基于BIM 的装配化机电安装施工关键技术应用

引言

建筑行业的不断发展，装配化机电安装施工以其高效、环保等优势逐渐成为行业发展的重要趋势。然而，装配化机电安装施工涉及众多复杂环节与专业协调，传统施工方式难以满足其精细化、高效化的要求。BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技术的出现为装配化机电安装施工带来了新的解决方案。BIM 技术通过数字化三维模型整合建筑项目全生命周期的各种信息，实现信息的共享与协同，为装配化机电安装施工提供了强大的技术支持，能够有效提升施工效率、保障施工质量、降低施工成本。深入研究基于 BIM 的装配化机电安装施工关键技术应用，对于推动建筑行业的现代化发展具有重要意义。

1 装配化建筑特点

装配化建筑施工即是一种将在指定工厂内事先制作好的钢结构构件、混凝土结构构件、木结构构件等建筑结构预制构件运输至施工现场进行拼接组装的施工方式，根据设计要求，选择相应的预制构件完成装配化建筑施工，具有如下特点:

1.1 施工速度快、效率高

由于装配化建筑结构采用厂内预制构件，现场施工时可按设计说明直接进行拼装作业，提高效率的同时又可节约因混凝土浇筑、砌筑等大量时间，相较于传统建筑施工，装配化建筑施工速度更快、施工效率高。

1.2 工程质量高

装配式建筑结构构件大部分在厂内预先制作，预制结构构件采取标准化、模块化批量生产，作业规范，构件尺寸、强度等控制严格，相较于受外部环境影响下的人工制作完成，产品缺陷更少，质量更高，可提高建筑结构整体质量。

1.3 施工安全性高

装配化建筑结构采用厂内预制构件，减少了施工现场建筑结构作业量，降低了施工风险概率，而对于传统建筑施工，现场施工作业量更大，作业人员更多，工人在高空、狭隘空间作业频繁，发生安全施工风险更高。

1.4 减少环境污染

一般高层建筑位于城市中心，传统建筑工程施工现场会对周围环境产生噪音、废弃物等污染，而装配化建筑预制构件在工厂内制作完成，可减小建筑施工对周围环境的影响。

1.5 节能环保

根据建筑结构设计要求，预制构件可采用节能环保材料。

综上，装配式建筑施工在提高施工效率和质量、增强工安全性、减少环境污染和资源浪费、促进节能环保等方面具有显著的优势。

2 BIM 技术原理

BIM 技术通过数字化手段，将建筑工程项目全生命周期内的各类信息，如几何信息、物理信息、功能信息以及时间信息等，整合到一个三维的信息数据库中，构建出一个可视化的建筑信息模型。该模型不仅能够直观地展示建筑的外观与内部结构，还能详细描述各个构件的属性与相互关系。在这个模型中，所有信息都是相互关联、实时共享的，任何一个部分的修改都会自动反映到整个模型中，从而保证了信息的一致性与准确性。例如，当对建筑结构中的某根梁的尺寸进行修改时，与之相关的建筑空间布局、机电管线走向以及其他构件的连接关系等信息都会相应地自动更新，无需人工逐一调整，大大提高了工作效率与信息的准确性。

3 基于 BIM 的装配化机电安装施工关键技术应用

3.1 机电系统深化设计

机电系统深化设计是装配式施工的前提和基础，通过 BIM 技术实现设计成果的精细化和可实施性，深化设计首先需要对原始设计图纸进行校核和优化，运用 RevitMEP 等软件建立精确的三维模型。在管线综合方面，通过模型优化各系统管线的空间布置以解决管线碰撞和施工干扰问题。针对装配式施工特点，进行构件的模块化划分和标准化设计，确定预制构件的具体尺寸和连接方式，在深化过程中重点关注预留预埋、设备基础、管线支架等细部构造的设计，确保构件之间的精确配合。通过 BIM模型进行管线综合排布，分析优化各专业管线的空间位置和安装次序，深化设计成果应包含构件深化图、预制加工图、施工安装图等，为后续预制加工和现场安装提供准确的技术依据。

3.2 施工进度模拟

关联进度计划：将 BIM 模型与施工进度计划进行关联，通过 BIM 软件的时间维度功能，为每个机电安装施工任务赋予相应的开始时间、结束时间以及持续时间等信息，从而构建出 4D 施工进度模拟模型。在关联进度计划时，需要确保施工任务的逻辑关系与实际施工顺序一致，并且准确反映各项任务之间的先后顺序与依赖关系。例如，在安装机电管道系统时，需要先安装主管，再安装支管，最后进行管道的连接与调试工作，这些任务之间的逻辑关系在进度模拟模型中要准确体现出来。同时，要将施工进度计划中的关键节点、里程碑事件等信息也纳入到 BIM 模型中，以便在模拟过程中能够清晰地展示项目的整体进度情况与关键控制环节。

