分类：电子论文 时间：2022-03-18 热度：415
摘 要：BIM(Building Information Modeling)“建筑信息模型”，是机电安装工程在现场施工中可以起到极大作用的新式“武器”。BIM 技术应用在现在已经在全世界范围内得到机电安装工程行业的广泛认可和使用。在国内，随着建筑工程行业的不断发展、国家对先进科学技术研究的投入不断增多以及我国各个领域的科技水平快速扩张和发展的环境下，相关领域机构和大多数优秀的建筑企业早早就已经开始着手研究和应用 BIM 技术。其中机电安装工程作为一个功能包容性大、设备种类多样、专业管线繁杂、工艺工法要求严谨并且发展迅速的行业，他对于 BIM 技术应用的需求已经愈发的明显和紧迫。本文由机电安装工程的特性谈起，引出 BIM 技术在机电安装工程中的应用，浅淡 BIM 技术在机电安装工程中的作用和重要性。
关键词：BIM;机电安装工程;作用;重要性
在我国，随着习近平同志提出的新时代中国特色社会主义思想，北京通州副中心的设立，京津冀一体化发展的推进，二、三、四线城市及农村的改革和发展的加速，贫困地区脱贫目标的制定，我国的建筑工程行业在飞速的发展和扩张，同时引领并督促着机电安装工程行业不断进步。
机电安装工程是一项传统产业，现如今独立建筑物或建筑集群不论单体或联合体的使用功能很大程度上都取决于机电安装工程。改革开放以来，中国技术以及经济飞速地向前发展，随之而来的是中国机电安装工程也发生着日新月异的变化。目前，应用 BIM(建筑信息模型)技术对机电安装工程进行设计、辅助、优化 、指导、验证的全新工作模式，正在成为机电安装工程的主流发展趋势。BIM技术的应用为机电安装工程创造了全新的技术协作平台，通过 BIM技术完成的三维集成设计模型，可以直观的获取各种所需的设计信息和专业视图。BIM技术其强大的功能将引领机电安装工程走向更高层次，必将成为提高机电安装工程的信息化管理程度，提高管理效率，提高施工质量等全面进步的一把利刃。
1 机电安装工程的特性
不论对于建筑物单体还是建筑物集群来说，在使用功能的要求和实现方面，现如今最为重要的工作和环节一定是机电安装工程。但是在过去，人们对于生活的需求只限于简单的吃、穿、住的时代，机电安装工程只是个建筑行业附属的小专业，即使在大型房建、楼宇、公建工程中，机电安装工程也并不受重视。但是，随着社会进步，人们对生活品质要求的提高，人性化设计的飞速发展，国家规范标准的更新和完善等一系列现象的变化，机电安装工程在建筑行业中的重要性愈发显得重要，在工程造价中成本概算所占的比重也越来越大。以北京市大兴区新机场城际铁路联络线项目为例，城际铁路联络线北京新机场站是城际铁路联络线与首都新机场的换乘站，承担城际铁路联络线和廊涿城际铁路的运输功能。设计最高聚集人数 1400 人;其中城际联络线最高聚集人数 400 人，廊涿城际最高聚集人数 1000 人。本工程设计总建筑面积 85422 平米。其中地下一层面积 18171 平米，包括北出站厅面积 1284 平米，南候车厅面积 12693 平米，南端排烟机房 1611 平米，北端排热机房 2583 平米;地下二层面积 66704，包括站台区面积 15899 平米，站台两端设备用房面积 1190 平米，轨行区面积 43439 平米，东侧设备用房区面积 5676 平米。本工程项目作为一个房建工程，包含了机电安装工程、二次结构工程、装修工程、轨道工程、接触网工程等，全部工程总造价接近 4 亿元人民币，其中机电安装工程造价接近 2 亿元人民币，占到整体工程造价五分之二以上。机电安装工程是一个大的概念，涉及到的专业包括工业、民用、公用工程中的电气、通风、给排水、通信、信息、FAS、BAS 等众多系统。