公共建筑機電設計中BIM技術的應用

徐天芳，梁 珂，胡 偉

（中國礦業大學 建筑與設計學院，江蘇 徐州 221116）

0 引言

BIM也就是建筑信息模型，主要是利用建筑三維設計軟件以及工程設計軟件，從而建立出“可視化”的數字三維模型，這一個模型能夠為生命周期之中的開發商、設計方、施工方提供一個虛擬的建筑。通過這一個模型，就可以針對項目進行建筑設計，做好建筑施工，并且開展建筑的運營管理，進而滿足項目成本的節約，同時也能夠提高效率。

1 建筑工程中機電系統深化設計

1.1 設計參數收集

按業主提供的技術標書和設計變更指令，根據國內外設計標準，結合建筑物中的各區域功能要求，確定建筑物各區域的設計技術指標，收集各系統國家相關行業的設計規范和已獲業主批準的設備制造廠家的設備性能參數。

1.2 確定各專業的設計方案

各專業設計負責人在項目總工程師的組織下，建立專業之間配合、協商、會商制度，在符合國家設計規范的前提下，明確設計深化的原則、范圍、要求，確定各專業的設計方案。設計方案中既要保證業主提出的各項技術指標都能得到滿足，又要在保證工程質量的前提下降低安裝工程造價，同時設備參數表和計算書要單獨列出。

1.3 繪制機電系統設備布置及各種管線的綜合布置圖

各專業設計深化后的施工圖完成后，同時還應繪制各管線的平、剖面綜合布置圖，用不同的顏色標注各種管線，如吊頂內、管廊、管井、機房等部位各種交叉管線，平、剖面綜合布置大樣詳圖。做到既能合理充分利用空間和支、吊架布置各種管線，又能避免各施工專業各干各的，造成不必要的工程返工。

2 公共建筑機電設計BIM技術應用的優勢及流程

2.1 優勢

一般來說，公共建筑屬于采用中央空調的，集商業、辦公、旅游、通信、科教等于一體的公共建筑。但是，公共建筑本身的結構以及管線的排布相對復雜，利用CAD的設計無法滿足建筑工程設計的具體要求，而復雜的空間關系以及建筑構件，就會對建筑工程的施工進度以及質量帶來影響。并且因為設計所出現的變更也是比比皆是。BIM技術的出現，就可以將這些問題妥善的解決[1]。

在傳統模式下設計公共建筑，其本身的設計圖紙內容非常的復雜，并且在設計的過程中還會出現變更與修改，并且在這一個過程中很容易面臨設計疏漏。一個公共建筑的設計圖紙可能上百張，但是圖紙信息無法做好設計的交流與溝通，并且對于后期的保管也會帶來較大的影響。在進行施工的時候，施工人員需要參考若干張圖紙，但是也未必就一定能夠準確的進行施工，這樣就可能造成施工浪費。

但是在公共建筑設計中應用BIM技術，其設計內容就會統一到一個模型之內，截取模型中的任意一個部位，就可以獲取部位需要的全部設計信息和內容，進而造成遺漏或者是缺失。在進行圖紙管理的時候，通過BIM技術就可以做好圖紙信息的高效管理，實際上，建筑模型就是將設計內容作為有效的載體，進而從模型之中獲取圖紙信息。針對施工而言，BIM技術可以提升施工進度，進一步縮減施工成本浪費，最終提升施工質量。施工人員在現場施工的時候不需要施工圖紙，只需要利用移動終端，將需要施工部位的模型直接打開，這樣就可以觀看相對應的設計內容，讓施工人員更好的領會設計意圖，確保能夠一次施工，避免出現返工的現象。同時，在存在建筑模型之中，就可以應用BIM技術做好各種模擬或者是管理維護，這樣也可以提升公共建筑本身的可持續性。

總體來說，在公共建筑之中應用BIM技術，其優勢主要歸結于：①能夠有效的解決因為設計內容過于復雜，從而造成圖紙數量龐大，不容易保存管理的問題；②解決共享與傳遞設計資料之中出現疏漏，進而導致同一部位的設計存在不一樣的情況；③解決施工之中因為圖紙原因造成的返工或者是出現的成本浪費，進而提升施工的效率；④解決后期管理或者是維護時候因為設計資料不全造成的影響[2]。

