BIM 技术在超高层机电安装中的应用分析

陈旭元 曹 伟

（江苏工程职业技术学院建筑工程学院，江苏 南通226300）

40 层以上，或者高度达到100 米以上的建筑物即可被视为超高层建筑。随着楼层的增高，超高层建筑的机电安装难度也会随之增大，一旦机电线路出现问题，将会严重影响用户的居住体验，在极端恶劣的情况下，很有可能造成恶性事故。因此，在进行超高层建筑机电安装工程作业时，应该充分运用BIM 技术，在建筑信息模型的指导下，细化每一项作业流程，保证机电安装工程顺利进行。

1 某超高层建筑机电安装工程概况

江苏省某市新城区的商业综合建筑体，是一类商住两用的建筑。其中地上1～5 层为商业区，采用中空环绕式的设计，6～24 层为酒店客房；25、26 两层为酒店复试餐厅；27、28、29 三层为酒店办公区；30、31 两层为设备调试间，每层层高为3.8m，建筑地面上方建筑主体全高度为128.7m，建筑面积达到71257.59m2。此外，还包含共两层的地下建筑区域，地下一层为大型购物广场；地下二层为车库。该超高层建筑的综面积达到108357.68m2。在机电安装工程项目正式启动之前，施工企业对该超高层建筑进行了实地勘察，发现施工难点如下：第一，建筑结构及其复杂，导致大部分机电管线处于“穿插”状态，且管线布设的密度极大；第二，具备不同功能的楼层之间的管线协调存在较大困难；第三，在机电工程正式启动之前，该超高层商住两用建筑已经完成了幕墙工程的安装，导致一些楼层的拐角处以及其他部分区域被大量幕墙支撑结构“挤占”，致使机电安装的施工空间狭小，对施工组织的要求极高；第四，业主对楼层吊顶标高有要求，必须维持3.0m 的精确度，不得出现误差。总体而言，在进行该超高层建筑机电安装工程时，面临多重困难。因此，为了提升工程方案的完善性，避免因考虑不周而导致返工，故安装单位决定使用BIM 建筑信息模型软件，虚拟出超高层建筑的建筑布局以及机电管线结构布局，对线路的走向、重要机电设备的布置位置进行反复论证。此外，在进行室外作业时，使用的支架等辅助设备的具体参数，都需要通过BIM 模型进行设计，最终目的在于保证施工质量和施工安全，并在规定期限内完成。

2 BIM 技术应用于超高层机电安装的优势分析

本文选用的超高层建筑机电安装工程，应用了BIM 技术之后，经过系统性的测试、总结，发现其综合优势如下：

第一，借助BIM 建筑信息模型的，优化设计方案，极大地解决了安装及运营成本。首先，该超高层建筑的总高度近130m，且总层数为33 层（包含地下部分），由于安装团队的技术人员没有参与该超高层建筑的设计建造，故而对其中构造的了解程度不足。尽管经过实地考察，设计出了工程图纸，但时间仓促，且受建筑层高的影响，难免出现错误、漏洞、缺陷、突发情况等问题。而应用BIM 技术，使超高层建筑中所有与机电安装有关的参数“跃然纸上”。比如在30 层以上的机电管线铺设时，需要在建筑体外部进行部分作业，随着楼层的增高，支护装置本身的重力对整体的影响逐渐提升。根据BIM 数字建筑模型的自动计算功能，得出的支护装置施工成本相较预期的整改率降低幅度超过40%，施工成本节约程度超过10%，从而解决了困扰安装团队的一项重大问题[1]。

第二，对施工全过程管理起到良好的辅助作用。BIM 软件中自带格式转化功能，在成功虚拟出建筑模型后，将之转化成VRP 格式，通过佩戴3D 显像眼镜的方式，使三维立体形态的建筑模型清晰呈现在工作人员眼前。特别是与机电管线布设有关的区域，技术人员亲临现场时，虽然能够做到精细化测量，但切入视角往往受环境影响而产生局限性。当技术上的问题得到系统性的解决之后，技术人员组织施工人员进行观看，并对特定区域采用的特殊技术手段进行了讲解，改善了传统的技术交底模式。如图1 所示，为BIM 虚拟机电管线布设立体图，既可以在2D 视域下观看，又可以佩戴3D 眼镜，无死角地观察各处细节。其中，白色部分代表管线支撑结构，灰色部分为当前观察方向的管道排布情况，模型可以进行360°旋转。可以看出，在BIM 建筑模型和BIM 机电模型中，重要组件以黑、白、灰光暗三原色显示。技术人员看到的颜色如果是白色，说明在当前视角下，目标管道处于“迎光”方向；呈现灰色，说明视角已经与初始观察方向发生了较大偏差。基于此，通过BIM 技术辅助机电安装时，有关人员需要注意机电管道或管线明暗度的变化情况，避免出现遗漏，否则，将会引发新的问题。

