BIM正向設計在機電工程中的應用與研究

王堯 喬維昭

摘要：由于國家政策的大力推行，現階段BIM技術在各類工程項目中應用越來越多，BIM技術應用的主流依然是以單專業翻模為主， 而翻模只是BIM發展的一個過渡，各專業開展BIM正向設計較困難，而BIM正向設計以工程理論、方法和過程模型為指導，旨在提升企業自主創新能力和設計制造的一體化能力。本文以選取杭州地鐵項目為研究試點，提出“三維設計、二維表達”貫穿全專業三維設計的建模思路，以“BIM 設計模型+ 設計說明+ 圖紙目錄+ 出圖說明”的形式固化與提交，提出以一種機電工程BIM設計協同管理和正向設計方法，對機電工程BIM技術進行初步應用與研究。

關鍵詞：機電工程;BIM正向設計;設計流程

一、 前言

相對于傳統二維設計，三維正向設計將逐步占有更大的市場。BIM的初衷是直接在三維環境里進行設計，利用三維模型和其中的信息，自動生成所需要的圖檔，模型數據信息一致完整，并可后續傳遞，也可以說這就是BIM正向設計。經過實際項目的檢驗，充分應用探索者BIM正向設計解決方案，將大幅提升項目整體設計效率。BIM正向設計作為BIM技術的重要發展方向，其前景是無窮的，但是它的實現是需要我們的辛勤努力的，它的各方面所存在的問題也是需要我們來解決的。

二、本項目正向設計流程與方法

三、應用項目介紹

杭州地鐵9號線一期工程項目位于杭州市余杭區，建筑面積為51115.03㎡，占地面積3997.28㎡，建筑層數為14層，建筑高度為63.05米的一類高層建筑，耐火等級為一級。設計使用年限為50年，設計內容有給排水系統、弱電系統、及通風空調防排煙系統。

四、BIM正向設計實施應用

1、BIM強調的是信息傳遞和共享，講究的是各專業協同，因此在前期的準備階段和方案設計階段很重要。該項目以Rebro軟件為基礎來設計機電模型，在建筑結構平面圖基礎上，用Rebro代替CAD，以土建導入的reb格式文件和土建dwg格式為參照，風水電各系統分別繪圖，同時風水電各專業相互參照設計建模。使用“先建模，后出圖”的正向設計BIM技術應用方式，目的是保證圖紙和模型的一致性，減少施工圖的錯漏碰缺。雖然BIM正向設計往往是建筑先開始的，因為方案只有建筑需要認真設計，但只有建筑做正向，初設中后段時候就會變得很艱難，結構和機電不一起做，建筑單做的意義就不大了。拉結構和機電一起推正向雖然壓力會很大，這是全局性的，各個專業都不能少。

2、在模型繪制前，需先確定綜合管線排布原則。綜合考慮各專業的管線分布情況，先暫定機電各專業管路的標高原則，空間原則確定后，分專業進行機電模型的繪制，包含機械設備、管路和末端構件。在整體方案確認后，各專業工程師在方案模型的基礎上展開各自負責專業的施工圖設計工作。繪制給排水系統及風管系統時，通過管道介質流量和風管風量的計算，從而選擇機電系統類型、規格參數，同時根據建筑圖紙及甲方提出的各系統需求點位，對消防、電氣、給排水、等專業系統總容量進行計算，滿足設計要求，完成各專業系統圖及初步的管路規劃圖。同時各專業工程師分別對所需要的各類模型構件進行整理，機電各系統類型、材料屬性、管道連接方式等的定義。項目負責人對各專業提交信息進行匯整，對各系統色彩定義、材質選擇、圖層建立、三維視圖等做統一規定，各專業工程師依規定執行。當集成的三維鏈接了信息之后，設計人員就會有個更快、更高質、更充分的設計過程，風險得以減小、設計意圖得以維持、質量控制得以改進、交流更加明確化。

