BIM技术在超高层建筑机电安装工程中的应用
杨伦锋 赵启榆
【摘要】该文对某超高处建筑物机电装置施工的概念做出了说明;然后，指出将BIM技术运用于超高层工程机电装配施工时，节省成本、对施工全过程管理具有良好的辅助功能、以及借助BIM虚拟超高层工程建筑物模型，对机电管道和支吊挂件等主要设施进行预制工艺等的优点;最后，对根据BIM模型实现流程、以及依托BIM信息技术的超高层工程建筑物机电管线综合优化分析等将BIM技术运用于超高层工程机电装配的主要控制关键点进行了剖析，以供参考。
【关键词】BIM工程技术;超高层工程;机电安装施工;管线综合优化
【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.12.067
引言：
BIM信息技術也就是建筑管理模式科学技术，又称之为建筑物信息化管理系统，通过对建筑物内所有信息数据的采集与整理，并利用相关的计算机技术对建筑内所有真实信息进行仿真建模分析，之后再进行三维可视化建模分析，进而完成物业、机电设备财务管理、工程化财务管理。BIM技术需要同时具备信息内容的统一性、完整性、关系、协调度、模拟性、可视性、可出图性、优化性能等诸多特征。
近些年来，BIM技术也逐步地在建筑行业获得了应用，并且由于其普及面的不断扩大，其全新的应用理念也逐步地被建筑行业所接受，应用，其实用价值也逐渐地在近几年的建筑施工中得以全面的应用。BIM技术与常规施工技术有很大不同，在建筑设计和施工工艺上都有很大的改进。虽然传统建筑模型可以根据现场实际施工情况做了一些调整，但现在在线大数据分析技术可以用来为实际施工情况做总体规划。所以，怎样通过BIM技术，让建筑的机电产品设计与施工流程都能够获得更多效益，是机电专业的学员们需要仔细考虑的问题。
40层高以上，或者高度超过100公尺以上的建筑都可以被认为超高层建筑。由于建筑楼层的增加，超高层房屋的机电施工难度也将会相应提高，而如果机电线路发生了问题，将会严重影响消费者的居住感受，在情况极其糟糕的状况下，极有可能出现恶性事故。所以，在开展超高层建筑房屋机电安装施工操作中，就需要运用BIM技术，在建筑信息模型的帮助下，细化每一施工过程，以提高机电安装施工的顺利进行。
1、某超高层建筑机电安装工程概况
某市新城区的商业综合建筑体，是一个商住二用的建筑物群。其上1～5层为商业区，并采取了中空环绕型的建筑设计，6～24层则为宾馆房间;25、26二层为宾馆复试食堂;27、28、29三层为宾馆办公室;30、31二层为电气设备调试房间，每层层高度均为3.8米，在建筑地面上方建筑物主体的总标高均为128.7米，建筑面积达到了71257.59平方米。另外，工程还包括共二层的地下室建设范围，地下室第一层为大规模商品商场;地下二层则为车房。该超高层工程建筑物的总综建筑面积高达108357.68平方米高。在机电安装工程开始启动以前，中国建筑总施工公司就对该超高层工程建筑物进行了实地勘测，并发现的施工困难包括：首先，由于建筑物构造及其复杂性，使得很多的机电管道都处在"穿插"状态，且机电管道布置的空间密度很大;第二，在具有各种用途的建筑物楼层间的机电管道协调上出现了很大问题;第三，在机电工程正式启用以前，该超高层经商者对住宿二用房屋就已进行过大量幕墙工程的安装，使得部分楼的拐角处和其他部分地区被大量幕墙支撑构件"挤占"，造成了机电安装的施工空间狭窄，对施工队伍的技术要求也很高;其四，根据业主单位对楼层吊顶尺寸的规定，应当保证0.3米的准确性，而不能产生偏差。总体而言，在实施该超高层工程机电安装工程项目时，仍存在着许多问题。所以，为提高施工方案设计的完备性，并防止由于考虑不周而造成返料问题，故工程安装单位决定采用BIM施工信息模拟软件系统，虚拟出超高层建筑物的建筑格局和重要机电管路结构布置情况，对主要道路的建筑方向、重要机电设备的结构布置情况等进行了多次论证。另外，工人在开展室外作业时，所用的支架等辅助设施的具体技术参数，都必须采用BIM模式进行设计，最终目的就是确保建筑品质与施工人员安全，并在规定期限内完工。
