BIM技術(shù)在能源站設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用研究

文_賀文倩 曹亮 譚文騰 遠(yuǎn)大能源利用管理有限公司

能源站建設(shè)過程中，最核心的就是機(jī)電安裝工程，其中最容易造成經(jīng)濟(jì)損失的往往是設(shè)計(jì)與施工不符引起的返工、拆改等。規(guī)模越大的能源站，設(shè)備管路越是錯(cuò)綜復(fù)雜，碰撞沖突越容易出現(xiàn)，極易出現(xiàn)返工的可能性，從而導(dǎo)致工期延誤和較大的經(jīng)濟(jì)損失，而BIM技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖等特點(diǎn)，是解決碰撞沖突的強(qiáng)有力工具。通過BIM技術(shù)，將暖通、土建、給排水及電氣等專業(yè)建立在同一個(gè)三維模型上進(jìn)行協(xié)同工作，我們將得到一個(gè)綜合了所有專業(yè)的建筑信息模型。

1 BIM技術(shù)簡介

1.1 BIM的概念

BIM是以3D設(shè)計(jì)概念為基礎(chǔ)的，把建筑內(nèi)各專業(yè)的信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)信息進(jìn)行模型的搭建，同時(shí)可以把工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、后期運(yùn)營乃至建筑壽命終結(jié)的信息作為數(shù)據(jù)整合至這個(gè)三維建筑信息模型的數(shù)據(jù)庫內(nèi)。各個(gè)階段的專業(yè)人員都可以通過該BIM模型進(jìn)行協(xié)同工作，能有效提高工作效率和信息統(tǒng)一傳達(dá)、節(jié)省時(shí)間等多方面成本，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的可持續(xù)發(fā)展。BIM技術(shù)將工程各個(gè)階段的所有信息進(jìn)行有效整合，進(jìn)行協(xié)同合作，建立的信息模型可被建筑項(xiàng)目各參與方普遍使用，幫助項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提升決策的效率與正確性，它可以避免“信息孤島”和“信息斷層”的現(xiàn)象。

1.2 BIM的特點(diǎn)

可視化：通過BIM模型的建立，施工人員能夠更清晰地了解設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念，更好地理解施工圖紙。專業(yè)、抽象的二維圖紙通過BIM技術(shù)的建立模型，更加易懂、直觀，使得非專業(yè)人員與專業(yè)設(shè)計(jì)師溝通更為便捷，以及各方對(duì)項(xiàng)目是否滿足需求的判斷更加明確、快速，決策更為準(zhǔn)確。

協(xié)調(diào)性：BIM技術(shù)能將各專業(yè)原本獨(dú)立的系統(tǒng)在同一個(gè)三維模型上進(jìn)行整合，不同專業(yè)的設(shè)計(jì)人員基于同一模型同一設(shè)計(jì)環(huán)境進(jìn)行協(xié)同辦公，能及時(shí)進(jìn)行信息的傳達(dá)，避免了溝通不及時(shí)造成不必要的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，提高了設(shè)計(jì)的效率。

模擬性：BIM將原本需要在真實(shí)場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)的建造過程與結(jié)果，在數(shù)字虛擬世界中預(yù)先實(shí)現(xiàn)，提前把控現(xiàn)場(chǎng)情況。

優(yōu)化性：綜合可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性以上三大特點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)優(yōu)化更加便捷，從而能夠更好進(jìn)行施工管理，進(jìn)一步保障實(shí)際施工的可操作性。

可出圖性：基于各專業(yè)審核確定的BIM模型，其對(duì)應(yīng)導(dǎo)出的工程施工圖及明細(xì)統(tǒng)計(jì)表能最大限度保障工程的準(zhǔn)確性和高質(zhì)量。

1.3 BIM的內(nèi)容和價(jià)值

CAD軟件是建筑師、工程師們從傳統(tǒng)手工繪圖轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)輔助制圖的重要工具，CAD二維制圖提高了制圖準(zhǔn)確性和工作效率，相比于手繪圖紙更易保存、修改、分享等，從而實(shí)現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的第一次信息革命。CAD二維制圖雖然有如上諸多優(yōu)勢(shì)，但在多年的運(yùn)用中仍發(fā)現(xiàn)有很多欠缺的地方，比如在各個(gè)專業(yè)和環(huán)節(jié)之間的信息溝通依然存在斷層，使得各參建單位和工程建設(shè)的環(huán)節(jié)沒有關(guān)聯(lián)。隨著科技的發(fā)展，BIM作為一種新型建筑信息模型，既包含了建筑物各專業(yè)的全生命周期的信息數(shù)據(jù)，又包括建筑工程管理行為的模型，BIM 技術(shù)將兩者進(jìn)行高度融合，從而避免了信息斷層實(shí)現(xiàn)集成管理。

