安徽铜陵技师学院 安徽铜陵 244061
摘要：首先阐述了BIM的定义、特性及建模流程，其次深入研究BIM 技术在机电安装过程中的应用优势，重点以安徽黄山玫瑰大酒店为例，BIM 模型中的给排水、消防、电气、暖通空调等系统管线进行三维建模，详细介绍了 BIM 技术在机电系统深化设计、碰撞检测、施工管理等方面的应用，运用互联网技术实现 BIM 模型的共享和数据的保存，实现协同化管理工作。
关键词：BIM技术；机电工程；碰撞检测；优化设计
1引言
为深化供给侧结构性改革，推动建筑产业信息化，近年来国家与各地方以建筑信息模型（BIM）技术作为建筑信息化有力抓手，出台了一系列关于建筑信息化相关政策与标准，大力推动建筑信息化在建筑工程领域的普及应用，促进建筑业的信息化发展和转型升级。现阶段，BIM技术除了较好地应用于单体建筑外形设计、结构设计、装配式设计及绿建节能分析等等，还将技术特性反映在建筑机电安装工程。
传统的二维图纸很难立体表达出各个系统管线繁琐搭接、管道之前避让互相碰撞、施工过程中设计变更。建立三维模型数据库，全面地表现出设计的意图，提升施工效率和全生命周期的管理，减少设计的错、漏、碰等问题。施工前设计方通过三维展示及虚拟化仿真技术进行技术和安全交底。施工过程中，通过BIM模型关联多方协调和过程监管，优化进度计划，有利于监理对施工重难点部位的实时监控，有利于施工方对现场施工问题的实时反馈。BIM 技术提高了信息的传递效率，对建筑的设计、施工以及后期的运营管理和维护都有着非常重大的意义[2]。
2 BIM 在机电系统中应用
BIM 建筑信息模型（building information modeling）将建筑分为结构、工程管理、机电系统、绿色建筑系统建立模型，以三维可视化的形式进行设计、修改、分析，并形成可用于方案设计、建造施工、运营管理等建筑的全生命周期所参考的文件[3]，是信息技术发展到一定阶段对建筑业影响后的必然产物。当前，BIM 的发展趋势是与项目管理信息系统相结合，提高施工现场协同工作效率。
BIM技术特性有以下几点特性：
（1）智能构造的设计表达。相对于以往的二维设计图纸，主要还是根据立面图和平面图以及剖面图这三种图纸相互整合的形式来体现出设计的效果，相对复杂的空间管道设计安排需要BIM技术构造出管道搭接的三维效果，更好体现建筑空间，准确的去传递建筑物的构造信息。
（2）信息传递的一致性。过去的建筑过程中从项目初步设计到施工后竣工验收，各个参与方施工人员、设计方、业主、监理等依次加入，设计技术交底时传递面临着丢失和曲解，影响建筑物的质量、成本和进度，模型对象在不同阶段可以进行修改和扩展无须重新创建。
（3）模型信息的可视化。可视化技术是在屏幕上将建筑参数转换成图形或图像三维的形式，模拟模型在真实环境中受到外力碰撞、管道承重情况、管网压力、设备散热等外部作用于模型时，反应模型试验的结果。提前由设计方为施工人员进行可视化交底，找出施工过程中可能发生的问题，提前制定相应的应对措施，进行风险预防。
（4）信息评价的便捷性。通过互联网进行信息共享、保存、传递和评价。拥有完整立体的数据参数和图形模型，为设计变更、合同管理、工程索赔提供很好的证明材料，为后期运营管理的集成化、信息化和智能化打下基础，更为了最终交付时向当地行政主管部门档案信息化的保存提供了可能。
建立BIM机电模型，有以下四步：
（1）BIM实施准备和设计阶段。BIM技术部门根据工程施工计划对BIM模型工作计划进行安排，业主组织BIM技术会议邀请设计方与BIM建模方对BIM模型所反映的设计问题进行确认，对BIM模型进行综合优化[4]。
（2）碰撞检测和优化阶段。在 BIM 机电模型创建完成后，Navisworks 软件