2、将BIM技术运用在超高层机电设计上的优点解析
采用BIM技术后，我们系统地测试和总结了本文所选摩天大楼的机电安装设计，其总体优势如下：首先，BIM建筑信息模型系统用于优化设计方案，显着解决安装和运行成本。最重要的是，由于摩天大楼的总高度接近130米，楼层总数为33层（包括地下部分），安装队人员不参与摩天大楼的设计和施工，故而对其结构的熟悉程度还不够。虽然后经实地考察，设计出了施工的设计蓝图，但由于时间仓促，且受建筑物层高的影响，难免会存在出错、遗漏、瑕疵、突发状况等问题。而通过运用了BIM技术，则使得超高层工程建筑物中所有与机电装配相关的参数“跃然纸上”。例如在30层以上的机电管道敷设时，工人必须在工程物体外围完成部分作业，而随着建筑物的高度升高，支撑设备自身的重量对整体工程的影响也逐步增加。而通过BIM数字施工模式的自动统计功能，得出的支撑设备施工成本相对于较预期的整改值下降幅度达到了40%，整体施工成本的节省程度也达到了10%，由此缓解了长期困扰工程安装队伍的一个重要问题。
第二，对建筑施工全过程信息管理具有很好的辅助功能。在BIM软件系统中还自带了格式转换功能，当顺利地虚构出建筑物模式后，将其转化成VRP格式，并采用了佩戴3D显像眼镜的方法，将三维或立体形式的建筑物模式清晰地展示于施工面前。尤其是在与机电管道布设相关的地方，当科技人员亲临工程现场时，尽管可以实现精细化观测，但切入的视野却常常受到影响，而形成了局限。当在技术上的困难问题获得了系统化的解答以后，技术人员组织者了工作人员开展参观，并对在某些地方使用的特殊手段做出了说明，改善了传统的技术交底模式。可以发现，在BIM工程模型和BIM机电建模中，主要组成部分都以灰、白、灰三原色表示。而技术人员所见到的色彩一旦为黑白，则表示在当前角度下，目标管道位于"迎光"的方位;出现了灰色，就表示视线方向已经和初始的观察方位出现了很大偏离。正基于此，在使用BIM技术辅助机电安装时，相关技术必须关注机电管道以及管线中明暗程度的改变状况，以避免遗漏，不然，将会产生新的问题。合理运用自主研发的E-BIM 总包管理平台，将BIM 模型构建过程中生成的唯一二维码与BIM模型紧密融合在一起，确保机电安装施工管理人员只需要通过手机、平板电脑等移动终端设备扫描二维码信息，即可及时的完成对模型信息、物资验收、问题标注等相关内容的查询，确保了超高层建筑机电安装施工的顺利进行，促进了建筑机电安装管理效率的有效提升。71CF97F0-F933-4548-B800-586655D43E78
第三，利用BIM的虚拟超高层建筑设计模式，对管线和支吊挂件等设施实行预制加工。然后运用BIM信息技术，在完成模型设计后，再利用C4D应用软件中的body-painter应用软件，对机电线路设计实行虚拟控制，然后可以导出IFC格式设计的数据信息问题。经过计算，在BIM信息技术的帮助下，在机电安装施工中仅管线施工这项内容，就降低了近六成的现场工程量。而且，在预加工以后，很多的管道材料可以进入现场后直接完成施工，也大幅度降低了危险作业频次。而经过计算，近9成以上的危险作业得以减少，为高空作业者额外支付了一项成本费用，节约幅度达到5%。充分发挥BIM 技术的优势，建立透明、可复制、可核查、可持续的协同工作环境，为建筑工程项目全生命周期中各方的及时沟通与信息共享提供技术支持。
