BIM技術在建筑設備課程中的應用研究

楊云

摘 要：BIM技術在許多行業中發揮著突出作用，其在數據可視化、三維可視化等方面的表現也十分突出。原有的教學技術無法滿足和實現學生未來職業需求和目標，BIM技術將會在建筑設備中發揮更多可能。緊跟教學改革的腳步，BIM技術在建筑設備課程教學中的應用也會體現出越來越多的價值。文章論述并分析了BIM技術在建筑設備工程中的應用，并深入探究BIM技術在建筑設備課程中的應用。

關鍵詞：BIM技術;建筑設備課程;教學應用

城市化發展迅速，高樓建筑平地而起林立于城市大陸。建筑技術的成熟發展需要建筑設備發揮重要作用，及時為建筑的建設提供堅實的物質和技術后盾。作為建筑行業的產品，建筑的數量和規模不言而喻。建筑行業的數據處理較為復雜，而且缺少直觀的形象，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術正能克服這一難題，BIM技術可以搭建完善的數據收集整理平臺，能夠將建筑設備等建筑行業信息與內容很好地進行統計、分析。BIM技術是中國建筑業信息化發展的重要內容，且全國各地政府都在陸續發布2020年新建工程應用BIM的項目，占據90%的規劃。本文將從建筑設備課程的定位與BIM技術的關聯出發，分析BIM技術在實際工程中的應用，并聯系建筑設備課程的實際教學理論探究建筑設備課程的教學發展。

1 建筑設備課程的定位分析與BIM技術的發展狀況

1.1 建筑設備課程的定位

建筑設備課程是建筑施工和工程管理類專業的主修課程之一，設立這個課程的意義在于幫助學生在從事建筑施工和管理工作時，能夠掌握建筑給排水、供電系統、燃氣供應系統、采暖通風、建筑供配電與建筑照明（電話通信系統、有線電視與閉路電視系統、消防與防盜監控系統等）設備工程的專業知識，幫助學生學習專業的基礎理論和技術以把握基本的建筑設備課程理論。如今建筑設備行業變得更迅速，技術也在不斷進步[1]。學校在向學生傳授建筑工程設備的系統組成基礎內容、基礎工作原理時，應及時關注、了解設備系統的發展方向與趨勢，接觸最新形勢與信息，并將這些內容與信息傳達給學生。BIM技術作為新興技術，正符合如今建筑設備課程的教學需求。

1.2 BIM技術的現狀

BIM理念首創自喬治亞理工大學的Chuck Eastman教授，意義在于能夠實現建筑工程的可視化和量化分析，提升工程建設效率。

BIM是一個設施（建設項目）物理和功能特性的數字化信息，能夠共享知識資源，分享工程設備的相關信息，為項目從建設到拆除整個生命周期中的所有決策提供依據[2]。2002年，Autodesk公司提出了BIM理念且推出了自己的BIM軟件系統，并在全世界范圍推廣開來。從而使BIM從原來的理論理念轉變成了能用來解決實際問題的數據化的工具和方法。

BIM技術的研究經歷了3大階段：萌芽階段、產生階段和發展階段。1.0階段以模型創建、模型可視化、碰撞檢測為主，2.0階段的應用更加廣泛，比如前期的設計分析、后期的施工、運營管理。從手繪時代到CAD時代，再到如今的BIM時代，發展潛力不可估量。目前，國內工程建設項目主要是粗放型管理模式，依靠經驗管理，缺少數據作為有力支持。在BIM技術的應用方面，我國與國際水平還有一定的距離。

在項目的不同階段，不同利益相關方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責的協同作業。借助BIM技術，設計人員能夠在整個項目時期獲取同等有效的信息，能夠查看項目在現實中模擬后的外觀，幫助設計人員生成更加精準的施工圖紙。

1.3 BIM技術的前景

BIM技術已成為施行建設工程項目生命周期管理的重點技術，掀起了建筑行業天翻地覆的改革。BIM技術搭建的數字模型貫穿于建筑建設的整個生命周期，匯總了所有不同的建筑信息并加以整合，進行建筑項目的設計、建設和運營管理[3]。BIM技術將會徹底顛覆建筑業原有的思維方式和作業方式，設立全新的設計、建造和運營相關行業規則，從根源上處理工程項目規劃、設計、施工、運營各階段的信息遺失問題，保證工程信息在項目生命周期內的有效使用和管理，大幅提升工程質量和施工效率，增加建筑行業的效益。

