祝春华
广东水利电力职业技术学院
摘要：当前在高层建筑施工的过程中，利用信息技术打造高效的施工手段和管理模式已经成为了多方关注的重点，因此本文便是建立在BIM技术的基础上，结合高层建筑机电设计与施工管理进行分析，阐述了BIM技术的具体概念及在高层建筑施工中应用的背景，分析了具体的应用管理方式，并且结合实际的工程案例进一步验证了BIM技术在高层建筑机电施工和管理中的应用价值，意在通过本文论述，能够进一步提升高层建筑施工有效性，同时可以促进技术体系能够向现代化和智能化方向发展。
关键词：BIM技术；高层建筑；机电设计；施工管理；应用价值
针对当前的城市建筑行业发展情况来看，为了进一步实现土地资源的节约利用，打造立体化的建筑空间已经成为了城市开发的重点，这导致高层建筑如雨后春笋纷纷涌现，而高层建筑在进行管理和施工规划的过程中也面临着众多的挑战，因此进一步解决高层建筑机电设计与施工管理中的矛盾，已经成为了建筑领域发展的重点。而BIM技术是建立在现代化技术体系的基础上，结合建筑领域打造的综合管理模式，具有极强的现代化和智能化特点，因此分析高层建筑机电设计与施工管理过程中BIM技术的具体应用方式，不仅是本文论述的重点，也是进一步增强建筑信息技术改革进程的关键性研究课题。
1、BIM技术体系的具体内容及应用背景
1.1BIM技术体系的具体内容及特点
BIM技术又被称为建筑信息模型，该项技术体系最早是由美国提出的，它是建立在建筑自身建构筑物以及基础设施的角度打造的透明化、立体化建筑模型[1]。具有极强的现代化及智能化特点，能够应用在整体项目工程的全寿命周期管理以及不同阶段的工程信息和资源管理中，已经推广成为了基础设施建设过程中应用价值较高的技术体系之一。综合BIM技术的应用原理来讲，是建立在三维数字技术的基础上，利用数据传输和整合功能，来获取建筑物自身的实际信息[2]，这些信息涵盖了工程施工以及前期设计中的所有数据，利用电脑软件能够实现立体模型的塑造，可以为施工团队提供所需的数据资源以及规划依据。
BIM技术可以说是一种具有极强一体化特点的综合技术体系，能够真正让高层建筑施工以及管理实现可视化操作，避免不同工序以及施工环节之间的碰撞和矛盾问题，可以极大程度上改善原有的材料以及时间浪费现象，是当前高层建筑落实机电设计以及施工管理过程中具有极强应用价值的具体管理方法。
1.2BIM技术在高层建筑中应用的背景
结合我国当前城市发展建设过程中的高层建筑施工需求和现状来看，由于高层建筑涉及到了多种功能，集居住、金融、商业、办公、娱乐等多种领域于一体，要求建筑自身的空间规划以及附属设施规划必须要具备合理性和规范性[3]，因此整体的高层建筑内部的机电工程具有较强的复杂性特点，涉及到的设备以及管道种类繁多，大量的管线在有限的空间内需要进行科学的排列组合，合理的进行空间分化，同时管线以及机电施工与既有的土建施工之间也有较强的交互性，这些交互点若未能得到及时的协调和解决，有可能会造成工程施工难题，对后期的质量以及安全管理都有一定的影响，因此打造高效、全方位、立体化的高层建筑机电设计及管理技术至关重要。
而综合上文论述我们可知，BIM技术体系是建立在智能技术的基础上，获取建筑自身建构筑物以及相关附属设施的基础数据，由此来打造立体化模型，能够客观反映建筑当前的实际情况，可以达到可视化操作，因此在当前高层建筑管线以及机电设备施工和管理过程中，为了实现合理分布、美观施工，提升施工质量和施工进度，利用BIM技术作为主要的技术手段具有可行性。
2、BIM技术在高层建筑机电设计及施工管理中的具体应用
BIM模型主要依赖于当前的互联网技术体系以及云数据处理体系，涉及到了较多的硬件系统以及软件平台，因此在BIM技术与高层建筑机电设计与施工管理相融合的过程中，必须要具备稳定的协同平台，能够实现技术体系和具体施工管理的有机结合，才能够发挥其原有的价值，因此可以从以下几个层次来落实具体应用价值。