机电安装工程在原来之所以不受重视，因为原来人们对于建筑物的作用最重要的认识是能居住，能工作，有门窗，有厨房，有卫生间，而对机电安装的认识只存在于灯、开关、插座、电话线、电视信号线之类的再简单不过的生活所需。后来网络开始普及，越来越多的家庭和单位从用电话线上网改成了重新敷设网线，生活、工作、工业中发明的、发展的、使用的电器、设备也越来越多。集中供暖、中央空调、越来越多的监控系统、消防设施的出现和普及在促进了人们现代化生活模式、提高了人们生活质量、达到了节能减排目标的同时也大大的增加了建筑工程中机电安装工程体量和造价占有的比重，但是设备、管道数量大量增加却占用了建筑物内部更多的空间。《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251- 2017 新规范要求，排烟管道要增加防火板以增加耐火时间;电力规范要求，弱电、强电线缆不得共管、共线槽，要分开敷设等一些最基础的规范要求，都使管路的尺寸、数量大大增加，更不用说一些更严格和更高端的要求，更是使机电安装工程大量的占用了建筑物内部的有限空间。然而在寸土寸金的现代社会，在人们追求大空间、高吊顶的优质感受的当代，能留给机电安装工程设备、管线安装的空间却越来越有限，更多的机电安装工程专业设备、管线被设计在更狭小的空间中，于是各专业管线在施工中的纵横交错越来越多，在空间上相互的碰撞也越来越多。因此，BIM 技术的应用对于现代机电安装工程以及未来机电安装工程的发展来说，更是显得尤为重要。
2 BIM 介绍
BIM技术是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，通过对各种工程内容设计、理论、实体的数据化、信息化模型整合，在项目全生命周期过程中进行共享和传递，使参与工程设计、管理、施工等各项工作的工程技术人员对各种建筑信息做出正确的理解和高效应对，为设计团队以及业主、施工、运营单位等各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥着重要作用。
美国国家 BIM标准(NBIMS)对 BIM的定义由三部分组成：
2.1 BIM是一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达。
2.2 BIM是一个共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程。
2.3 在建筑的各个不同阶段，不同的相关参与方通过在 BIM中插入、提取、更新和修改相关信息，以支持和反映其各自职责的协同作业。
3 BIM 特点
3.1 可视化
可视化即“所见所得”的形式，可视化运用在机电安装工程行业中的作用是非常大的，例如我们拿到的施工图纸，经常只是各个设备、管线的信息在图纸上采用线条绘制表达，或者通常只是简图、示意图，其在施工中实际的构造形式就需要机电安装工程的从业人员去自行想象和理解了。BIM技术的应用将以往二维图中线条式的设备、管线变换成一种三维的立体实物图形展示在机电安装工程的从业人员面前;虽然现在也有设计方面的效果图，但是这种效果图并不含有除设备、管线的大小、位置和颜色以外的其他信息，缺少机电安装工程中不同设备、管线相互之间，以及机电安装工程专业与结构、装修等其它各专业间的互动性和反馈性。而 BIM技术提到的可视化是一种能够让机电安装工程在不同设备、管线相互之间，以及机电安装工程专业与结构、装修等其它各专业间形成互动性和反馈性的可视化，由于建设全过程都是可视化的，因此可视化的结果不仅可以用效果图展示及报表生成，更重要的是，项目设计、施工、运营过程中的沟通、讨论、决策都可以在可视化的状态下进行。这对于机电安装工程专业的施工全过程是极为重要，极具使用价值的。
3.2 协调性