圖4.2 綜合排布

3、全專業設計BIM協同

正向BIM協同設計中，正向是相對于逆向而言的，即設計核心的相關工作在BIM的工作框架下完成，以BIM的思維和工作方式進行設計工作，尤其是專業內協同和專業間協同，設計相關信息通過BIM模型承載，通過該模型，完成設計階段的逐項應用。各專業模型均繪制完成后，需對模型當中的碰撞點進行檢查。在協同設計過程中，需要約定專業內和專業間的協同工作方式，以及專業間工作流程，通過協同設計的并行工作優勢，可以保證專業間的信息傳遞及時有效。 而正向BIM協同設計，可以允許同專業人員在同一個文件上同時操作，專業間不僅傳遞圖形，同時傳遞屬性，重復內容即時專業間各自創建重復表達，重復表達的內容也是聯系并聯動的，例如建筑可以基于結構樓板在同標高位置，創建有面層的樓板，符合各自的表達需求，而在結構或建筑任一專業調整樓板高度時，另一專業都會獲得消息提醒，并允許另一專業選擇跟隨或要求其改回。在本項目中，暖通系統管道尺寸較大，需要協調的工作也較多，因此統一由暖通專業對機電管線碰撞處進行調整，再記錄反饋給各專業工程師進行二次校核。機電各專業工程師根據其他專業的意見修改調整管路模型，實現了各專業之間設計過程中的高度協調，提高了專業間設計會簽效率，更加高效的把控項目設計的進度和質量。提高了設計完成度和精細度，減少了設計盲區，讓模型服務后期施工成為可能，這也是BIM正向設計的最終目的。

4、自建族庫

在Rebro軟件中，自帶的設備構件和族庫往往不能滿足實際項目需求，因此各專業工程師在梳理好各自系統所需構件后，按設計需求建置相應的設備和材料相關族庫并添加信息。5、二維圖紙

全專業模型協同步驟完成后，可進入下一步二維圖紙的輸出。出圖之前，要充分了解熟知設計出圖規則，二維圖紙的表達應清晰、完整、統一。由于Rebro軟件本身出圖標注功能達不到出圖標準且美觀度不足，因此在模型上標注好基礎的定位和標高數據后，需在導出的CAD圖上做二次加工，繼續添加文字標注信息并調整圖面至出圖標準。經過模型整合后導出的圖紙跟以往的施工圖相比，添加了管線的空間定位（平面及標高）信息，且對管線較多的區域（如走廊）可單獨導出三維及剖面圖紙，以利于后續指導現場的安裝。

6、工程量清單

通過Rebro軟件自帶的出量功能，可根據參數設置條件來篩選分別提取設備和材料的工程量清單。由于機電模型文件直接導出，工程量與施工圖紙內容一致，減少了人員計算工程量時對圖紙主觀誤差。雖然基于模型的工程量不包含材料的損耗，但仍可作為后續成本計算和項目管理的可靠依據。

五、問題與總結

本項目對BIM機電工程的正向設計進行了嘗試，這次的正向設計僅針對某些地方做了出圖，而且出圖方式也有幾種。我們發現，通過試點項目的BIM正向設計，解決了以往項目BIM技術應用中的兩個問題：首先，提前介入時間。BIM技術在設計階段即參與其中，BIM技術可視化的特點方便各專業技術人員進行充分有效的討論，最大程度降低后期出現二次設計變更的可能性。其次，專業工程師可直接用Rebro軟件繪制。在以往工程施工過程中才會出現的問題提前在模型繪制過程中發生，有利于問題的討論，圖紙的即時修正，也在很大程度減少了施工中因專業間協調而引起的變更和返工。另一方面，BIM正向設計在實施過程中也遇到了各種問題：比如專業工程師對軟件操作不熟悉，設計目前沒有統一標準，設計前期無法確定任務書所有的細節問題;效率問題，建模耗時長、管線排布優化不理想等;BIM正向設計的成果如果要延續到施工過程，還需要施工團隊的精細化管理。若施工人員仍是用以往粗放型的管理方式，誰先做誰有理的心態來執行，那BIM的成果在項目中必然是無法成功實踐的。想要提高施工現場的精細化管理水平，除了需要借助現代化的新技術手段和工具，更需要項目各方積極參與，明確自己的一份責任，付出自己的一份努力。同時也證明了BIM正向設計是行業的發展趨勢，正向BIM設計也就逐步被各大設計單位采納并應用到了真實項目的設計當中去。