BIM技術在建筑環境與能源應用工程專業畢業設計中的應用

印紅梅 賈春輝 黃紫旭

BIM技術在建筑環境與能源應用工程專業畢業設計中的應用

印紅梅1賈春輝2黃紫旭1

（1.西南科技大學城市學院 綿陽 621000；2.西南科技大學 綿陽 621000）

近年來，BIM技術正越來越多地應用于建筑行業。國家也不斷推出提高建筑業的技術能力的要求，推進建筑信息模型（BIM）等信息化技術在工程設計、工程施工和運行維護全過程的應用。結合建筑環與能源應用工程專業畢業設計，論述了在全國BIM大賽背景下，充分利用BIM技術完成工程設計類畢業設計可以提高畢業設計質量。

建筑環境與能源應用工程；BIM；畢業設計

0 引言

當前，我國大部分院校的建筑環境與能源應用工程專業（以下簡稱“建環專業”）都采用了理論學習與校外實習結合的教學模式，高等工科院校的教學體系一般分為課堂教學和實踐教學兩大部分[1]，在學習的最后一學年，讓學生完成畢業設計。畢業設計是本科學習課程中關鍵的環節，它不僅要求我們結合畢業設計課題，綜合應用所學專業知識和基礎知識進行創新設計，還要完成從理論到實踐的過渡過程。畢業設計作為高校人才培養的最后一個教學環節，對大學生創新能力的培養,是其它任何教學環節所無法比擬的，它對本科生的成長有著重要而特殊的影響[2]。傳統的建環專業畢業設計工程設計方向主要包括冷（熱）負荷計算、系統方案選擇、水力計算、氣流組織設計、冷熱源配置、保溫隔熱、減振，建筑節能等及畢業設計的二維圖紙設計。

傳統的二維畢業設計存在許多弊端，比如師生對實踐環節重視不夠、教師指導大面積學生畢業設計教學效果差；學生感覺畢業設計枯燥乏味，缺乏興趣；畢業設計二維圖紙表達標高、設備放置、管線連接、管線碰撞等錯誤較多；設計計算難度較大，學生應付了事等諸多問題。將BIM技術融入建環專業畢業設計中，在設計初期通過BIM軟件的建模，形成三維可視化模型，幫助人們快速認識該項目建筑的功能，空間結構等特點；能夠更好的掌握相關數據信息。在設計過程中可以采用手動計算與軟件計算相結合，設計三維圖紙更具有可視化特點，培養學生理解建筑設備與建筑、結構之間的空間表達，使畢業設計更加生動鮮活。

1 建環專業畢業設計現狀

工程設計類的畢業設計課題，建能專業的畢業設計通常按選題、開題、建筑圖紙分析、冷（熱）負荷計算、方案選擇、水力計算、設備選型、圖紙、設計說明書等步驟進行。教師的工程設計經驗將影響學生的畢業設計成果，設計質量千差萬別。學生的就業方向與畢業設計課題方向有時存在差別，導致學生對畢業設計課題不感興趣，設計質量不合格。大部分學生的畢業設計內容與工程實踐脫節，學生的實踐能力與上崗能力沒有得到有效的鍛煉。在基于以上的一些問題，如何結合BIM技術提高學生的設計能力，能夠更加有效的完成畢業設計，并且提高工程實踐能力就成了老師探究的問題。

2 BIM技術的特點

建筑信息模型是以建筑工程項目的各項相關數據作為基礎建立建筑模型，BIM技術具有可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性五大特 征[3]。

2.1 直觀可視化

由于本次畢業設計所完成的建筑圖紙面積較大，并且是公共建筑，管路設計較為復雜。運用BIM技術的可視功能可直觀地觀察暖通空調設備的連接方式、系統管線間的位置管線，建筑結構及內部設備間的空間關系。對于不同設備可根據實際來設置不同的色彩與圖形來表示。

2.2 模擬優化，有效協同

傳統二維設計過程中，時間或者專業的不同，不同的專業設計人員很難對項目設計信息進行交流、溝通，經常會出現空間碰撞問題，設計變更，進而影響項目進度和質量[4]。BIM通過參數模型整合各種項目的相關信息，在項目規劃、設計、運作、維護和拆除的全生命周期過程中進行共享和傳遞，使工程技術人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應對，在提高效率、節約成本、縮短工期、增加項目安全性和促進可持續發展等方面發揮重要作用[5-7]。

