高层建筑机电安装施工中BIM 技术的应用

引言

结合国家统计局公布数据显示：2023 年我国高层建筑竣工量占据全球总量的 54.25% 。预计 2024 年，我国高层建筑（建筑高度 >27m 的住宅建筑；＞24m 的非民用建筑）建设数量将突破 300 座。为进一步促进高层建筑行业良性发展，理应在机电安装施工环节善用 BIM 技术改善施工条件，确保缆线布设、机电设备安装等施工事项满足预期要求，为高层建筑的安全运行给予充分保障，也能在技术引领下优化施工效果，有效预防工程事故。

1 BIM 技术在机电安装中的应用基础

BIM 技术作为机电安装工程信息化建设的重要支撑，通过三维数字模型构建、信息集成和可视化手段实现机电系统的全过程管理。在应用层面，BIM 技术主要包括建模、碰撞检测、工程量统计和施工模拟等核心功能。建模阶段采用 RevitMEP 等专业软件，根据设计图纸建立包含几何信息和非几何信息的三维模型，实现机电系统的可视化表达；碰撞检测通过 Navisworks 等工具，对机电管线之间及与建筑结构之间的碰撞进行自动检查，及时发现设计缺陷；工程量统计基于 BIM 模型自动生成材料清单和设备表，提高预算精度；施工模拟则通过4D-BIM 技术将施工进度与三维模型关联，优化施工工序。在装配式施工中，BIM 技术的应用基础主要体现在标准化设计、工厂化预制和装配式施工 3 个方面：标准化设计通过参数化建模实现构件组的快速配置；工厂化预制依托 BIM模型进行深化设计和加工放样；装配式施工则利用 BIM 技术进行施工模拟和现场定位。通过 BIM 技术的应用，可有效提升机电安装工程的设计效率、施工精度和管理水平。

2 高层建筑机电安装施工中BIM 技术的应用

2.1 建立 BIM 机电模型

建立BIM 机电模型前，清晰界定模型应用的具体目标，是否用于施工指导、性能分析或后期运维等，并确定详细的实施时间表，包括各阶段的开始与结束时间、关键节点及责任人，根据模型工作量进行分组划分。准备与机电系统设计相关的图纸、规范文档、制造商产品目录和性能数据，包括设备尺寸、连接方式和性能参数。建立和完善高质量设备族文件，族文件应精确反映实际设备的几何形状、物理属性和安装要求，以提升模型的精确度，后续项目只需根据关键字索引即可轻松找到需要的族。建立模型时参考建筑专业提供的坐标和高程进行设置，确保所有参与方使用的模型坐标一致，便于模型整合和避免位置偏差。此外，建立统一的 BIM 标准和命名规则，确保所有参与者遵循一致的工作流程和质量标准。

2.2 碰撞检查

在实际操作中，通过 Revit2018 等软件的碰撞检查功能，可快速定位并高亮显示碰撞点，便于设计师及时优化设计方案。同时，BIM 技术还能实现各专业模型之间的协同，将建筑、结构、管道、电气等各个专业的模型实时集成在一起，避免模型之间的冲突，提高整体设计效率。如式（1）所示。

（1）

式中：F 代表碰撞检查效率；O 代表发现碰撞的数量；L 代表实际存在的碰撞总数。

例如在某地上楼层22 层，地下室2 层且建筑面积为 49181.3m2 的高层建筑工程中其楼层高度为 94m ，该工程施工前期，为应对管线碰撞风险，专门在技术交底环节对 BIM 技术应用要点进行探讨学习，甚至还组建了机电安装碰撞检查问题分析小组，统计该工程模拟过程的碰撞事件发生频率，即制作工艺性碰撞 2.5% ；标高性碰撞 53.3% ；空间性碰撞 2% ；路由性碰撞 41.2% ，从中确定为控制管线碰撞点质量问题，要求施工人员紧密结合碰撞检查结果规范施工行为。包括布设机电通信网络路径及管道构件时，务必关注布置路径重叠性，以免在管线交叉作业环节影响实际功能。另外，碰撞检查环节还可参考下列公式客观评估吊杆安装质量，因吊杆质量直接影响机电设备运行稳定性，所以可通过该技术确定吊杆相关参数是否达标，一般强调高层房屋建筑内部配备的吊杆，其直径多为 6mm ，吊杆之间的距离宜低于 1200mm 。BIM 技术能对吊杆安装过程与天花板、主龙骨端部的间距进行优化设置，使之符合 200mm 到 250mm 、<300mm 的既定标准，直观了解参数不达标情况下机电安装施工效果。由此证实：BIM 技术应用期间，可借助其碰撞检查功能严控施工质量。

F=G+P=mg+P（2）

式中：F 表示吊杆索力；P 表示吊装物体重量；G 表示吊杆自重； m 表示吊杆重量； Π_g^g 表示重力加速度。

（3）

式中： Δ1 表示变形量；FN 表示荷载力；l 表示建筑构件长度；E 表示建筑材料弹性模量；A 表示截面面积。

2.3 管线合理排布

BIM 技术除了能实现优化设计、碰撞检查外，还可提升管线排布合理性，通常与传统二维排布方式比较，融合 BIM 技术后获取的管线排布结果，可增加20% 的准确度，深化设计时间也能缩减 10% ，整体施工效率可上调 15% 左右，尤其对于管线分布环境复杂、涉及的机电设备数量较多的高层建筑工程。经由该技术可从 BIM 软件界面，直观了解管线排布路径，之后结合上述提到的碰撞检查结果，观察按照该方式布设管线时，是否影响机电系统后续运行状态。

2.4 优化调整

在优化调整过程中，遵循优先保证主要管线通行、合理利用空间、减少管线交叉和便于施工维护等原则。根据碰撞报告中的信息，制订优化调整策略。对于重要的管线冲突问题，组织专家进行论证，确保优化方案的科学性和可行性。依据碰撞报告，首先对管线的走向进行调整。通过Revit软件的三维视图功能，直观地展示管线的调整方案，实时观察调整后的效果。在调整过程中，充分利用 BIM 软件的参数化设计功能，对管线的长度、管径、标高以及连接方式等参数进行精确修改，确保调整后的管线系统符合设计要求。对于部分无法通过调整管线走向解决的冲突问题，适当调整设备的位置。在调整设备位置时，综合考虑设备的运行要求、维护空间以及与其他系统的协调性。调整完成后，再次利用 BIM 软件的模拟分析功能，对优化后的方案进行施工模拟和空间分析。通过施工模拟，验证方案在施工过程中的可行性，提前发现潜在的施工问题；通过空间分析，确保优化后的管线排布满足建筑空间的使用要求，避免出现空间浪费或影响后期使用功能的情况。

结语

综上所述，高层建筑机电安装施工中应用 BIM 技术，实则为了达到修正施工方案、维护施工安全、保障安装质量等既定目的。故此，在机电安装施工人员落实施工事项期间，具体可从BIM 建模软件、安装流程优化设计、碰撞检查、管线合理排布等方面，发挥 BIM 技术的辅助作用，一则可规避工程施工风险；二则提升完工达标率，使我国高层建筑行业在技术指导下取得显著性突破成就。

参考文献

[1] 徐旺，赵会岩，张新涛，等. 机电施工中BIM 的应用探析[J]. 安徽建筑，2022，29(10) ：110-111.

[2] 邱勇 . 基于 BIM 技术的建筑工程机电设备安装施工 [J]. 石材，2024(10) ：75-77.

[3] 孟磊 .BIM 技术在建筑机电安装工程施工质量控制中的运用 [J]. 中国机械，2023(30) ：55-58.