：根据高精度机电BIM模型，完成CSD综合图纸的制作，根据图纸进行区域划分；然后依据划分区域综合排布情况，编排合理的机电管线施工工序计划；并将编制好的机电管线施工工序计划导入Navisworks软件，进行4D工期计划的制作。施工工序模拟视频用作指导复杂部位的机电管线施工。

通过相关BIM软件在电脑上将机电管线、机电设备施工工序、施工进度计划加以模拟，制定合理的工序、施工进度计划。根据施工工序模拟结果，可以用来验证施工计划的可行性，并依据可行性计划合理安排人工、机械、材料。起到减少成本，提高效率，节约工期的目的。

此处于土建施工模拟类似

结束语

利用BIM技术能有效的提高机电安装的生产效率和工程质量，BIM技术的实施在施工过程中贯穿了深化设计，进度计划，技术交底，施工及验收等全过程。以其精准的三维模型和参数化设计，使得图纸设计修改的效率有了很大的提高，克服了传统施工设计的难题。从施工及管理过程中达到施工节约成本，提高工程品质。BIM技术作为一项新兴的技术，随着信息技术的深入发展，基于BIM技术的施工技术也将成为机电施工的一大趋势，在通过不断的实践，总结经验教训以促进施工技术的进步和发展。