2.3 可出圖性

雖然利用天正軟件可以實現畢業設計的二維圖紙出圖，但是利用BIM技術的基礎上也可以對畢業設計進行出圖，方便學生們完成畢業設計后進行圖紙展示。

3 BIM技術在建環專業畢業設計中的影響

建筑環境與能源應用工程專業畢業設計時間從大四第一學期末開始到第二學期5月份結束。本組畢業設計主要是進行工程設計，利用BIM技術完成畢業設計項目的整體工程設計。通過小組成員確定、設計建筑圖紙的選擇、設計說明書的編寫、CAD圖紙的繪制、MagiCAD for Revit建模設計、VR視頻的制作、畢業設計答辯等任務，并按照廣聯達第五屆BIM畢業設計大賽時間節點要求階段性提交畢業設計成果，具體流程如圖1所示。

圖1 BIM畢業設計流程圖

建能專業畢業設計中，負荷計算是比較重要，要運用相關軟件對該建筑進行負荷精準計算, 設計方案中要基于各區域的差異，根據區域特點進行調整，以確保空調能夠有效工作。基于區域內決定設計方案，選擇不同的空調機組運行方式，滿足各個區域對空調暖通的要求[8]。本次畢業設計按照任務書進行畢業設計詳細負荷計算。

冷熱源配置的合理性決定著暖通空調的工作效率，間接影響其使用壽命。因此，同學們在冷熱源設計中，需要考慮項目的地理環境、氣候條件及冷熱源工作環境等確定冷熱源方案。例如在大型公共場所，要考慮人數和氣候；若在北方，還要考慮溫度與氣溫下降速率等。綜合性地針對暖通空調的制冷系統產生的冷量，確定冷源的設計，明確冷水機組的數量及位置[9]。本次畢業設計工程地點位于成都，且水源充足，故選擇冷水機組作為冷源。

利用BIM技術在建筑環境與能源應用工程專業畢業設計的影響主要體現在學生對系統的直觀認識，將抽象的二維平面設計轉換到清晰可見的三維實體。本次BIM畢業設計實踐是一項較好的教學改革嘗試，能夠讓更多同學熟悉專業制圖的流程、專業設計的內容，更加注重專業設計與其他專業的配合與協調。

4 BIM技術在建環專業畢業設計中的應用

4.1 土建BIM模型設計

在建筑圖紙確定及設計基礎資料確定以后，同學們開始進入建筑主體建模。同學們使用BIM技術，可以設置墻、窗、屋頂等圍護結構的材質及其保溫層的厚度、材質、傳熱系數等，如圖2與圖3所示。在進行墻、柱、樓板等建模時，利用BIM軟件的特點，對內墻、外墻及承重墻等先進行編寫，如果后面想要改變墻體特性可以直接編改數據來使整個項目對于這一系統全部改變，對某一個系統的材料及特性也可以統一編改，這大大節省了后期對項目編改的時間。

圖2 Revit保溫材質設定

圖3 Revit土建模型

4.2 暖通設計與BIM模型創建

在進行畢業設計過程中，通過對設計的詳細計算，撰寫設計說明書的過程中，進行畢業設計暖通空調風系統與水系統以及冷熱源系統進行模型圖紙設計。BIM與CAD不同之處在于，不能通過定義圖層來進行系統分區，但可以通過“族”來進行區分。BIM建模是以“族”文件為支撐，根據系統初步計算整理項目需要的“族文件”。建立管道系統族文件，并設置其顏色、線寬、尺寸、材料、流體類型和坡度等。圖4與圖5為Revit軟件建立水管“族”文件的截圖。

圖4 Revit水管配置

圖5 Revit水管內介質設定

在傳統的建筑專業中，一般為暖通空調機房預留的空間相對較小，不同品牌的設備尺寸有所不同，在CAD制圖時，需要考慮空間大小來選擇合適的設備。利用BIM技術的參數設計優勢，設計階段為空調設備創建族文件, 便于修改設備的實際尺寸[10]。

在進行畢業設計風系統與水系統建模時，依照后期調整方便的情況下，先設計并建模風系統，在設備送風口位置畫出軟接頭再支出風管，在天花板吊頂處畫風口，將風口與主風管相連；再建模水系統，在走道處先將主水管畫好，該設置坡度的設置好，然后在設備水管接口處畫水管，連接在主水管上。對風系統與水系統利用立體模型的模擬合理的安排施工工序碰撞檢查，減少不必要的碰撞和返工問題這樣既節省了材料浪費。在建模機房及屋頂設備模塊時，將設備放置在機房及屋頂上，按照規范規定的設備間距范圍進行布置，再將水管連接到各設備，調整水管的高度，檢查碰撞問題等。

4.3 畢業設計BIM技術管線綜合

傳統二維圖紙，平面圖、立面圖、剖面圖等之間是獨立繪制的，一旦某處圖紙做了修改，與其相對應的剖面圖、平面圖等都需要修改，其效率低；BIM技術基于三維信息模型，平面、剖面、立面雙向關聯某一處修改，其他模型視圖及圖紙都能自動協調變更，極大減少了工作量[11]。