1.4 BIM技術的優勢

用BIM技術實現項目管理信息化開放化，能夠加快項目生產速度，提升工程品質，縮短工期，降低工程成本。

1.4.1 三維渲染，宣傳展示

三維渲染動畫，能夠直觀地展示作品，給人視覺上的沖擊。BIM模型建成后，能夠成為二次渲染開發的基礎，提升了三維渲染的精準度與速度。

1.4.2 快速算量，精度提升

BIM數據庫建立后，會與5D數據庫形成關聯，幫助專業人員快速計算工程量，提高工程預算的準確度。同時，也能為施工管理提供有力支持。

1.4.3 精確計劃，減少浪費

工程數據太大以至于施工單位無法進行精細化管理，也不能及時滿足資源需求，傳統的做法是經驗管理。BIM能有效避免這一現象，讓管理人員及時了解、掌握工程基礎數據，更好地制定人、材、機資源分配計劃。減少浪費，合理分配有限的資源，獲得最佳利益。

1.4.4 多算對比，有效管控

BIM數據庫能夠獲得任意時間點上的工程信息，經過計劃與實際的消耗比對、分項單價比對等，就能清楚了解到項目的盈虧程度、消耗量是否合理等，方便規劃控制項目的成本。

1.4.5 虛擬施工，有效協同

BIM技術還能實現可視化與時間維度的結合，對施工進度進行預先模擬，將施工計劃與實際施工情況進行比對，幫助工作人員協同工作，有效控制施工進度和細節。

2 BIM技術在建筑設備工程中的應用

2.1 工程規劃階段

從長遠的角度來說，工程最終還是由業主獲得最大的收益。BIM可以有效地提高設備工程的產品質量，增加建筑售價，比如降低返工率、合理規劃管網、增加高樓層高，能夠對多個方案進行預先模擬和演示，然后對比分析，獲得最佳方案，還能減少工程工期，嚴控成本和投資。

對于施工方來說，如果可以把握BIM技術，就能得到更大受益。在工程投標的時候，商務標段能夠應用BIM技術在短時間內獲得精準的計算量，技術標段能夠展現具體的施工過程，并預演施工，進行施工的進度管理等。

2.2 工程設計階段

在建筑設備工程的管線系統設計中，多使用Revit軟件，準備兩個以上的方案進行選擇，方案中要有AVI格式和3D漫游的視頻文件，之后進行比較[4]。設計結果中要包含工程量計算、日照及采光分析、能耗預算、聲環境分析等。這比傳統的設計方式有著更多的優點，比如減少工期、設計調整的大量減少，為之后的施工準備了明晰、直接的設備建設材料，降低了難度。

2.3 施工階段

BIM技術在建筑設備工程的施工階段主要負責為本工程搭建竣工模型，也是工程竣工之后進行運行和保護的重要依據。施工過程中的模型需要通過管線碰撞的全面檢查，如果不同專業之間和內部都能沒發現管線或是零件之間不發生碰撞的情況，那么在安裝過程中就能降低因管線產生交織而做出設計變更的概率。一定要將施工模擬的情況和實際施工進度進行對比分析，針對施工的模擬，從之前預備的不同方案中選出最好的方案。實時監控并更新施工現場的人員、用材、機械設備。還可以預先留置需要的洞口，這樣能夠更加精準地根據需要的長度下料。同時利用BIM模型能夠更精準地獲取到管線位置的具體信息，便于施工人員準確定位，在一定程度上給管線的預制以及相關設備的預制帶來了非常大的便利[5]。BIM模型可以較為準確地獲取墻體與樓板洞口的位置，為土建施工人員預留洞口提供了信息和定位，最大限度滿足了安裝施工的需求，從而很好避免了再次開洞所帶來的損失。

2.4 維護階段

BIM技術為工程建立了協同管理平臺，只需要把維護階段必需的材料文檔，如施工班組、竣工驗收簽單、檢驗合格報告、產品生產清單等信息導入至BIM的模型中，與模型中的零件相互對應連接，就能保證資料可以隨時回顧且保存完整。模型和實際一定要保持一致，信息變動需要盡早更新。工程設備在實際的運行與維護時期要保證能及時與廠家溝通，方便在第一時間發現問題后能獲得解決，不影響設備的正常使用。在未來的綠色節能建筑建設中，模型的改造也能獲得足夠的信息，更快速地確定需要進行節能改造的位置，有效節省時間，在滿足綠色改造控制指標的前提下，完成最終的改造。

3 BIM技術在建筑設備課程中的應用

3.1 BIM技術在建筑設備課程中的應用

建筑設備的課程內容主要由4大部分組成，分別是建筑給排水、燃氣系統、暖通系統以及建筑電氣。而建筑設備課程的教學之所以有相當大難度，主要在于以下幾個方面：建筑給排水的制圖識圖與給排水的系統設計;燃氣系統的制圖規范、管線排布和系統設計;暖通系統類型、設備種類、識圖及系統設計;強弱電系統、防雷及接地系統、室內供配電系統形式和系統設計。