2.1构建完善的BIM协同平台
从理论角度上来讲，BIM协同平台主要指的是建立在BIM建模的基础上，结合高层建筑各个分项目以及整体项目产生的大量信息和数据进行整合，能够利用信息和数字将一个项目完整的展现出来，这其中涉及到了软件以及硬件配置这两个层面。首先从硬件配置角度来看，涉及到了BIM工作室，也可以称其为是BIM控制中心，其人员团队主要由建设单位、监理单位、专业顾问、施工单位这几个主体组成，也可以结合工程项目实际的施工现状进行主体划分，例如让项目的总包单位作为统筹，主体机电以及各专业的分包主体紧密配合，打造具有极强沟通性和互动性的人员团队。详细的工作室人员职能划分如图1所示，具有了明确的人员结构团队之后才能够为后续的技术体系融合奠定基础。
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图1：BIM协同团队的具体划分情况
其次从软件配置的角度来讲，首先必须要建立具有高性能的中心服务器，能够连接各个分支团队的电脑以及硬件设备，其中必须要设置权限，能够结合不同人员的主要负责内容进行呈现访问，避免额外进行不正当的操作，例如删除和增加数据等。软件系统必须要具备极强的数据储存能力和协同操作能力，各个分支团队所进行的建模操作都能够通过数据库以及互联网进行传播，最终实现同步的模型建立；另外在软件中心内还需要构建统一的dim制图模板以及相关的制图标准，要及时的下发专业的作业指导书，能够根据相关标准落实机电系统的深化设计以及科学管理。整体来讲，BIM协同平台具有较强的整体性以及连贯性，可以有效缩短不同工程领域之间的空间和时间，进一步提升效率，同时避免出错。
2.2利用BIM技术落实机电体系的设计分析
结合当前的高层建筑机电设计体系来讲，与BIM技术融合之后，统称为BIM设计流程。主体内容是结合不同的机电体系进行单专业模型的构建，然后结合建筑的实际机电系统落实综合模型协调[4]。首先，单专业模型构建是建立在上述的分支主体基础上，结合自身的工作情况落实不同机电体系的专业模型构建，他们是属于整体模型中的每一个元素，接下来在综合模型协调的过程中，便是通过协同平台来获取这些基础元素，将其整合到一起，形成整体的高层建筑机电体系，这其中需要涉及到管线走向、标高、具体位置、冲突点等重点，各专业主体之间必须要加强统筹协调质量，解决矛盾点，同时提升整体机电管线设置的科学性和规范性。如图2所示便是标准的机电系统BIM设计流程，每一个流程都具有回溯功能，能够结合不同主体的实际操作情况进行数据和信息的统筹处理，发现问题及时进行优化。
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图2：高层建筑机电系统BIM设计流程
整体的综合模型首先是建立在二维模型的基础上进行排列，然后通过CAD图纸实现数据信息的转换，将二维图纸转化为数据信息，然后构建立体模型，在这个过程中必须要调整不同专业管线的实际位置，进行管线排列方案的优化[5]。另外由于人工处理的能力有限，因此在利用BIM技术实现机电系统优化的过程中，可以利用软件中自身附带的生成碰撞功能来实现机电体系的优化报告分析，生成碰撞功能主要是建立在机电系统各个管道的分布角度落实的矛盾点探究，利用碰撞矩阵表，表明管线之间是否存在碰撞问题，反复进行调整和优化之后，最终碰撞矩阵表将以0碰撞的结果输出，这时便可以将BIM软件中的三维可视化文件导出，利用投影或者其他设备进行展示。
2.2BIM技术在高层建筑机电施工管理中的应用