對(duì)于工程設(shè)計(jì)單位來說，BIM技術(shù)在方案設(shè)計(jì)、擴(kuò)初設(shè)計(jì)、施工圖、所有專業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)等環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用，使設(shè)計(jì)成品更加合理、更加可實(shí)施、更具科學(xué)性。對(duì)于工程施工單位來說，BIM技術(shù)在前期進(jìn)行碰撞檢查（減少返工和拆改）、模擬施工（多專業(yè)工種同步施工）、宣傳展示（三維效果渲染動(dòng)畫）、知識(shí)管理（工程材料、施工做法、工程經(jīng)驗(yàn)等）環(huán)節(jié)都提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，提升了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和核心技術(shù)實(shí)力。對(duì)于運(yùn)營單位來說，BIM技術(shù)在空間管理、設(shè)備設(shè)施管理、隱蔽工程管理、應(yīng)急管理、節(jié)能運(yùn)營管理環(huán)節(jié)提供了各種的數(shù)據(jù)支持，為運(yùn)營提供主動(dòng)預(yù)警服務(wù)，避免了被動(dòng)式、救火式服務(wù)，大大提高了運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量和滿意度，也保障了用戶的實(shí)際使用安全和舒適性。

2 BIM技術(shù)在能源站設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

能源站建設(shè)過程中，最核心的就是機(jī)電安裝工程，機(jī)電安裝是工程項(xiàng)目最為復(fù)雜和繁瑣的一個(gè)步驟。按照傳統(tǒng)的二維出圖，圖紙上的預(yù)留孔洞和碰撞檢查全憑設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)團(tuán)隊(duì)的審圖檢查，如果審圖之后依然未發(fā)現(xiàn)的碰撞問題遺留至施工層面，將帶來諸多拆改和返工問題，造成大量浪費(fèi)。BIM技術(shù)利用三維可視化這一特點(diǎn)將工程的每一處會(huì)發(fā)生碰撞的地方進(jìn)行三維碰撞檢查，直觀審圖，提前避免碰撞的發(fā)生，讓施工方工作起來既方便又快捷。

以下結(jié)合某大型醫(yī)院建筑的能源站設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)BIM技術(shù)在能源站相關(guān)應(yīng)用情況進(jìn)行分析。

2.1 項(xiàng)目概況

本工程為江蘇某醫(yī)院工程，醫(yī)院總建筑面積25萬m2，包括醫(yī)療綜合樓（含后勤保障樓）、行政科教樓、感染科樓、附屬站房及鍋爐房等。本工程能源站設(shè)置于院區(qū)西北角，面積960m2，供能覆蓋全院區(qū)25萬m2，提供區(qū)域內(nèi)用戶多種能量形式（包括冷、熱、衛(wèi)熱、電）的需求，冷熱源設(shè)備提供最大冷負(fù)荷為31091kW，熱負(fù)荷為11563kW，衛(wèi)熱負(fù)荷為6931kW。站內(nèi)包含發(fā)電機(jī)余熱機(jī)成套機(jī)組、溴化鋰直燃機(jī)組、磁懸浮電空調(diào)、離心式熱泵機(jī)組、泵組、變配電室、燃?xì)獗黹g、水處理間、控制室等，其中給冷、熱、電主要設(shè)備布置的機(jī)房面積約600m2。因能源站內(nèi)設(shè)備繁多，管線走向錯(cuò)綜復(fù)雜且管徑大（最大管徑為DN800），預(yù)留設(shè)備安裝空間狹小，還需預(yù)留參觀通道，導(dǎo)致能源站機(jī)房管線布置難度增加。

2.2 BIM技術(shù)在能源站中的應(yīng)用

2.2.1 快速模擬設(shè)備布置，節(jié)省空間

本工程能源站預(yù)留給設(shè)備布置的空調(diào)較小，除設(shè)備管道布置外還需要預(yù)留3m寬的參觀通道。冷熱源設(shè)備配置的輸配水泵為臥式水泵，進(jìn)出口方式為側(cè)進(jìn)側(cè)出，如果水泵橫向擺放，占地面積增大，且泵組之間的距離較小，沒有足夠的檢修空間；如果水泵豎向擺放，由于泵組之間間距狹小，無法正常進(jìn)行水泵進(jìn)出口管道的安裝。現(xiàn)利用BIM技術(shù)進(jìn)行模型，將水泵統(tǒng)一朝左斜22°排布（圖1），錯(cuò)開泵組之間進(jìn)出水管道的位置，使得泵組之間的中心距有1.9m，預(yù)留了足夠的檢修和安裝空間，同時(shí)斜向擺放相比豎向擺放可以預(yù)留更多的參觀通道的寬度。在有限的空間內(nèi)模擬泵組及對(duì)應(yīng)管道的布置安裝，避免了設(shè)計(jì)后與現(xiàn)場(chǎng)不符帶來返工，滿足了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工的要求，且機(jī)房排布效果整齊美觀。圖2為能源站三維模型右視圖。