把各专业模型整合，选择碰撞检测的对象、碰撞构件、碰撞方式、碰撞的间距等分楼层、分专业进行检测调试。优化时首先保证净空高度，其次考虑排列整齐，再次考虑使用综合支架，提高美观度和降低建造成本。最后编写碰撞检查及管线综合优化报告。
（3）施工建造阶段。利用三维动画模拟施工过程，导入施工进度计划，对各个阶段进行流水施工，将施工中电气安装、给排水安装、暖通和消防安装搭接起来，参数中显示6个进度时间参数，实现施工进度管理，能够帮助项目管理人员根据进度安排资源分配，调整自由时差，找出关键工作，预留墙体洞口。
（4）竣工和运维阶段。在可视化的模型中，从中我们可以快速找到设备位置、参数、名称、绿色节能环境保护、安装操作流程、设备升级指南，故障处理流程等信息。此外，BIM 数据中还包含设备的生产厂家、运行时长、保修年限等信息，可以据此联系厂家进行维保。通过数字化模型可以对项目空间资源调用管理，设备资产管理，维修维保管理，使用环境监测能耗监测，安全监控管理，功能化改造和升级管理和建筑维护运营综合信息化管理。
3 BIM机电结构应用案例
3.1工程概况
该拟建项目名称是安徽黄山玫瑰大酒店，位于安徽省黄山市中轴线北部，由黄山文化旅游城投资有限工作室投资建设，地上十二层，地下一层。该工程建筑面积 13046m2，建筑高度53.99m。酒店楼层功能分为三个部分：地下一层为员工餐厅、停车场、厨房及设备用房，一到三层规划有室内滑雪场、儿童乐园和商业及酒店配套用房，四到十二层是酒店客房。耐火等级为一级，抗震设防烈度为7 度，建筑物主体结构采用框架剪力墙结构体系，设计使用年限为50年。
该项目特征有以下三点。第一，安徽黄山玫瑰大酒店工程体量大，业态新颖复杂，如室内滑雪场、儿童乐园、游泳池、影院等。因设计有大量机电设备，导致其设计极为复杂，酒店结构规则，轮廓差异大，底板、顶板的标高、厚度以及梁的种类多，划分区块多而杂，给管线综合设计带来极大不便。第二，安装机电专业施工多且复杂穿插：如制冷系统、通风系统等专业交叉碰撞多，水处理机房11间，空调机房、锅炉房、变压器房等遍布整个地下室，管线更加密集，走线难度大。第三，施工组织管理难度大：该案例项目为典型的“边设计、边施工、边变更”的“三边”工程，工期要求紧，穿插流水施工多，外界影响大，专业分包单位类型多、数量多，施工场地狭小。
3.2 BIM机电模型的建立
3.2.1 给排水和消防模型建立
本项目的给排水模型包括：生活给水系统、热水系统、排水系统、自动喷水灭火系统、雨水系统及室内消火栓系统（如图1所示）[5]。通过两根DN250的市政给水引入管，主要供给酒店内的饮用水给水管网、生活用水管网、游泳池管网以及酒店房间洗手盆、淋浴、卫生间用水管道。在本工程中除排水管道，其他冷热水的管道都为贴梁布置，排水管道存在坡度，要注意不同的管径坡度不同，排水阀门时要注意标高和方向，模型建立要表明管底标高、坡度方向。
3.2.2 暖通模型建立
本工程暖通 BIM 系统有：空调水系统、通风空调系统和防排烟系统三大部分组成（如图2所示）。暖通模型建立之后，清楚反映各个系统管道准确的标高，空调供水和回水管绘制时要注意坡度及坡向，还要注意从技术上是否能保证空调水系统的完整性。采三维模型，更加直观的清楚各个系统的类型，不同的颜色代表不同的系统类型，可以方便的进行指导施工，而且在建筑空间管道和管路附件以及设备水平位置和标高清楚明了，准确的传递建筑物的构造信息。
3.2.3 电气模型建立
该建筑的电气系统设计包括照明、弱电和应急照明等部分组成，应用 BIM 技术创建电气模型（如图3所示）。在建模过程中发现电气系统和电气数据有限，需要手动设置和添加许多电气设备，设计起来很复杂。在配电机房的设计中，要充分考虑房间高度，避免母线及桥架碰撞，同时保证配电机房中没有其他水暖管线穿过。生成在建模时，应该注意的是纵向电缆桥架和水平电缆桥架进行连接的时候，系统无法自动生成垂直三通，需要在纵向桥架的末端先先放置三通，再将水平桥架与三通进行连接。