第四，通过可视化设计提升空间利用水平。所谓视觉设计，是指设计师合理利用三维空间模型，规划项目，研究和讨论仿真参数的合理化，同时改变非理性区域。空间三维模型设计便于机器源输送机的空间布置，通过机器源输送机的各个方向的三维模型，可以更好地研究机器源输送机的空间布置，同时可以合理地分析和讨论由RevitMEP模型产生的物体轮廓，同时还可以通过利用剖面模型所带有的材质、技术参数等信息，更好地模拟出原机电管道的立体位置。这样建立的可视化模式，既可以对剖面、平面、三维模型等都有一种更加直接的展示，以便更好地表达设计师的设计理念，又可以使工作人员更加清晰地了解设计者的意图，从而促进相关信息更为精准地传达，从而减少了因为图纸不清晰所造成的施工效果较差，甚至施工效果低下。
第五，通过联合作业不断完善工程模型设计。联合作业首先要求与施工者全面的协调，施工人员一起针对每一种工程模式展开分析研讨，然后再针对实际情况开展工程模式的工程设计调整，终于大家共同完成了一套基本成形的建筑工程模式。而RevitMEP模式则成为一种由软件建设的共享平台，首先要求多个工程设计人员共同完成了各机电管道的方案设计，之后大家依次将自身的方案及设计进度上传到了RevitMEP网络平台上，终于，工程设计人员一起针对大家早已上传的总体设计方案展开了研究讨论，利用自身知识储备共同完成了总体设计方案的进一步完善，之后大家再一起共同努力对最后的总体设计方案做出了定稿，并力求以最大化合理性实现管线的整体空间排布。采用协同合作的方法，不但可以有效提升整个建筑设计的效率，还可以对不同学科实现最佳价值呈现，进而创新出最佳设计方案，提升建设品质。
第六，族库本地化有利于满足个性化要求。目前，随着时间的前进，技术的发展，全新的形象塑造技术已经层出不穷，业务范围也在逐步得到扩展，但传统的工艺技术却早已无法满足时代要求，也无法适应市场高质量的技术要求和人性化的应用思维。所以，若要把BIM技术更好地运用于施工及机电管线工程设计中，就可以有效地对施工品质产生提升，从而提高工程使用者的信心。
3、将BIM技术运用在超高处机电施工时的监控重点进行分析
3.1 BIM建模实施过程
在建筑设计领域中，BIM科技并不算一种很新颖的事情，但早已成为了一种很常用的建筑设计重要性辅助建造技术手段。在第一步，首先由建筑设计方提出了BIM建筑设计模式，将建筑物中特定部位的建筑设计思路、形体特点等信息全面反映到建筑建模当中，然后再将之提交给后续承担建设的企业。在承担机电安装工作的企业拿到BIM建筑设计模式以后，针对建模特征，再根据企业的实际调研，产生了侧着重于机电装配的BIM机电模块。在此时，由于建筑物的总体格局已经开始建立，而一些无法改变的地方也已清晰标注，因此机电安装公司需要按照规定性的情形开展下第一步管理工作。然后，施工方在BIM机电建模的技术基础上，对原建筑图纸加以了细分，并把在实地考察中得到的有价值的信息加入建模当中，从而使建模过程得以更加的精细。
3.2基于BIM技术的超高层建筑物及机电管线综合优化分析
在超高层工程建设机电安装过程中，所面临的困境就是：一旦发生了机电管线或者是管线冲突现象时，如果只是根据传统的管理规范避让总原则上，如“电让水、水让风、小管线让大管线、冷管线让温水管、有压管让无压管、重力排水管优先”等原则上予以解决，问题非但没有解决，而且反倒会受到超高层工程建设结构设计的特殊性的影响，将问题进一步扩大化。在BIM软件系统中，Navisworks功能可以根据建筑物中各个系统间的“矛盾”提问进行解决。例如在本文所选取的超高层建筑物机电安装案例中，利用BIM软件Navisworks功能测量出的多控制系统间的矛盾多达6000多处，其中，在仅仅二层建筑地下室和五楼区域中，机电专用管道的方向就发生了“纠缠”、“冲撞”等主要问题的近1200处，机电管道和结构构件出现矛盾处也多达近160处。若照搬中国传统的问题处理方法，每出现一个问题就解决新问题一处，不但工作量庞大，而且在“解决问题”的过程中，很可能产生新问题。故采用了BIM机电模式，对管线的“缠绕”现象进行梳理，找出“互不影响”、“节约空间”的最优化方法，使问题得以实质性解决。