圖1-a 水泵斜置平面圖

圖1-b 泵組進(jìn)出口連接三維圖

圖2 能源站三維模型右視圖

2.2.2 管道布置三維可視，避免碰撞

碰撞檢查是在指在施工前對(duì)圖紙上的不同專業(yè)物件的交叉和沖突部分進(jìn)行檢查，并提出有效的整改措施，避免后期施工變更的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。在能源站機(jī)電安裝過程中常見的碰撞有空調(diào)管道穿梁、空調(diào)管道與電氣電纜橋架布置沖突、管道與管道之間標(biāo)高相同引起的碰撞等。如果前期做好碰撞檢查這一環(huán)節(jié)，將能降低設(shè)計(jì)變更及成本超限的風(fēng)險(xiǎn)。

以該醫(yī)院能源站為例，站內(nèi)設(shè)備繁多，管道走向復(fù)雜，主干管管徑大，最大處管徑可達(dá)到DN800，提前在revit軟件上進(jìn)行繪制模型，再配套使用navisworks軟件進(jìn)行漫游檢查管道碰撞十分有必要。根據(jù)碰撞檢查情況，不斷調(diào)整管線的空間布局，以達(dá)到最合理的綜合排布效果，同時(shí)提前與前端研發(fā)、現(xiàn)場(chǎng)施工、后期運(yùn)營人員溝通，確定好最終方案。這樣的設(shè)計(jì)模式不僅可以避免后期施工環(huán)節(jié)遇到的碰撞問題，還能減少因?yàn)榉倒淼某杀驹黾樱s短工期。

能源站整體三維模型圖見圖3。

圖3 江蘇某醫(yī)院能源站BIM三維示意圖

2.2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)出圖及施工指導(dǎo)

相比于傳統(tǒng)CAD等二維制圖軟件繪制的平面圖、立面圖和剖面圖，基于BIM技術(shù)的revit軟件擁有更強(qiáng)大、快速的出圖功能。利用revit等其他BIM軟件，經(jīng)過模型建立、碰撞檢查、模型修改更新等步驟確定最終施工圖（模型）后，對(duì)應(yīng)的二維平面圖和不同位置的剖面圖可以同步導(dǎo)出，而且更加精準(zhǔn)，并能直接指導(dǎo)施工。能源站內(nèi)局部管道深化模型圖見圖4。

能源站內(nèi)局部管道深化模型圖

2.2.4 出圖出量精準(zhǔn)，控制成本

應(yīng)用BIM技術(shù)，基于revit軟件建立三維模型，在圖紙方案優(yōu)化確定的同時(shí)，三維信息模型的數(shù)據(jù)庫也在同步更新，平面圖、剖面圖、三維圖、設(shè)備及管道明細(xì)表等都可以快速導(dǎo)出，可以為造價(jià)人員提供編制所需的明細(xì)表（工程量清單），減少了相關(guān)技術(shù)人員根據(jù)二維圖紙?zhí)崛〔牧嫌昧康墓ぷ髁浚约氨苊饬擞捎谌藶橐蛩匾鸬臐撛阱e(cuò)誤。因此BIM技術(shù)的自動(dòng)化算量功能可以擺脫人為因素，快速得到客觀準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。配合實(shí)際施工進(jìn)度，控制采購的準(zhǔn)確度，實(shí)現(xiàn)物料的精細(xì)化管理，減少材料浪費(fèi)，從而達(dá)到節(jié)約成本的目的。

3 結(jié)語

本文通過設(shè)計(jì)實(shí)例，簡要分析了BIM技術(shù)在能源站設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用。我們可以看出建筑設(shè)計(jì)行業(yè)從二維設(shè)計(jì)到三維設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變是一種必然趨勢(shì)，BIM技術(shù)在能源站暖通設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了三維模型這一革新進(jìn)步，通過三維模型的可視化、碰撞檢查一系列特點(diǎn)，設(shè)計(jì)師能在前期設(shè)計(jì)階段進(jìn)行優(yōu)化，避免了能源站后期施工過程中因設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)施工不協(xié)調(diào)造成的拆改和返工，從而有效的降低人工及材料浪費(fèi)，控制成本，縮短工期。

當(dāng)然BIM技術(shù)現(xiàn)階段還在大家的認(rèn)可和學(xué)習(xí)過程中，還有巨大的應(yīng)用價(jià)值等待著深入發(fā)掘。同時(shí)隨著BIM相關(guān)政策的推廣，該項(xiàng)技術(shù)將是讓機(jī)電安裝傳統(tǒng)行業(yè)獲得新生的必由之路，相信BIM技術(shù)也將成為機(jī)電施工企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。隨著信息化時(shí)代的發(fā)展，BIM技術(shù)將會(huì)在能源站暖通設(shè)計(jì)階段得到廣泛應(yīng)用，在整個(gè)建筑行業(yè)的全生命周期建設(shè)中迅速發(fā)展，并將會(huì)引領(lǐng)工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的第二次革命。