协调工作是机电安装工程行业中的重点内容，施工单位、业主以及设计单位，都在不停做着协调及相互配合的工作。一旦项目的实施过程中遇到了问题，就要将各相关单位组织起来开协调会，找出问题的原因及解决办法，然后做出相应变更、补救措施等。补救措施小到修修补补，大到大面积拆改，有时甚至要整套系统更换设备、管线及末端主材。在设计阶段，经常由于各专业设计师之间的沟通不到位，出现各种专业之间的碰撞问题，例如电气、通风、给排水、通信、信息、FAS、BAS 等各专业中的设备、桥架、管道、布线在进行布置时，由于机电安装工程各专业和土建结构工程的施工图纸都是绘制在各自的施工图纸上的，在施工过程中，可能在设备、管线施工时正好在某些位置有土建结构梁或者其他专业设备、管线等在此占位，阻碍路径。在以往发生类似这种碰撞问题时只能在问题出现之后再经过现场勘察、各个专业开会协调，针对现场出现的问题进行解决。 BIM技术的协调性就可以帮助相关的施工各专业预防和提前解决类似问题，BIM建筑信息模型可以在机电安装工程前期对各专业的碰撞问题进行协调，并提供协调数据。当然，BIM技术的协调性还可以解决例如吊顶内机电安装工程布置与吊顶布置及净空要求的协调，机电安装工程设备布置与土建工程结构布置的协调，防火分区布置与通风、消防专业设计布置的协调、地下排水布置与地下电缆及地面设计布置的协调等。
3.3 模拟性
BIM技术的模拟性除了现场实际施工模型，还可以模拟不能在真实世界中进行操作的事物。在设计阶段，BIM技术可以对设计上需要进行模拟的一系列现实情况进行模拟实验。例如：节能模拟、紧急疏散模拟、冷水机组群控模拟、日照模拟等;在招投标和施工阶段还可以进行 4D 模拟，即三维模型加项目的发展时间的模拟，也就是根据组织设计模拟实际施工，从而确定合理的施工方案来指导施工。同时还可以基于 4D 模型再加入造价控制，实现成本控制。
3.4 优化性
事实上整个项目的全过程就是一个不断优化的过程。在 BIM技术的基础上可以做到更好的优化。机电安装工程的优化受三种因素的制约：信息、复杂程度和时间。没有准确的信息，做不出合理的优化，BIM模型提供了机电安装工程设备、管线实际存在的信息，包括几何信息、物理信息、规则信息，还提供了设备、管线变化以后的实际存在信息。现代机电安装工程设备、管线的复杂程度大多超过机电安装工程从业人员本身想象、理解、优化的能力极限，BIM技术及与其配套的各种优化工具提供了对复杂项目进行优化的可能，可以帮助机电安装工程从业人员对工程内容进行更精确也更有利的优化。
4 BIM 技术应用在机电安装工程中的作用和重要性
4.1 机电安装工程中的难点
随着现代社会对公共安全的重视，人们对现代化功能追求的进步，国家规范标准的提高等一系列因素，机电安装工程中设备、管线等所需要占用的安装空间大大增加，但是由于人性化设计要求的提高，人们对生活品质要求的提高，现代社会空间价值的提高，机电安装工程所能被允许占用的空间却大大减少。
以北京市大兴区新机场城际铁路联络线项目为例，车站南候车厅面积为 12693 平米，公共区结构顶板标高为 5.4 米，为了增加乘客的舒适感和装修的美观度，同时在大空间中不让乘客感到压抑，经过装修专业设计的反复论证和领导审核，吊顶标高最终定为 4 米，于是吊顶上空理论垂直间距只剩 1.4 米，而这 1.4 米中吊顶板和吊顶的主、次龙骨还要占去 0.2 米的高度。同时在吊顶内结构顶板下还纵横交错的布满了 0.9 米的下沉主梁和 0.5 米的下沉次梁。因此，留给机电安装工程专业的实际可利用空间，在绝大多数位置的垂直空间距离只有 0.3 至 0.7 米之间。由于机电安装工程设计和主体结构设计分属不同专业，机电安装工程设计在制图时对主体结构并不了解，于是在有限的吊顶空间内布置了大量的电气、通风、给排水、通信、信息、FAS、 BAS 等专业的设备和管线。