模拟施工过程：利用构建好的 4D 施工进度模拟模型，对装配化机电安装施工过程进行动态模拟。在模拟过程中，可以直观地看到随着时间的推移，各个施工阶段的工作内容、施工人员与设备的投入情况以及施工现场的布置变化等。通过模拟施工过程，能够提前发现施工进度计划中存在的不合理之处，如施工任务安排过于紧凑导致资源供应不足，或者施工顺序不合理导致施工效率低下等问题。例如，在模拟过程中发现某个施工区域在同一时间段内安排了过多的施工任务，而该区域的施工场地有限，无法同时容纳这么多的施工人员与设备，从而导致施工进度受阻。针对这些问题，可以及时对施工进度计划进行调整与优化，合理安排施工任务、调配施工资源，确保施工进度的顺利进行。同时，施工进度模拟还可以为项目管理人员提供决策支持，帮助他们更好地协调各专业之间的施工关系，合理安排施工顺序，提高施工现场的管理效率。

3.3 基于 BIM 的质量管理

质量管理是装配化机电安装施工的核心目标之一。BIM 技术在质量管理方面具有显著的优势，能够实现对施工质量的全过程、全方位管理。在施工前，利用 BIM 模型对施工过程中的质量控制点进行标识和规划。例如，在管道连接部位、设备安装节点等容易出现质量问题的地方设置质量控制点，并在 BIM 模型中详细记录每个质量控制点的质量要求、验收标准和检验方法等信息。施工人员在施工过程中可以通过移动终端设备随时查看 BIM 模型中的质量控制点信息，按照要求进行施工操作，确保施工质量。在施工过程中，利用 BIM 技术结合移动互联网技术，实现质量问题的实时记录和反馈。当施工人员发现质量问题时，可以通过手机或平板电脑等移动设备拍摄照片或视频，并在 BIM 模型中准确标记问题的位置，同时详细描述问题的情况。这些质量问题信息会实时上传到 BIM 管理平台中，项目质量管理人员可以及时收到通知，并对质量问题进行分析和处理。通过 BIM 管理平台，还可以对质量问题的整改情况进行跟踪和验证，确保每个质量问题都得到妥善解决。此外，在工程验收阶段，利用BIM 技术可以对机电安装工程进行全面的质量验收。通过将实际施工完成的情况与 BIM 模型进行对比，检查是否存在漏项、偏差等问题。同时，利用BIM 模型中的质量验收标准和检验数据，对工程质量进行量化评估，确保工程质量符合设计要求和相关标准规范。

3.4 现场安装施工工艺

现场安装是装配式施工的核心环节，需要严格按照BIM 模型和施工方案进行精确安装。安装时首先需要进行测量放线，采用全站仪等测量设备，结合 BIM 模型进行空间定位，在吊装过程中使用专用吊具和定位工装，确保构件的准确就位。对于大型设备和管线模块，采用分段吊装技术，通过 BIM 模型模拟吊装工序优化吊装方案，在构件连接环节严格执行标准化连接工艺，确保连接质量，支吊架系统的安装采用模块化组装技术，通过预制支架快速完成固定。在施工过程中，通过移动终端实时查看BIM 模型进行施工指导和质量检查。对于复杂节点的安装，采用 AR 技术辅助定位，提高安装精度。这种基于BIM 技术的现场安装工艺能够显著提高施工效率和质量。

3.5 基于 BIM 的成本管理

成本管理是装配化机电安装施工项目管理的重要任务之一，直接关系到项目的经济效益。BIM 技术在成本管理方面能够提供准确的数据支持和有效的管理手段。首先，通过BIM 模型可以准确计算机电安装工程的工程量。BIM 模型包含了详细的建筑结构、机电设备和管线等信息，利用 BIM 软件的工程量计算功能，可以快速、准确地统计出各种材料、构配件的用量，避免了传统工程量计算方法中容易出现的漏算、重算等问题，为成本核算提供了可靠的数据基础。其次，将 BIM 模型与造价信息数据库相结合，可以实现实时的成本核算和成本控制。在项目实施过程中，根据实际施工进度和资源消耗情况，将人工、材料、设备等费用信息录入到 BIM 管理平台中。BIM 管理平台根据BIM 模型中的工程量信息和造价信息数据库中的单价信息，实时计算项目的实际成本，并与项目预算进行对比分析。一旦发现成本超支情况，系统会及时发出预警信息，并通过对 BIM 模型的分析，找出成本超支的原因，如材料浪费、施工方案不合理等。项目管理人员可以根据分析结果，采取相应的成本控制措施，如优化施工方案、加强材料管理等，确保项目成本在可控范围内。