2.2 流程

（1）了解CAD設計圖紙。目前，很多設計院依舊會先進行CAD圖紙的繪制，然后將其轉換成為三維模型設計。目前，BIM設計人員對于CAD設計圖非常熟悉。在熟悉圖紙的時候，就可以對工程項目的基本情況有所掌握，這樣也能了解項目的整體設計規劃。

（2）創建項目樣板。在BIM設計圖紙的時候，項目樣板是標準，僅僅依靠軟件本身的系統項目樣板文件設計，是無法滿足其標準的。BIM機電設計之中有很對與專業性設計相關的內容，在設置的時候無法滿足專業設計的需求，并且在設計的初期階段，還需要做好項目樣板的進一步完善，這樣就可以滿足出圖質量和設計效率的要求。

（3）BIM機電設計。在上述步驟結束后，就會進行機電模型設計與創建。BIM機電模型設計主要包含了給排水、暖通空調等一系列的設計。在設計過程中就需要掌握大量的內容作為設計的支撐要求。BIM機電設計主要包含了消防管道、給水管道、排水管道、通風管道等一系列的設計。

（4）優化機電模型設計。在模型優化的過程中，并不是重新的進行設計，這和CAD模式下的工作方式有一定的差別。在這里需要進行優化，主要是基于碰撞檢測這一基礎條件，按照相應的標準與規范來修改模型，這樣就可以將建筑結構與管線之下的碰撞問題解決，從而對機電施工圖設計進行優化，最終完善機電模型。

3 某大型公共建筑BIM機電模型設計與應用分析

3.1 項目概況

某大型公共建筑的總面積達到140000余m2，地上建筑一共25層，地下建筑一共3層，建筑的總體高度為99.45m。

3.2 模型鏈接及創建

在模型創建之中選擇Revit系列軟件進行：第一，直接選擇Revit軟件建立模型，進行相應的設計。第二，基于傳統的CAD圖紙，在設計圖紙的基礎上來進行三維建模。經過分析，本公共建筑選擇第二種方式。

3.2.1 BIM建筑模型鏈接

按照已有的CAD設計圖紙，首先創建建筑結構模型，其結構模型主要包含基礎設計、各個樓層建筑結構設計、幕墻設計以及景觀設計。其建筑結構模型見圖1所示。這一結構能夠成為后期機電設計的基礎。作為機電設計師，按照建筑結構模型連接，基于這一基礎，就可以進行機電專業方面的設計。

圖1 項目建筑結構模型Fig.1 Project architectural structure model

3.2.2 BIM機電模型設計

在機電設計的時候，首先需要做好工作機的確定，在建立模型的時候，就需要按照顯示的設計內容來進行合理的使用選擇[3]。

設計視圖需要針對系統來做好劃分，如排水系統、空調通風系統以及電力系統等。每一個視圖，會有不同顯示樣式的設計。協調平面本身作為綜合各個專業的視圖，就可以直接將設計的模型顯示出現。

基于BIM機電模型來進行團隊劃分，每一個設計師需要將各自的設計任務完成，然后在機電專業負責人的中心文件與設計好的本地模型之中同步，然后做好模型的匯總，并且將各個樓層設計模型相互鏈接起來，通過軟件三維顯示，就可以查看三維視圖，具體見圖2所示。在三維視圖之下，就可以隨意的更換角度，仔細的觀察模型，特別是針對重點部位的設計。

圖2 機電模型三維視圖Fig.2 3D view of electromechanical model

在完成建筑結構模型以及機電模型設計之后，就需要在同一文件之中將完整的BIM建筑信息模型完成。

3.3 模型應用

隨著BIM模型信息應用的不斷發展，BIM模型在三維動態漫游以及BIM圖紙指導現場施工之中的應用越來越成熟。

3.3.1 三維動態漫游

在BIM技術之中，BIM三維動態漫游是一個重要應用。通過三維動態漫游，就可以對每一個設計細節更加直觀的觀察。Revit軟件本身就帶有漫游的動能，可以直接導出漫游動畫，但是其本身不夠精細，只能進行簡單的觀察。目前，有很多常見的三維漫游軟件以及平臺，如本項目選擇使用的三圍漫游軟件Fuzor軟件[4]。