同时根据 2018 年开始施行的国家标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251- 2017 新规范要求，消防专业风管要增加防火板，风管高度、宽度又分别增加 0.1 米，风管尺寸增加的同时极大的增加了管线安装的难度。除此之外，在候车厅部分设备区走廊，吊顶上方 4 平方米的立面空间内要同时穿过一根 0.8 平米的风管、17 根直径为 DN40 至 DN200 不等的水管。在车站设备区走廊与公共区结合部位、设备区走廊与走廊交叉部位、公共区与出入口交叉等部位，管线更加密集、交叉更为严重。这些涉及众多专业，设备、管线繁杂，工程量大，矛盾集中的特殊部位，在应用 BIM技术以前要耗费极大的人力、财力、物力才能完成施工，同时耗费工时极长，并且极易出现多专业同时大面积反工的情况。
4.2 BIM技术在机电安装工程设计中的作用和重要性
传统建设项目设计模式由于信息的严重不对称、或者“信息孤岛”现象的存在，导致工程建设成本较高。采用了 BIM技术后，通过 BIM技术的可视化、协调性、优化性的特点，机电安装工程设计可以直接在结构建模的基础上进行设计，机电安装工程各专业设计之间也可以充分进行信息互通和统一，可以最大限度的加深机电安装工程设计对建筑主体结构的了解，加深机电安装工程各专业之间的了解，从而避免大量各个不同专业设计之间的矛盾问题。通过 BIM技术，各专业设计可以将模型导入到 NAVISWORKS 中进行碰撞检测，在对一些碰撞的允许范围进行设定之后，通过完全自动化的分析，可以达到的准确度堪称完美。同时节省了大量的人力成本，使专业设计师能更专注于设计工作。BIM技术也让机电安装工程设计的修改变得更加快速与准确。以往在设计修改的过程中，平面图、横剖面、纵剖面三处均要修改，由于机电安装工程包含的专业繁杂、工程量大，设计师在多次修改之后，经常会遗忘自己是否已经在某张图上进行过修改。较之这种繁琐复杂的过程，机电安装工程通过使用 BIM技术，可以真正做到“一处修改，处处更新”，保证了各个平面图、横剖面、纵剖面的一致性，省去了查验比对一致性的复杂环节(一般查验过程为占整个机电安装工程设计周期的 20%)。
得益于 BIM技术的模拟性，为了满足机电安装工程的规范和设计标准明确规定的各区域最小照度的要求，机电安装工程设计同样可以在设计阶段利用 BIM技术对各区域进行光照模拟分析，分析的结果可以为设计师提供可靠的数据参考，不再需要单纯通过“想象”来设计。机电安装工程的设计和消防规范规定了应急情况下紧急疏散模式和要求，机电安装工程专业设计同样可以在设计阶段通过 BIM技术对各种紧急情况进行紧急疏散模拟分析，模拟出的数据建立在最为接近现实的情况之上，比以往通过想象和经验来的要准确的多。而且类似于这种在机电安装工程完工、投入使用前无法实地考察、计算或者测试的各种功能和情况基本都可以通过 BIM应用技术提前模拟和测试，使机电安装工程专业设计在现实中的实用性达到了可以利用科技手段实现的前瞻性。
4.3 BIM技术在机电安装工程施工中的作用和重要性
在机电安装工程施工中，传统的设备、管线差、错、漏、碰检测完全依靠人力，完全依靠机电安装工程从业人员的肉眼和大脑去查找专业间的相互矛盾，不仅效率低下，往往查找的结果也并不让人满意，很多时候只有在现场施工到了节点部位，甚至部分专业已经安装完成才会发现问题，产生多专业、大面积的反工，造成大量人、材、机的浪费。应用了 BIM技术后，机电安装工程可以在安装设备、管线前，采用 BIM技术进行排布，BIM 技术可以更全面、更深入地的反映机电安装工程信息，该模型的基本元素不是 CAD 中的点、线、弧、图块等基本几何图元，而是利用数据的形式通过三维模型立体的表现出来机电安装工程中的每一个组成部分，每个部分都有它的属性，包括位置、尺寸、组成和型号等等，使用机电安装工程语言来描述机电安装工程信息，使用 RevitMEP 来搭建电气、通风、给排水、消防、通信、信息、FAS、BAS 等各个专业的设备、管线模型。