3.6 预制构件生产管理

生成构件加工图：基于 BIM 模型，利用相关软件的功能，自动生成预制构件的详细加工图纸。这些加工图纸包含了构件的尺寸、形状、材质、加工工艺以及连接方式等详细信息，并且能够以直观的三维视图与二维图纸相结合的方式展示出来，方便预制构件生产厂家的技术人员与工人理解与操作。在生成构件加工图时，要确保图纸信息与 BIM 模型的一致性与准确性，避免因图纸错误导致预制构件生产出现偏差。同时，要根据生产厂家的生产工艺与设备条件，对加工图纸进行适当的优化与调整，以提高生产效率与产品质量。例如，对于一些复杂的构件，可以在图纸中详细标注加工步骤与注意事项，或者采用分段加工、现场组装的方式，降低生产难度与成本。

跟踪生产进度：通过在 BIM 模型中为每个预制构件赋予唯一的识别码，并结合物联网技术、二维码技术等信息化手段，实现对预制构件生产进度的实时跟踪管理。在预制构件生产过程中，生产厂家的工作人员可以通过扫描构件的识别码，将构件的生产状态（如原材料采购、加工制作、质量检验、成品入库等）实时录入到 BIM 系统中。项目管理人员可以通过互联网随时随地访问 BIM 系统，查看每个预制构件的生产进度情况，及时掌握生产过程中出现的问题与延误情况，并采取相应的措施进行协调与解决。例如，如果发现某个构件的生产进度滞后，可能是由于原材料供应不足或者生产设备出现故障等原因导致的，项目管理人员可以及时与生产厂家沟通，协调解决原材料供应问题或者安排设备维修，确保构件能够按时生产完成并交付施工现场。通过对预制构件生产进度的实时跟踪管理，能够有效保证预制构件的按时供应，避免因构件供应不及时而影响施工进度。

3.7 施工现场管理

三维可视化交底：在施工现场，利用 BIM 模型的三维可视化特点，对施工人员进行技术交底与安全交底。传统的交底方式主要以二维图纸与文字说明为主，这种方式对于一些复杂的施工工艺与施工流程，施工人员往往难以理解。而通过 BIM 模型，能够将施工过程中的关键环节、施工工艺以及安全注意事项等以直观的三维动画、图片等形式展示出来，使施工人员更加清晰地了解施工要求与操作方法。例如，在进行机电设备的安装交底时，可以通过 BIM 模型模拟设备的吊装过程、安装位置以及与周边构件的连接方式等，让施工人员提前熟悉施工流程，避免在实际操作过程中出现错误。同时，在安全交底方面，可以利用BIM 模型展示施工现场的危险区域、安全防护设施的设置位置以及应急逃生路线等信息，提高施工人员的安全意识与自我保护能力。通过三维可视化交底，能够有效提高交底的效果与质量，减少因施工人员对交底内容理解不清晰而导致的施工质量问题与安全事故。

实时监控与协调：借助 BIM 技术与施工现场的监控设备、传感器等相结合，实现对施工现场的实时监控与协调管理。在施工现场安装摄像头、传感器等设备，实时采集施工现场的人员位置、设备运行状态、施工进度以及环境参数（如温度、湿度、噪音等）等信息，并将这些信息传输到 BIM 系统中。项目管理人员可以通过 BIM 系统实时查看施工现场的实际情况，与 BIM 模型中的计划信息进行对比分析，及时发现施工现场存在的问题与偏差，如施工进度滞后、施工质量不达标、安全隐患等，并采取相应的措施进行调整与处理。例如，如果通过监控发现某个施工区域的施工进度比计划进度滞后，项目管理人员可以通过 BIM 系统查看该区域的施工任务安排与资源配置情况，分析原因并及时调配人员与设备，加快施工进度。

结语

基于 BIM 技术的机电安装工程装配式施工技术研究，通过虚拟仿真和信息化手段实现机电设备和管线的高精度预制和标准化安装。在地下室泵房、综合管网、竖向管井等区域的实践应用表明，BIM技术能够有效指导装配式施工过程，提升施工精度和效率，通过标准化设计、工厂化预制、装配化施工等措施，显著提高机电安装工程的整体施工水平。未来，将进一步推进 BIM 技术与装配式施工的深度融合，推动机电安装工程向工业化、信息化方向发展。

参考文献

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