淺析BIM技術在建筑機電設計的應用

郭艷

摘 要：隨著科學技術的發展，BIM技術的出現必將顛覆CAD技術在建筑設計行業的統治格局。本文闡述了BIM技術的理念、在建筑機電設計應用中的突出優勢、存在缺陷及發展前景。

關鍵詞：BIM技術；建設項目；建筑設計

中圖分類號：TU17 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）15-0137-02

CAD（Computer Aided Design，計算機輔助設計）誕生于二十世紀60年代，隨著CAD的誕生，世界各國的土建設計行業進入到快速發展期，使我們的土建工程由手工繪圖走向電子繪圖的時代。舍棄繪圖板，將手繪圖紙轉變成在計算機中創建的2D數據，可以說是工程設計領域第一次革命[1]。隨著人口的增長及城市的發展，建筑物的設計為了滿足使用的需求，建筑設計逐步復雜化及多功能化，設計難度的逐步增大以及設計圖紙質量要求的逐步提高，傳統的二維設計模式（CAD繪圖）在建筑建筑機電專業（包括水、電、暖三個專業）存在著協調性能較差、在地下室綜合管線設計上出現相互重疊導致地下室凈高不滿足消防規范的要求、在實際施工過程中出現管道標高出錯導致施工后需做穿梁處理等問題，在使用二維圖紙設計與施工相配合的過程中需要不斷的調整，導致了施工進度的緩慢，因此二維設計方式正逐漸被新出現的設計技術（BIM）所取代。BIM（Building Information Model）是以三維數字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數據模型，它將建筑業業務流程以及實際工程中容易出現的問題通過三維的模式更清晰的表達出來，簡化施工困難，從而提高整個行業的工作效率。

1 BIM技術在建筑設計中應用的優勢

1.1 模型可視化

目前我國大多數設計公司在進行設計建筑方案時采用的是“SketchUp”軟件，又名“草圖大師”，是一款可用于創建、共享和展示3D模型的軟件，但此軟件在建筑設計中僅用于建筑方案的制作，建筑設計各個專業（包括建筑、結構、機電專業）的初步設計、施工圖、竣工圖等建筑設計過程通常都是用Auto CAD進行完成。Auto CAD設計完成的設計圖紙通常是是二維平面的圖紙，視圖的直觀性相對比較差，尤其是當機電專業進行設計時，容易出現管線碰撞、設備交疊，導致實際施工過程中的大量重復性修改及核對。BIM技術則能夠很好將建筑的三維立體效果進行可視化，在設計時可將各個專業的設計同時匯集到一個文件里，實現三維可視化，讓設計者能方便分析各專業內部和其它專業的空間模型的正確性與合理性，以便對工程項目做出更完整更準確的分析和預估，避免機電專業管線的碰撞及設備交疊等問題，同時也意味著設計者在設計的過程中不僅要考慮本專業設計的合理性與是否能能夠滿足于規范的要求，必須兼顧與其他專業的配合，盡可能的避免出現設備碰撞與交疊等問題而導致后期的修改量增加。從建筑工程的設計到施工的整個過程中，建筑信息模型可以實現集成管理，能將建筑工程的管理行為模型與建筑物的信息模型進行結合，在一定范圍內，建筑機電設備模型可以模擬實際的建筑工程機電建設行為，例如：給排水的消防管道是否與暖通的風管重疊或碰撞，電氣的橋架與管道的標高是否合適等。

1.2 工程中各專業協作性

一個建筑項目的設計、建造和管理是一個極其復雜的過程，它需要項目團隊中所有成員之間自由的交流與協作。BIM技術提供綜合的通信和數據共享，為所有的項目經理提供方便。在BIM內部協作上，良好的通信協議可以降低項目協同錯誤造成的風險，可提高團隊協作能力。復雜和大型的建筑項目需要通過在團隊成員間共享BIM模型，提高協作效率[2]。BIM模型是基于使用軟件Revit建立的，Revit不僅可以建模，實現三維可視化，還可以使用軟件Revit進行碰撞檢測后準確的查閱到碰撞的位置，針對碰撞的位置進行修改，減少了無目的尋找的工作量。在建筑設計中出現的問題能夠通過Revit技術中協調數據環節，將建筑設計中不協調的數據自動查找并生成出來，減少了建筑設計中的不協調數據的產生，大大提高了設計工作的效率。

1.3 優化建筑內綜合管線的設計及設備的放置

BIM三維繪圖這個軟件的突出優點是使所有專業在同一個模型中工作，這樣就更加方便的在設計工作實時發現問題。對于使用Auto CAD進行二維平面設計的建筑工程，通常由于各專業設計者在設計繪圖時疏于溝通，從而導致管道碰撞與交疊問題，例如風管、橋架、消防管在設計中出現在同一位置交叉，機電三專業設計時沒有考慮其他專業而導致在同一位置設備在同一標高上的相互交叉碰撞，又或者是設計師在地下室同一位置上電氣專業設置了橋架，水專業設置了消防管道，而暖通專業設計了風管而導致三個專業的設備重疊等問題，這些就是施工中常遇到的碰撞與交疊問題，像這樣的碰撞問題的協調解決就只能在問題出現之后再進行解決，此時建筑工程就得暫停此項安裝，等設計單位復核圖紙后進行修改后才能接著進行安裝，無形中就降低了工程效率，延誤了工程的工期。在建筑物的的設計過程中，建筑的各個設計專業可以同步在BIM操作平臺上進行，可同時整合各個專業的設計生成模型，對各專業的碰撞問題進行協調，生成協調數據，提供出來。BIM的協調作用也并不是只能解決各專業間的碰撞問題，它還可以解決例如：地下室綜合管線的布置及凈空高度要求的協調，風管與梁碰撞的問題等。