3.3 BIM 技术在施工协调中的应用
因为工程设计技术人员无法利用设计图纸正确的表述和理解在超高层施工中的管井、十字相交节点、大型设备机房、局部分层较多的廊道等位置施工顺序的关系。所以，建筑机电安装施工公司在工程施工开始之前，就必须合理利用BIM技术实现对建筑机电安装施工全部工序的数字化建模，并通过对设计模型施工节点的合理划分，提出有针对性的建筑机电安装施工方法，為今后建筑机电安装施工的顺利进行作好了充足的准备。施工人员在建筑机电施工过程中，则需要使用移动终端设备查询复杂建筑节点上的管道布置，以检测管线的高度、直径、翻弯部位和标高等，并引导工作人员完成机电装置的管道布设等作业。
3.4 BIM 技术在二次结构预留预埋中的应用71CF97F0-F933-4548-B800-586655D43E78
如果建筑工程中机电安装施工仅仅单纯的使用传统二维图纸分析和研究工程中机电安装管线布置方法的话，不但无法在机电安装工艺进行之前准确的判断二次结构中墙体留坑部位的尺寸，同时，由于不能准确预测机电安装过程中可能出现的任何类型的问题，预留基坑区域不能满足机电安装过程的要求。根据该问题，工程机电安装及施工单位使用BIM技术调整数字构建模式，准确绘制墙面上二次结构预留套管和孔洞定位图，根据该标准进行机电安装项目的建立，不仅保证了套管的安装和位置的准确，还实现了机电安装的效果与质量。
结语：
本章通过对BIM技术的基础描述，以及对其在建筑设计过程和施工流程中的关键技术探讨，揭示了BIM技术对施工机电技术方面的优越性，对机电管道的空间化排布、工程前期对机电管道的方案设计等工作都具有相当积极的意义，可以有效的提升工程项目的执行效果，从而缩短了工程项目执行步骤，保持场地建设顺序，优化建筑物建设质量，减少机电管线方案设计引起的成本增加，避免机电和电气管线设计问题引起的成本增加。因此，BIM技术应该在设计过程中得到更广泛的推广，以有效地推动建筑物机电和电气管线的设计和建设。
总之，换句话说，采用BIM技术，建立了数字化摩天大楼建设模式，提供了强有力的技术支撑，使中国工程机电安装行业的发展更加高效环保。因此，建筑机电设备和施工公司需要进一步研究和探索。通过控制机电设备控制整个建筑工程周期，BIM技术在中国摩天大楼机电设备建设中的应用策略，实现了摩天大楼机电设备的安全稳定运行。
参考文献：
[1]李嘉馨，韦继红.应用电子技术在建筑工程中的运用分析[J].四川水泥，2020（4）：338.
[2]张亚玲，黄联盟，王跃飞.BIM技术在超高层建筑机电安装工程中的应用[J].建筑技术，2020（5）：589-591.
[3]陈雪宇，黄晓家，司建伟，等.BIM技术在某高层机电安装工程中的应用[J].山西建筑，2020（12）：191-193.
[4]刘运波.BIM技术在机电安装工程造价控制中的有效应用[J].城市建设理论研究（电子版），2018（28）：45-47.
[5]王迪，陈刚，张金鸿.BIM技术在建筑机电安装中的意义与应用[J].住宅与房地产，2018（25）：189.
[6]杨勇，蒋科伟，杜广明，等.BIM技术在机电安装中的应用分析[J].科技经济导刊，2019（29）：78-80.
[7]張彦.BIM技术在机电安装施工中的管理应用探微[J].城市建设理论研究（电子版），2018（23）：145-147.71CF97F0-F933-4548-B800-586655D43E78