图1 BIM 虚拟机电管线布设立体图

第三，通过BIM 虚拟超高层建筑模型，对管道和支吊架等设备进行预制加工。利用BIM 技术，成功建模之后，通过C4D 软件中的body-painter 软件，对机电管线布置进行虚拟操作，之后导出IFC 格式的数据问题。经过统计，在BIM 技术的协助下，机电安装工程中仅管道施工一项内容，就减少了超过6 成的现场工作量。此外，经过预加工之后，很多管线材料进入场地之后直接进行安装，大幅度降低了危险作业频率。经过统计，9 成以上的危险作业得到避免，仅高空作业额外支出一项费用，节省幅度超过5%[2]。

3 BIM 技术应用于超高层机电安装时的控制要点分析

3.1BIM 建模实施过程

在建筑工程领域中，BIM 技术并不是一项新的事物，已经成为了一种常见的重要性辅助施工手段。首先，由设计方提供BIM建筑模型，将建筑中特殊位置的设计构思、形态特征等全部体现在模型之中，之后将之提供给后续负责施工的企业。当负责机电安装的企业获得BIM 建筑模型之后，根据模型特点，结合自身的实地调研，建立侧重点为机电安装的BIM 机电模型。此时，建筑的整体布局已经形成，一些无法变动的区域也已清晰标注，机电安装企业需要根据限定性的情况进行下一步工作。其次，施工方在BIM 机电模型的基础上，对施工图纸进行细化，并将实地考察中获得的有价值的信息加入模型之中，使模型得到进一步的细化[3]。

3.2 基于BIM 技术的超高层建筑机电管线综合优化分析

在超高层建筑机电安装过程中，最大的难点在于：一旦出现机电管线甚至是管道冲突现象时，如果仅仅按照传统的规范避让总原则，即“电让水、水让风、小管径让大管径、冷水管让热水管、有压管让无压管、重力排水管优先”等进行处理，不仅不会解决问题，反而会受超高层建筑结构设计的特殊性的影响，使问题扩大化。在BIM 软件中，Navisworks 功能能够围绕建筑中各系统之间的“冲突”提供解决方案。比如在本文选用的超高层建筑机电安装案例中，通过BIM 软件Navisworks 功能检测出的多系统之间的碰撞超过6000 余处，其中，仅仅两层地下室以及5层商业区中，机电专用管线走向出现“缠绕”、“碰撞”等问题近1200 处，管线与结构构件发生碰撞处超过160 处。如果按照传统的解决方式，发现一处问题解决一处，不仅工程量浩大，且在“解决问题”的过程中，很可能引发新问题。故通过BIM 机电模型，对管线“缠绕”现象进行梳理，找出“互不影响”、“节约空间”的最佳方式，使问题得到根本性解决[4]。如图2 左所示，是技术人员根据设计方案，将管线布设的初始参数输入BIM 软件后，得出的初级形态，可以看到，横向、纵向的管道与建筑结构出现了“碰撞”，发现此问题后，通过调整参数，使机电管线沿着超高层建筑的“结构缝隙”穿过，有效解决了“碰撞”问题。经过调整的机电管线布设方式如图2 右所示。

图2 参数调整前后BIM 机电管线布设示意图

结束语

在超高层建筑中进行机电安装作业，并不是随着楼层升高而重复管线铺设，而是需要充分考虑超高层建筑的整体布局，涉及支撑结构的搭建、机电安装造价成本控制等多项内容。因此，充分运用BIM 建筑信息模型，对超高层建筑机电安装的各项信息数据进行详细分析，针对作业难点反复论证，能够从根本上提升机电安装水平，保证质量。对用户的居住以及后续维护，都能提供便利性。