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摘要：本文通过分析当前BIM在机电工程领域的应用研究现状，构建了适用于机电管线综合排布的模型标准框架，进而设计基于BIM的机电工程设计-施工的应用流程。
关键词：机电工程;BIM;标准框架;应用流程
1 BIM在机电工程中的研究现状及分析
随着BIM技术应用的不断深入，基于BIM的管线综合排布得到了快速发展，尤其是在管线复杂的大型项目中，效果显著。梁永平认为，机电安装工程的施工重点难点在于解决管线安装空间与管道施工的冲突问题，综合排布设计利用BIM技术构建出建筑与机电专业模型，可以实现设计控制的全面性与协调性优化目标。可见通过BIM技术进行管线综合排布及深化已成为解决机电管线排布的有效工具，但是应用主要集中于BIM工具软件的碰撞检查功能，过于追求管线零碰撞，而对碰撞原因缺少归纳，导致BIM模型对施工的指导性下降。纪凡荣等指出基于BIM的管线综合需考虑施工空间及工作面问题。可见，基于BIM的机电工程需要从设计阶段延续至施工阶段，设计阶段需要考虑机电专业内及与建筑、结构等专业的协同净空条件和主要管线碰撞问题，而在施工阶段则要考虑在不影响施工和检修的情况下，充分细化管线布局最大程度地节约空间，这需要对BIM技术在机电工程中的标准和流程优化方面进行归纳和统一。为达到BIM优化的目标，需要在设计、施工两个阶段加强迭代净空分析、碰撞检查、管线排布等功能。综上所述，BIM技术在机电工程的应用需加强净空分析方面功能，而构建面向机电工程的统一标准是BIM技术在机电工程进一步发展的关键。
2 面向机电工程的BIM模型标准框架构建
机电工程的BIM模型开始于设计阶段，深化于施工准备期间，由于机电工程信息在项目前期无法达到完整交付的要求，因此，在满足机电设计与施工需求的前提下，機电工程BIM模型交付内容应遵循模型对象的范围适度、细度适度和信息适度。设计阶段模型交付标准建立在设计规范及标准的基础上，通过明确土建专业与机电专业标准范围建立BIM模型，考虑预留洞口、吊顶厚度、墙、梁、门窗、设备基础、防火卷帘、挡烟垂壁等因素。然后交付施工方，施工方根据BIM模型的深度及细度有所不同，按照持续性标准进行迭代。在施工阶段，首先按照标准核查设计交付模型，然后按照施工标准对BIM模型进一步深化，考虑施工空间、维修空间、吊杆、末端尺寸、小尺寸管道等因素，最终获得最优的全因素全方位的BIM施工模型，为机电管线施工提供支持。在两个阶段，由于设计方与施工方获取信息途径及成本不同，因此BIM模型的信息范围及精度在两个阶段需有所区别。在设计阶段，BIM模型的建立首先需满足设计规范和标准，然后需要满足建筑使用空间，明确不同区域的净空要求和公共走廊的宽度及梁底高度、吊顶高度。除此之外，由于管线穿墙的预留孔洞及套管预埋等工作是在主体结构施工过程中实施，但机电设备及管线的安装工作需要在主体结构完成后实施，因此结构洞口尺寸需在设计阶段模型中输入。因为末端布置需要参考装修设计、采购进场设备参数，而在设计阶段甚至施工前期都无法实现，而这些内容涵盖在施工阶段的标准范围内。
3 基于BIM的机电工程应用流程优化
3.1 面向机电工程的BIM应用原则
（1）设计-施工管线排布迭代：基于BIM的综合管线排布贯穿设计与施工两个阶段，在符合一定精细度的模型进行迭代检查和调整。（2）净空分析最不利原则：在一定区域和范围内，将净空最不利点作为对比点，一旦不符合净空要求，则以该点所在的一定区域作为不合格区域。（3）管线修改原则：按照小管让大管、有压管让无压管、冷水管让热水管、易施工的避让施工难度大、临时管让永久管、电气在上水管在下的基本修改原则。（4）增加软空间：增加施工空间、维修空间、吊顶厚度以及共用支架尺寸。
3.2 净空漫游运算