傳統二維圖紙很難清楚地表達項目整體管線布置情況，容易造成施工上的錯誤。如圖6（Revit地下一層平面圖）可以看出，地下車庫的風管管線和水管管線線縱橫交錯。而BIM技術基于三維信息模型，通過各個專業協同設計，形成良好溝通模式，有效地減少了錯誤的發生。

圖6 Revit地下一層平面圖

基于BIM技術畢業設計在管線綜合過程中，結合相關碰撞檢查軟件，如MagiCAD，可以快速發現設計不合理和碰撞部位，極大地提高了畢業設計的效率和準確性。圖7為Revit冷水機組模型設計圖。

圖7 Revit冷水機組模型設計圖

圖8 Revit樓層管道綜合碰撞圖

4.4 畢業設計VR全景圖制作

BIM+VR協同是以虛擬現實的場景為平臺，進行數據信息模型的展示，并集成非傳統BIM信息外的額外信息。BIM+VR場景只需要一鍵生成，并且在項目實施過程中的任意階段都可以將VR場景與BIM模型關聯起來。BIM+VR協同設計可以將模型快速通過上傳至云端，然后分享給相關人員。相關人員都可以對模型進行查看，并且可以標注自己的意見[12]。

本次畢業設計利用廣聯達BIM +VR軟件，進行全景圖的制作。將Revit及Magicad建立好的模型，利用廣聯達實訓操作平臺把建好的模型導入Unity進行材質修改，定義建筑內物體所需的操作動作，繪制動作路徑，然后再對模型進行渲染；通過Unity做好的模型進行打包上傳到廣聯達BIM VR虛擬體驗間進行觀看體驗。圖9、圖10為地下一層VR視頻截圖。

圖9 地下一層特定位置視點

圖10 地下一層冷水機組視點

4.5 建環應用技術型人才培養的企業調研

對于建環專業學生在畢業設計環節與集中技能訓練實踐環節融入BIM技術，西南科技大學城市學院教師開展企業的問卷調查，了解企業對BIM技術的人才需求情況，改進建環專業的畢業生的應用技能。通過企業的調研反饋在應用型人才培養模式下，企業對開設課程投票情況如圖11所示，根據調查結果顯示大部分企業是需求BIM應用技術的。通過與企業的座談溝通交流，目前對建環應用技術型人才的需求人數多，也比較希望學校平臺能夠培養學生更多的應用實踐能力。學校也將結合自身的培養目標，加大對建環人才培養的BIM實驗室建設，不斷將優秀的應用技術型人才輸送到企業。

圖11 企業對建環應用型人才培養開設課程意見投票圖

5 結論

通過將BIM技術應用到建筑環境與能源應用工程專業畢業設計中，提高學生的綜合實踐能力，本次畢業設計組織學生參加了廣聯達第五屆全國BIM畢業設計大賽，通過這次畢設大賽，同學們不僅能夠很好的學習利用MagiCAD for Revit及BIM VR等軟件，更加清楚明白設備與設備、管路與管路之間的空間位置關系，更加直觀的感受到水路的走向，減少傳統二維圖紙CAD的修改，鞏固和提高所學的專業知識，將理論知識融匯于專業設計中。利用BIM完成建筑環境與能源應用工程專業的畢業設計不僅從計算方面得到較好應用，同時在設計方面能夠充分體現三維模型的真實設計效果，設計中存在的問題也可以及時通過碰撞檢查修改，實現專業圖紙的優化。畢業設計結合BIM技術的教學改革能夠提升專業畢業設計質量。

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BIM Technology Application in Building Environment and Energy Engineering Application of Graduation Design

Yin Hongmei1Jia Chunhui2Huang Zixu1

( 1.City college,Southwest University of Science and Technology, Mianyang, 621000;2.Southwest University of Science and Technology, Mianyang, 621000 )

In recent years, BIM technology is increasingly being used in the construction industry. The state also continuously introduces requirements for improving the technical capability of the construction industry, and promotes the application of building information model (BIM) and other information technologies in the whole process of engineering design, construction and operation and maintenance.This paper combines the graduation design of the building environment and energy application engineering, and discusses the use of BIM technology to complete the engineering graduation design in the context of the national BIM competition.

Building environment and energy application engineering; BIM; Graduation design

1671-6612（2020）06-739-05

TM172

A

西南科技大學城市學院2019年學科建設項目（編號2019XKJS03）；西南科技大學城市學院教學質量與教學改革工程建設項目“融入BIM技術的畢業設計改革探究—以建能專業為例”項目（編號CC-SJ1902），“新能源類專業綜合改革研究”項目（編號CC-JY1806）

印紅梅（1989-），女，碩士，講師，E-mail：466150442@qq.com

2020-02-25