首先利用BIM软件实现了建筑三维立体图形构建之后，必须要确保构件结果能够发挥其原有的价值，因此首先要将其作为可视化交底的主要依据，三维立体模型能够有效展示出参建者在进行高层建筑机电系统设计过程中体现出的相关理念，同时也能够帮助各方主体进行探讨和交流，能够进一步提升整体工程的协调效率。而建立在3D技术体系的基础上，当前利用navisworks软件也能够实现4D模拟[6]，将立体模型转化为视频，能够从多个角度观察具体的结构细节，这个过程主要是在高层建筑机电系统的前期土建施工以及后期的机电系统施工中进行应用，土建施工需要为后期的机电系统预留相关孔洞和空间，后期的机电体系施工也需要结合实际情况进行管线调整和优化，BIM技术得是能够有效实现技术交底，将众多细节提前的展示出来，可以避免后期施工调整和管线拆改造成的时间和资金浪费。
其次利用BIM技术也能够实现施工进度的管理。有关BIM技术软件中自带精度模型，其中主要分为前期的概念设计方案，中期的方案设计以及扩初方案，后期的传统细部设计以及模型单元，另外也涉及到精细化施工方案[7]。这些方案体系能够有效表明，不同阶段对于整体建筑机电工程的调整情况，同时BIM软件也能够根据具体的施工现场情况进行数据和信息整合，最终打造总进度施工方案，这其中涉及到了年度、月度以及季度，其原理是能够针对每一个阶段的施工时间花费情况以及效率进行推演，具有极强的动态性，推演的方式是具有循环特点的，并不是单一的推演便能够得出进度方案，而是结合不同的时间点进行反复循环推演，最终得出最优的进度控制方案，能够确保前期的施工计划编制具有极强的可行性，能够结合实际的施工现场制定优化解决措施，由此能够为相关的施工现场管理人员提供优化策略，尤其是在施工内容调整、施工进度、场地布置以及工程资源消耗等方面具有极强的应用价值。
3、BIM技术在高层建筑机电设计与施工管理中的具体应用案例
为了进一步提升本文论述的有效性文章，借助了既有的高层建筑工程作为案例进行分析。本工程项目为某省周大福金融中心[8]，整体的建筑工程分为地上部分以及地下部分，地下4层、裙楼5层以及地上100层。总建筑高度达到了530米，总体面积约为40万平方米，是集酒店，公寓，办公，购物，娱乐等多功能于一体的高层建筑。为了进一步实现人性化管理和多功能管理，整体的高层建筑内部结构较为复杂，涉及到了近百个机电系统，每一个机电系统的管线都需要在狭小的管井内部以及走廊进行放射性排列，密集程度较高，另外由于建筑内部具有净空控制标准，导致机电管线的实际空间受到了二度压缩，这导致实际的机电系统施工以及后期管理面临着较多的问题，因此打造科学完善的机电体系设计及施工管理技术至关重要，因此本项目利用BIM技术实现精细化管理。
3.1管线综合排布设计
管线综合排布设计是落实高层建筑管线系统设计，前期最重点的工程是建立在二维断面综合排布规律的基础上实现三维碰撞检测，能够发现所有管线布设过程中存在的主要问题，涉及到了机电管线相互碰撞以及机电管线和土建结构之间的碰撞。
3.2墙体预留位置设计
墙体预留位置设计主要针对前期的土建工程进行信息数据分析，建立在前期的机电系统规划图纸的角度，落实二者数据体系的整合处理，能够梳理机电系统的干线，同时结合BIM模型进行调整，分析前期土建结构的三维立体模型和后期的机电系统管线模型之间存在交互的位置是否预留了符合相关标准的孔洞，然后输出预留孔洞图纸，确保能够指导前期土建工程落实合理的预留和预埋施工。
3.3专业图纸的优化
主要是结合前期的机电专业招标情况，落实图纸分析，结合图纸的相关数据以及具体结构进行深化设计，并且将最终的设计成果报给业主以及专业的技术顾问进行审批，确保优化之后的方案与实际情况相符，同时也能为整体建筑工程的机电系统质量提升奠定基础，经过审批并且通过之后才可以将其确定为是整体机电系统施工的主体方案。