最终通过 Navisworks 将机电安装工程各个专业的设备、管线整合到同一个三维场景中。所有的相关专业可以在同一个三维工程数据模型上进行协同设计。此阶段的作用主要是对空间三维复杂形态的表达与数据共享。BIM技术提供机电安装工程的全部信息，将项目各阶段主要参与方都进行集中，实现机电安装工程专业间信息准确、及时、完整的沟通，同时通过可视化特性和协同特性及时发现、解决问题。根据三维模型自动生成和更新各种图形和文档，自动协调更改关联，变更相应的信息，信息共享同步。应用 BIM技术所传递的信息比以往用 CAD 平面图加图例的形式所能包含的内容要丰富、饱满并且精确的多。
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同时，利用 BIM技术可以在虚拟的三维环境下方便地发现设计中的碰撞、冲突，以达到在施工前快速、全面、准确的检查出设计图纸中的差、错、漏、碰以及机电安装工程中电气、通风、给排水、消防、通信、信息、FAS、BAS 等各专业间的碰撞问题，BIM 技术这项作用的实现，主要是靠其可视化、多维度集合、各专业共享及互动等特点来实现的。我们还可以根据 BIM模型推演机电安装工程的施工组织设计，进行施工组织及施工方案模拟研究，以此来验证并优化施工方案，提前发现质量安全风险，对碰撞位置的施工方案进行修改。在施工前推行基于 BIM模型的施工交底模式，对工期、工法、资源投入、施工工艺和安全质量要求等内容进行三维交底。
由此实现全员参与和专业分工相结合原则、职责明确与协同合作相统一原则、管理效率与管理效果相统一原则三大原则，从而有效控制施工安排，大量减少返工工程量、减少窝工、减少材料损耗等，有效控制施工成本。
5 相关案例
5.1 案例 1
北京大兴新机场是首都的重大标志性工程，是国家发展一个新的动力源，是国家的新国门。北京市大兴区新机场城际铁路联络线项目位于大兴机场的地下，是《京津冀地区城际铁路网规划》中的重要线路，也是北京新机场“五纵两横”综合交通网络的重要组成部分，担负着与大兴新机场同标准、同开通的使命。面临工程施工工期短、交叉多、功能复杂、要求严格等特点， BIM技术的应用使北京市大兴区新机场城际铁路联络线项目的机电安装工程施工发生了变化。
5.1.1 模型设计发生的变化
作为一名机电安装工程设计师，首先要真实地再现他们脑海中对于机电安装工程设备、管线和排布样式的设计模型，在使用 BIM技术之前，设计师们通常是通过手工模型展示头脑中的创意，调整方案的工作也是这样进行的，但是由创意到手工模型的工作需要较长的时间，往往设计师还会反复多次的在创意和手工模型之间进行工作。而且传统方式很难将设计师对于机电安装工程所需要达到的功能通过传统的手工模型进行展示。如今应用了 BIM技术之后，机电安装工程设计师们可以直接在电脑上更加直观的利用模型对自己的构思进行设计，大大减少了从创意到模型所需要的时间，也将调整模型的工作简化了。
5.1.2 专业设计发生的变化
北京市大兴区新机场城际铁路联络线项目，由于其兼具机场和车站复杂的双重特性，他的机电安装工程设计也是极其繁杂，各种实用功能和现代化设施所需要的系统、设备、管线数不胜数。所以只有应用 BIM技术，采用立体全方位的三维模式进行设计，才能避免许多以往通过平面设计，要到后期才会发现的问题。因此，专业设计应用了 BIM技术做支撑，建立了车站内部功能模型、机电设备管线模型。
5.1.3 专业纠错的变化