由于符合要求的净空是碰撞检查的前提，因此增加净空漫游运算以识别模型中的阻碍因素，包括管线、结构构件、建筑构件。如以下公式所示，通过自动提取模型中的构件参数（包括H、h1、h2、h3、K1……n），通过输入吊顶要求高度、设备运输高度等参数，按照初步运算-净空调整二次运算-管线综合排布-过程运算的逻辑，对管线综合排布进行净空漫游运算计算以获得结果，辅助设计完成综合管线排布的优化。初步运算、净空调整两个步骤在设计阶段完成，输出预留洞口、管线尺寸等数据，其余步骤则在施工阶段实施完成。S=H-h1-h2-h3-K1-K2-……Kn≤S0式中，S：管线净空高度;S0：吊顶要求高度;H：板顶高程;h1：首次综合管线厚度;h2：地面完成高程;h3：MAX{结构梁高度};K1：MAX{施工空间，维修空间};K2：吊顶厚度;Kn：其他构件高度。净空漫游运算基础数据分为两类，第一类是模型构件参数及二阶参数，包括管线尺寸、结构梁尺寸，二阶参数如基于管线尺寸及间距形成的综合管线厚度;第二类是净空分析要求参数，如吊顶高度要求、运输路径高度要求、施工空间、维修空间;系统自动获取第一类参数，并通过输入第二类参数，计算模型管线净空高度是否与吊顶要求高度相符，进而识别不符合净空要求的区域。
3.3 基于BIM的机电工程设计-施工应用流程构建
在设计阶段，按照设计阶段模型标准及范围建立BIM设计模型，并对模型范围和精度进行审核。系统在以上原则和净空漫游运算的基础上，首先通过净空漫游运算识别BIM设计模型中净空不足区域并显示，设计方按照处理策略处理显示区域范围内的净空问题。在有效的净空前提下，初步排布管线并进行碰撞检查，高效的解决管线间的碰撞问题。系统最终生成包含预留洞口位置及尺寸的交付模型至施工阶段，保证BIM设计交付模型的合理性和可指导性。在施工阶段，施工方按照施工阶段模型标准及范围进一步深化BIM模型，通过核实预留洞口、设备末端构件实际参数，细微调整管线排布。将施工空间、维修空间等净空要求参数输入系统，再一次实施碰撞检查，最终建立BIM施工模型。最后通过施工模拟，识别出设备暗转、运输空间冲突的位置，提前进行处理，保证机电工程施工安排的流畅。
4 结 论
BIM技术可以在设计、施工等阶段提高机电工程的技术能力，尤其在提高设计质量、管线综合排布质量等方面，已得到了广泛的认可。本文对BIM技术在机电工程的应用进行了研究分析，主要提出了标准框架及工作流程，未来将对净空漫游运算自动识别功能做进一步完善，并在此基础上开发基于BIM技术的机电工程平台，希望为机电工程设计-施工一体化提供参考。
参考文献：
[1] 梁永平.机电安装工程管线的综合排布与设计要点[J].建材与装饰，2018（37）：101-102.
[2] 罗军，舒蓉.BIM在某高层建筑机电管线综合设计中的应用[J].工程质量，2017（12）：82-85.
关键词：机电工程;BIM;标准框架;应用流程
1 BIM在机电工程中的研究现状及分析
随着BIM技术应用的不断深入，基于BIM的管线综合排布得到了快速发展，尤其是在管线复杂的大型项目中，效果显著。梁永平认为，机电安装工程的施工重点难点在于解决管线安装空间与管道施工的冲突问题，综合排布设计利用BIM技术构建出建筑与机电专业模型，可以实现设计控制的全面性与协调性优化目标。可见通过BIM技术进行管线综合排布及深化已成为解决机电管线排布的有效工具，但是应用主要集中于BIM工具软件的碰撞检查功能，过于追求管线零碰撞，而对碰撞原因缺少归纳，导致BIM模型对施工的指导性下降。纪凡荣等指出基于BIM的管线综合需考虑施工空间及工作面问题。可见，基于BIM的机电工程需要从设计阶段延续至施工阶段，设计阶段需要考虑机电专业内及与建筑、结构等专业的协同净空条件和主要管线碰撞问题，而在施工阶段则要考虑在不影响施工和检修的情况下，充分细化管线布局最大程度地节约空间，这需要对BIM技术在机电工程中的标准和流程优化方面进行归纳和统一。为达到BIM优化的目标，需要在设计、施工两个阶段加强迭代净空分析、碰撞检查、管线排布等功能。综上所述，BIM技术在机电工程的应用需加强净空分析方面功能，而构建面向机电工程的统一标准是BIM技术在机电工程进一步发展的关键。
2 面向机电工程的BIM模型标准框架构建