1.4 優化建筑工程

整個建筑工程的設計、施工、運營過程是一個不斷優化的過程，優化和BIM并不存在實質性的必然聯系，但在BIM的基礎上可以將優化做得更好更合理。建筑工程設計模型受信息、建筑物的復雜程度以及設計時間的限制。對建筑模型進行優化必須具備準確的信息，而BIM模型提供了建筑物所需的幾何信息、物理信息、規則信息等實際相關信息，還提供了建筑物變化以后的實際存在。建筑物的設計復雜到一定程度，參與建筑物設計的相關人員本身難以掌握所有相關信息，必須借助相關設備及計算的幫助。現代超大型超高層建筑物的復雜程度大多超過參與人員本身的能力極限，BIM及與其配套的各種優化工具提供了對復雜項目進行優化的可能。BIM對建筑設計的優化可以進行以下工作：（1）項目方案優化：將項目設計投資回報進行分析，能預估設計變化對投資回報的影響，這樣開發商對設計方案的選擇就不會單一追求建筑物的外觀形狀，通過投資回報分析使得開發商確切知道選擇哪種項目設計方案更有利于自身的需求；（2）特殊項目的設計優化：例如玻璃幕墻、屋頂、水景景觀、大空間等局部的特殊設計，這些內容雖占整個建筑的比例不大，但在投資和工作量的比例與前者對比卻通常大很多，且存在著施工難度大和施工困難等問題，對這些內容的設計施工方案進行優化，可以帶來顯著的工期和造價改進。

2 BIM技術在建筑工程中的前景與存在的缺陷

近十年來，BIM技術在美國、日本、香港等國家和地區的建筑工程領域取得了大量的應用成果，目前國內不少具有前瞻性與戰略眼光的設計院及施工企業嘗試應用BIM技術來提升項目管理水平與企業核心競爭力，甚至于一些工程項目的招標中明確指出要用BIM技術進行建筑設計。由于建設項目從設計到施工整個過程中參與單位眾多，信息傳遞流程和時間長，傳遞方式多樣化且復雜，由此造成信息丟失及傳遞過程中信息缺失而導致工程造價的提高。BIM技術應用的最大價值在于打通建筑的全生命周期。隨著三維建筑信息模型數據從規劃、設計到施工、運營維護各個階段不斷得到完整、豐富、整合與升級，其核心價值如何可持續設計、海量數據管理、數據共享、工作協同、碰撞檢查、造價管控等也不斷地得到發揮。通過BIM建筑模型技術，可以將建筑物建設整個周期中各階段的數據進行高度的整合，保證不同階段的信息能按時按質傳遞到之后的相應階段，從而使建設各方的各專業工程師能獲取相應的數據，及時跟進項目建設與管理，從而達到協同設計、管理與交流的目的。由于使用BIM技術比傳統的CAD技術設計建筑工程優勢突出，我們國家的一線城市的設計院正大力推廣使用BIM技術，把一些復雜且工程周期相對較長工程的工程應用BIM軟件進行設計，設計效果得到了業主方及施工單位的一致認可。使用BIM進行建筑設計相較于CAD進行建筑設計有較大的優勢，但就我國目前情況來說并不能實現所有工程都使用BIM進行設計，原因在于各設計單位的設計人員能完全熟練獨立使用軟件Revit進行設計的員數量有限，其次由于使用軟件Revit設計時各專業的相互協調調整模型以達到施工要求需要設計周期相對較長，最后是目前使用軟件Revit進行建模做的設計存在著高版本的不能另存為低版本，設計方將圖紙傳閱給施工方時，施工方必須按照相同版本的軟件Revit才能打開，并且在低版本的軟件Revit建立的模型在高版本的軟件Revit打開的過程有時出現數據丟失的現象，因此這些問題的存在都是導致BIM技術還沒有能夠大力推廣的原因。

3 結語

隨著國內建筑設計領域的發展，BIM技術已經初步應用于建筑工程行業并彰顯了其巨大的商業價值，但對于目前BIM的應用現狀還存在很大的局限性，對BIM引領的建筑工程領域的革命所應創造的經濟效益和社會效益只是冰山一角。BIM技術在建筑工程領域代表著新技術、新方向，新技術的發展與推廣需要社會及行業各方面的支持才能達到質的飛躍，BIM技術的發展必將迎來建筑工程行業的又一個春天。

參考文獻

[1]凌械.關于中國BIM應用前景的思考[J].理論探討，2009，（02）：152-152.

[2]姜劍峰.BIM 技術在建筑方案設計中的應用研究——以青島理工大學黃島校區圖書館方案設計為例[D].青島：青島理工大學，2012.