北京市大兴区新机场城际铁路联络线项目的机电安装工程团队在施工前应用了 BIM技术，采用了 Revit 系列软件做支撑，以预先建模并导入的三维主体结构做定位参考，在 Revit 中建立了车站内部功能模型、结构网架模型以及机电设备管线安装模型。由于其真实的三维特性，它的可视化纠错能力直观、实际，这使施工过程中可能发生的问题，提前得到处理，减少了施工阶段的反复，不仅节约了成本，更节省了建设周期。
5.1.4 模型利用的变化
北京市大兴区新机场城际铁路联络线项目具有机场和车站的双重特性，又是国家的重点建设工程，对防火、紧急疏散、噪声、温度等要求较高，这些在 BIM技术领域都有相关的分析模拟手段，而 BIM技术的模拟性使这些条件得到更早、更有利也更准确的分析研究。
5.2 其他相关案例
许多世界知名建筑，比如德国慕尼黑的宝马世界(BMW Welt)、梅赛德斯-奔驰博物馆(Mercedes- Benz Museum)，以及位于斯图加特的保时捷博物馆等也都得益于 BIM技术的应用。在国内，著名的上海中心，业主要求必须使用 BIM技术进行设计、施工等各个过程;奥运“水立方”的建设均采用 BIM技术;上海世博会场馆中，由于其设计的复杂性，很多场馆都采用了 BIM 技术;奥运村空间规划及物资管理信息系统、南水北调工程、香港地铁项目等一大批项目都采用了 BIM技术。 6.BIM技术在机电安装工程中的经济效益美国斯坦福大学 CIFE 中心根据美国 32 个项目总结了使用 BIM技术所产生的巨大收益和效果：
5.2.1 消除投资预算外变更 40%。
5.2.2 成本造价降低 10%(目前而言，中国建筑业近五年来承包商的平均利润在 2.8%- 3.3%之间)。
5.2.3 项目工期平均缩短 7%。 2010 年建筑施工面积 70 亿平方米，竣工面积 26 亿平方米，建筑业总产值 10 万亿人民币。然而，每 1 万平方米住宅所产生建筑垃圾为 500- 600 吨，建筑施工垃圾占城市垃圾 25%，粉尘占城区粉尘量的 22%。
通过 BIM技术的应用，在我国可实现造价估算耗费时间减少 80%，并消除 40%预算外更改。(中国建研院，2012 年统计)
北京市大兴区新机场城际铁路联络线项目机电安装工程专业在施工中应用了 BIM技术，施工前以 BIM模型为基础对图纸、施工、方案、技术等进行了优化，并推行了基于 BIM模型的施工交底，效果显著，在机电安装工程中返工工程量减少 60%，人工损耗减少 30%，材料损耗减少 20%，项目工期缩短 30%，直接节省成本预计超过 2000 万。
结束语
BIM技术，一场机电安装工程信息革命!BIM技术目前已经逐渐汇集成了一股潮流，席卷世界的同时，也影响了中国。BIM 建筑信息模型作为一个重要项目，在中央“十一五”提出的《现代化建筑设计与施工关键技术研究》中已明确提出将深入研究 BIM技术，把 BIM列入“十二五”期间建筑信息化的发展重点，数字城市的建设是建筑科技发展的总体目标。“十三五”期间着重要求加快推进建筑信息模型(BIM)技术在项目全过程中的集成应用，支持基于具有自主知识产权三维图形平台的国产 BIM 软件的研发和推广使用。同时，我国机电安装工程行业，政府与企业在推动工程项目管理方面已经全面推广工程项目全生命周期管理，通过参数化实体造型技术使计算机可以表达真实机电安装工程所具有的信息，信息化的设计得以突破了千百年来用抽象的视觉符号来表达设计的固有模式。BIM技术的发展，不仅仅是现有技术的进步和更新换代，它也间接表现在生产组织模式和管理方式的转型。BIM这场信息革命，将不受个人好恶和思维习惯的束缚而向前推进，它对机电安装工程从设计、管理、施工、运营等各个环节，都必将产生深远的影响。但是，目前仍存在着 BIM技术的推广迅猛和机电安装工程行业的意识水平较低，BIM建模、画图用时较长和设计周期、施工工期紧张等矛盾，我国 BIM技术在机电安装工程中的应用仍然任重而道远。——论文作者：白 爽