CAD圖紙雖然能夠標明不同設備的具體圖例，但是建筑設備包含的專業信息非常多且難以記憶，給作為初學者的學生帶來了很大難度，而標注的信息也無法很好地展現出設備的實際樣貌。二維圖紙在建筑實物的直觀幾何反映上存在一定的局限，這給參與的甲乙方施工人員識讀二維圖紙增加了難度，也會出現識讀錯誤。但是利用BIM技術建立的建筑設備模型能夠自動建立與設備相對應的圖紙文檔，可視化強。教學中，在原有的案例教學中加入BIM技術，可以讓學生了解建筑設備的時候有實物圖作為輔助，學生能夠及時獲取和深入理解系統理論知識，也能更好地學習制圖設計。

3.2 BIM技術在設備施工類課程中的應用

實際上設備系統材料的種類非常多，并且在性能上也不盡相同，在一定程度上給施工、運行以及維護等環節帶來了極大的困難，傳統的設備施工類課程教學中理論知識部門內容較多，導致學生無法很好地理解和消化，從而在施工方面無法熟練應用，無法與實際進行結合。在傳統的設備施工類教學過程中，教師采取的教學方式主要以講授、實訓、參觀等形式為主，但是在實踐當中只能接觸到非常有限的部分，一些相對較為復雜和重要的施工環節都無法被有效地展示出來，導致了設備施工類課程的教學效果無法達到預期的教學目的。

將BIM模型與施工的整個過程相結合，實現可利用BIM技術實施現場漫游、工程預制化加工、機電管線綜合、虛擬施工以及現場裝配化施工等操作。課程教學通過對實施工程進行仿真模擬，從而幫助學生更直接地掌握施工的具體方法，便于學生熟悉施工的整個過程和工藝流程，確保工程的建筑質量要求，并針對重點的施工區域如：地下室的管線布置、水泵房等進行仿真模擬施工，這樣妥善地改變了傳統教學模式當中所無法實現的教學任務。

3.3 BIM技術在建筑設備課程畢業設計中的應用

工程學科的學生在畢業前一學年必須要完成專業的畢業設計內容。建筑設備課程的畢業設計要求學生繪出施工圖，并編寫該設計的設計說明書。

建筑設備工程在鋪設管道網絡時有相應的規范要求，比如管線要依墻鋪設，會經常出現與通道、豎井、機房等位置相沖撞的情況，還有穿柱、穿墻等復雜問題交織出現。今后的建筑設計中也還會繼續出現類似的現象，如果設計調整沒有及時讓負責不同部分工程的工作人員了解到，就很容易出現連續的設計調整、錯誤、遺漏等問題，延長工期。

過去的畢業設計中很少涉及設計調整的情況，在今后的畢業設計，需要更加靠近現實情況，才能幫助學生更有效地掌握專業知識和實際應用。借助BIM技術優秀的虛擬化技術、分析能力和統計能力，運用BIM技術進行建筑設備工程設計可以清楚地判別出管網的碰撞問題，不同專業能夠協調精準高效施工。并且即使將來設計發生變更，BIM技術也能自動更新，生成圖紙文檔，并渲染出相應的效果圖，設計成果體現了專業化、人性化優勢。

4 結語

在原來的建筑設備工程教學中應用BIM技術，可以幫助教師高效地達成教學目標，讓學生能更清晰地了解項目的具體情形，以情境虛擬化的方式模擬工程，輕松高效的學習，增加了教學的新穎性，提高了學生對課程的興趣。BIM技術的變革對建筑行業與土木行業的發展有著毋庸置疑的重要推動價值。將BIM技術應用于高等學校的教學中，不只是能大力推進專業課程系統的革新，也有利于提高學生的綜合素質能力，在幫助教學組織更加科學安排課程以及提高學生學習成果等方面有強大的貢獻。結合BIM技術的教學方式，能夠將理論和實例有效結合，使學生從數據、三維成像、功能等多角度體會創新課程的學習過程。將來落成的大型建筑項目、標志性建筑會越來越多，傳統設備信息不夠完善，可視化與協調能力不高，BIM技術的優勢將會在建筑行業更加凸顯。作為教學工作者，應該緊跟時代的腳步，深入了解BIM技術并熟練應用，探索研究BIM技術適用于教學中的關鍵部分，為社會提供更多專業、全面的高素質實踐型人才。