Fuzor軟件作為一款虛擬現實的BIM軟件平臺，可以滿足與Revit軟件雙向的實時無縫銜接，也就是通過Revit軟件所建立的模型，就可以與Fuzor實現同步的更新。在軟件之中也可以將模型的設計參數全部顯示出來。

并且在Fuzor之中，可以做好視角的任意設置，比如直接進入建筑物的內部，對建筑結構設計進行觀察。直接點擊建筑構件右上角，就可以對構件之中的詳細信息進行檢查。

類似的，直接將機電模型和建筑結構同時的導入，就可以實現BIM全專業模型三維動態漫游。但是考慮到項目過于龐大，再受到電腦軟硬件配置的制約，就無法將模型的漫游效果完全展示出來。再加上時間的改變或者是天氣等外界因素，就會對不同環境下的效果產生模擬。

3.3.2 BIM指導施工

BIM指導施工主要是基于BIM模型的應用，無論是二維平面圖，還是三維圖，都是非常精細化的圖紙，在圖紙之中包含了各種齊全的標注，相當于在圖紙中呈現了未來的實際建筑，施工單位只需要根據圖紙來施工，就不會有浪費的現象發生。BIM圖紙一般通過利用詳細的二維平面圖作為主體，再配合上三維模型。另外，利用BIM導出IFC格式，再配合上AdobeReader9，就可以將三維設計圖導出來，但是這一功能還不夠完善，應用還有一定的阻礙[5]。

因為設計圖紙較多，但是受到篇幅的限制，所以在設計圖紙的時候，只呈現了一層設計圖紙，圖3為給排水系統標注圖。

圖3 給排水系統標注圖Fig.3 Shows the water supply and drainage system

4 結束語

總言之，本文以某公共建筑作為實際的案例進行分析，對于BIM機電模型創建的過程進行詳細的介紹，做好針對性的優化設計，希望通過這樣的方式可以減少后期施工之中出現的問題。再配合上三維動態漫游技術生成漫游圖，進而生成漫游文件，討論BIM指導施工的方法與作用。

對于建筑產品而言，設計是從建設意圖轉變成為實際產品的核心環節，其設計的效率以及設計質量會對后期的各種進度產生直接的影響，這樣也會對建筑總體的生產效率帶來影響。隨著“科學技術是第一生產力”的概念提出，科學技術受到建筑業的廣泛重視，相對于傳統CAD設計，BIM是全新的設計思路和設計理念的相互結合。BIM這一種全新的技術，相比傳統設計，是否有優勢存在，是否能夠引領建筑設計，是否能夠將建筑施工帶入全新的模型，在設計領域之中推廣是否存在實際的價值，這就成為本文研究的初衷。

總體來說，BIM技術的應用，相比傳統的技術，能夠解決大型公共建筑因為設計內容過于復雜所造成的圖紙數量龐大，不容易保管的問題；并且在共享與傳遞設計資料的時候，也可以防范設計不易的問題；解決因為施工圖紙問題而造成的成本浪費和返工的現象，進而提升施工的效率與施工質量；方便后期的管理與維護，不會因為設計資料不全，造成影響。

[1]常坤.建筑機電節能設計工程存在的現狀問題因素及改進措施[J].門窗，2016，12.

[2]曹艷.建筑機電施工過程中創新技術的應用研究[J].建材與裝飾，2016，46.

[3]陳亮.基于體驗設計的機電產品設計方法研究[J].內蒙古煤炭經濟，2016，21.

[4]章夢晨.基于BIM的機電安裝工程深化設計應用研究[D].廣州大學，2016.

[5]潘佳良.城市綜合體機電項目設計管理研究[D].北京交通大學，2016.