3.4各机电主体设计优化
本工序主要指的是不同机电系统的负责人，能够根据BIM技术的相关流程，分析自身所负责内容的具体模型，并且以单专业LOD400模型进行绘制。这个过程主要是构建前期的单项工程组合元素，能够为后期的综合变模型构建奠定基础。
3.5综合图纸以及模型绘制
在各专业图纸和模型绘制结束之后，结合协同平台进行数据资料的整合和分析，将其规划为综合的建筑模型，在这个过程中专业顾问必须要严格参与，并且结合实际情况进行指导，为后期的现场施工提供理论依据和技术依据。
3.6具体的施工指导
主要利用BIM技术实现机电系统的设计施工以及全寿命周期管理，因此在进行现场施工的过程中，必须要严格按照BIM模型以及相关数据体系进行现场调整，可以通过电子看板或者iPad作为模型重点显示的载体，能够及时的落实现场验收和现场质检，确保施工现场和模型之间具有一致性。如图3所示便是结合BIM模型进行现场职工施工管理的成果，二者之间的一致性高达100%。
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图3：施工现场与模型对比
3.7施工质量管理
针对高层建筑的机电管线施工来讲，质量管理的重点在于确保管线之间的综合排布具有合理性，真实性以及美观性，不仅能够发挥各自的性能，也可以合理的进行空间利用，避免存在后续一系列的维修和管控难题，因此利用BIM技术进行融合之后，必须要严格控制管道的材质、保温情况、支架设置方式、设备位置以及阀门外形尺寸等相关参数。针对重要的位置必须要进行单独的排列布置，利用三维模型输出图纸进行调整，结合CAD软件进行相关参数的详细标注，在管道预制加工以及施工过程期间，都需要进行针对性指导，落实质量验收，这样才能够实现高质量的施工现场管理。
结束语：
由于高层建筑的机电系统较为复杂，涉及到了大量管线的排列和规划，为了进一步节省空间，实现机电系统的正常运行，必须要落实科学有效的管理和前期设计，而BIM技术本身具有极强的可视化价值，解决软硬件问题，打造具有协同性的BIM平台，结合实际的施工工序落实技术创新，增强BIM技术和工程之间的契合性，严格落实现场管理，确保技术模型能够融入到施工管理中去，这样才能够打造稳定科学且具有极高现代化特点的施工管理模式，不仅能够提升高层建筑机电系统规划的有效性，也可以增强施工管理的质量。
参考文献：
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[2]王瑞,何春隽,刘智荣等.超高层项目机电安装BIM+应用[J].土木建筑工程信息技术,2016,8(3):6-13.
[3]陈炳文.基于BIM技术的超高层建筑机电设计与施工管理[J].商品与质量,2019,(50):58.
[4]李金明.超高层建筑机电设计与施工管理中BIM技术的应用[J].城镇建设,2019,(6):231.
[5]王薇.BIM技术在工程建筑设计中的应用[J].住宅与房地产,2017,(6):127-127.
[6]孙亮.基于BIM技术的超高层建筑机电深化设计与施工[J].中国新技术新产品,2020,(13):85-87.
[7]谢婷,张晓玲,孙亦军等.BIM技术在机电管线综合深化设计中的应用[J].建筑技术,2016,47(8):727-729.
[8]黄联盟,鲍冠男,杨继武等.应用BIM技术助推天津周大福项目超高层机电工程深化设计及施工[J].安装,2017,(2):61-64.
作者简介：姓名：祝春华,出生年份：1977年10月21日性别：男?民族：汉?籍贯：河南西平?学历:研究生?职称：中级?主要研究方向：传热与节能，?BIM技术及应用，空调制冷方向