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图1给排水系统模型 图2暖通系统模型 图3电气系统模型
3.3 BIM机电模型的深化设计
3.3.1碰撞检测
在管线综合施工之前，碰撞检查是通过软件分析出不同专业机电系统之间以及机电系统和建筑结构之间会出现大量的碰撞问题。在酒店的游泳馆设计时连接东南西北各个机房，连接了机房的管线，从四个密集排布的转角开始，从上到下依次为强电桥架、消防桥架、热水供水回水管、冷水供水回水管、信风系统、弱电系统等进行调试，保证该区域排布合理无碰撞，再对延伸出去到游泳场馆内管线标高，可以有效解决大部分碰撞问题。将碰撞进行筛选和分类整理，针对不同类型的碰撞问题进行管线的综合排布，尽早的提出解决方案，调整碰撞的地方，施工时将碰撞节点视为关键节点，尽量避免返工带来的成本、进度的损失，为工程的施工质量提供稳定支撑和保障。
3.3.2管线综合
管线综合就是合理布置各专业管线，最大限度的增加建筑使用空间，减少由于管线冲突造成的二次施工[6]。其内容不仅包括综合协调机房及各楼层平面区域或吊顶内各专业，确保在有效的空间内合理布置各专业的管线，还包括综合排布机房和协调竖向管井的管线布置，协调机电与土建、精装修专业的施工冲突。BIM 团队构建与实际设备尺寸、外形完全相同的模型，完善各系统的细节，协调所有的管道碰撞并进行支吊架的设计和布置。比如下图4和图5所示，供水通水管的弯头和电气系统的桥架位置，为了避开碰撞达到优化来调整水管的弯头。
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图4水管和桥架碰撞优化前 图5水管和桥架碰撞优化后
4结语
本文将 BIM 建模技术、碰撞检测和管线综合与虚拟现实技术相结合，在此基础上展示了安徽黄山玫瑰大酒店项目中给排水、消防、电气、暖通空调等专业的三维模型的建立，运用BIM模型得到了碰撞检测报告后根据建筑管线综合原则和管线避让原则，进行优化设计。通过可视化管理，减少在建筑施工阶段可避免的损失，方便技术交底，有效控制进度、质量和成本，达到合理配置资源的目的。
参考文献：
[1]唐铁.BIM技术在机电安装工程中的应用分析[D].长沙理工大学，2017.
[2]汪洋文杰.基于BIM技术的建筑机电系统设计与优化研究[D].西安建筑科技大学，2016.
[3]梁锦坤，徐长春，滕智，冯超.BIM在EPC项目的应用与示范——以广西国际壮医医院项目为例[J].广西城镇建设，2017（12）：28-38.
[4]贾昊.基于BIM技术的建筑设施管理系统应用研究[D].郑州大学，2017.
[5]于苗.芜湖某超高层综合性商业中心（65层）给水排水工程设计研究[D].东南大学，2015.
[6]胡金杰，秦久运，张民才.BIM技术在地铁机电工程施工管理中的应用[J].暖通空调，2019，49（10）：21-26.
[7]陈昕元.基于BIM技术的大型公共建筑机电设计与优化研究[D].西安建筑科技大学，2016.
[8]徐维兴.总结机电工程施工中的管线综合深化设计[J].科技创新导报，2013（08）：122.
[9]齐靖丰.上海环球金融中心施工组织与计划设计[D].天津大学，2010.
[10]潘志忠.基于BIM的建筑工程施工项目集成管理模式及应用研究[D].哈尔滨工业大学，2017.
基金项目：
铜陵学院校级科研项目“铜文化产业人才的工匠精神影响因素实证研究——以铜陵市为例”（编号：2019tlxytwh08）。
作者简介：
胡旋（1992-），男，安徽铜陵人，学士，安徽铜陵技师学院助教，研究方向为工业，机器人，电气控制、BIM。
徐培（1990 -），女，安徽铜陵人，硕士，铜陵学院助教，研究方向为工程管理、工程造价、BIM。