机电工程的BIM模型开始于设计阶段，深化于施工准备期间，由于机电工程信息在项目前期无法达到完整交付的要求，因此，在满足机电设计与施工需求的前提下，機电工程BIM模型交付内容应遵循模型对象的范围适度、细度适度和信息适度。设计阶段模型交付标准建立在设计规范及标准的基础上，通过明确土建专业与机电专业标准范围建立BIM模型，考虑预留洞口、吊顶厚度、墙、梁、门窗、设备基础、防火卷帘、挡烟垂壁等因素。然后交付施工方，施工方根据BIM模型的深度及细度有所不同，按照持续性标准进行迭代。在施工阶段，首先按照标准核查设计交付模型，然后按照施工标准对BIM模型进一步深化，考虑施工空间、维修空间、吊杆、末端尺寸、小尺寸管道等因素，最终获得最优的全因素全方位的BIM施工模型，为机电管线施工提供支持。在两个阶段，由于设计方与施工方获取信息途径及成本不同，因此BIM模型的信息范围及精度在两个阶段需有所区别。在设计阶段，BIM模型的建立首先需满足设计规范和标准，然后需要满足建筑使用空间，明确不同区域的净空要求和公共走廊的宽度及梁底高度、吊顶高度。除此之外，由于管线穿墙的预留孔洞及套管预埋等工作是在主体结构施工过程中实施，但机电设备及管线的安装工作需要在主体结构完成后实施，因此结构洞口尺寸需在设计阶段模型中输入。因为末端布置需要参考装修设计、采购进场设备参数，而在设计阶段甚至施工前期都无法实现，而这些内容涵盖在施工阶段的标准范围内。
3 基于BIM的机电工程应用流程优化
3.1 面向机电工程的BIM应用原则
（1）设计-施工管线排布迭代：基于BIM的综合管线排布贯穿设计与施工两个阶段，在符合一定精细度的模型进行迭代检查和调整。（2）净空分析最不利原则：在一定区域和范围内，将净空最不利点作为对比点，一旦不符合净空要求，则以该点所在的一定区域作为不合格区域。（3）管线修改原则：按照小管让大管、有压管让无压管、冷水管让热水管、易施工的避让施工难度大、临时管让永久管、电气在上水管在下的基本修改原则。（4）增加软空间：增加施工空间、维修空间、吊顶厚度以及共用支架尺寸。
3.2 净空漫游运算
由于符合要求的净空是碰撞检查的前提，因此增加净空漫游运算以识别模型中的阻碍因素，包括管线、结构构件、建筑构件。如以下公式所示，通过自动提取模型中的构件参数（包括H、h1、h2、h3、K1……n），通过输入吊顶要求高度、设备运输高度等参数，按照初步运算-净空调整二次运算-管线综合排布-过程运算的逻辑，对管线综合排布进行净空漫游运算计算以获得结果，辅助设计完成综合管线排布的优化。初步运算、净空调整两个步骤在设计阶段完成，输出预留洞口、管线尺寸等数据，其余步骤则在施工阶段实施完成。S=H-h1-h2-h3-K1-K2-……Kn≤S0式中，S：管线净空高度;S0：吊顶要求高度;H：板顶高程;h1：首次综合管线厚度;h2：地面完成高程;h3：MAX{结构梁高度};K1：MAX{施工空间，维修空间};K2：吊顶厚度;Kn：其他构件高度。净空漫游运算基础数据分为两类，第一类是模型构件参数及二阶参数，包括管线尺寸、结构梁尺寸，二阶参数如基于管线尺寸及间距形成的综合管线厚度;第二类是净空分析要求参数，如吊顶高度要求、运输路径高度要求、施工空间、维修空间;系统自动获取第一类参数，并通过输入第二类参数，计算模型管线净空高度是否与吊顶要求高度相符，进而识别不符合净空要求的区域。
3.3 基于BIM的机电工程设计-施工应用流程构建
在设计阶段，按照设计阶段模型标准及范围建立BIM设计模型，并对模型范围和精度进行审核。系统在以上原则和净空漫游运算的基础上，首先通过净空漫游运算识别BIM设计模型中净空不足区域并显示，设计方按照处理策略处理显示区域范围内的净空问题。在有效的净空前提下，初步排布管线并进行碰撞检查，高效的解决管线间的碰撞问题。系统最终生成包含预留洞口位置及尺寸的交付模型至施工阶段，保证BIM设计交付模型的合理性和可指导性。在施工阶段，施工方按照施工阶段模型标准及范围进一步深化BIM模型，通过核实预留洞口、设备末端构件实际参数，细微调整管线排布。将施工空间、维修空间等净空要求参数输入系统，再一次实施碰撞检查，最终建立BIM施工模型。最后通过施工模拟，识别出设备暗转、运输空间冲突的位置，提前进行处理，保证机电工程施工安排的流畅。
4 结 论
BIM技术可以在设计、施工等阶段提高机电工程的技术能力，尤其在提高设计质量、管线综合排布质量等方面，已得到了广泛的认可。本文对BIM技术在机电工程的应用进行了研究分析，主要提出了标准框架及工作流程，未来将对净空漫游运算自动识别功能做进一步完善，并在此基础上开发基于BIM技术的机电工程平台，希望为机电工程设计-施工一体化提供参考。
参考文献：
[1] 梁永平.机电安装工程管线的综合排布与设计要点[J].建材与装饰，2018（37）：101-102.
[2] 罗军，舒蓉.BIM在某高层建筑机电管线综合设计中的应用[J].工程质量，2017（12）：82-85.