BIM 技術在辦公樓機電工程設計中的應用

曹天蕊

（太原城市職業技術學院，山西 太原030024）

1 引言

在建筑施工設計過程中，機電管線的設計極為復雜，管線的類型多、設計布局又多并排或交錯、施工規范復雜等[1]。使用傳統的CAD 圖紙設計在施工中容易出現管線相碰的問題，這種情況造成的返工，出現工程的設計變更和修改以及工程量的調整等一系列問題，往往會造成延誤工期、增加成本等管理問題。

近年來BIM 技術在建筑工程中得到了一定程度的應用，在建筑工程設計、施工、管理等方面都發揮了一定的優勢，特別是施工時的技術交底，可以直觀地用電腦看到模擬圖，在工程算量過程中可以更精確地進行預算和用量的比較，使整個建設全周期能夠高效、準確的完成，在使用過程中得到了業主和施工方等人員的肯定[2]。在機電工程中同樣也可以發揮它的優勢，主要體現在可以將不同類型的管線位置、連接方式等進行三維呈現，把不同類型的管線位置布局、連接方式等進行三維呈現，根據三維漫游檢查的結果進行排查，及時調整設計方案，提高施工現場的生產效率[3]。

將BIM 技術應用到某辦公大樓機電工程設計中，把不同類型的管線位置布局、連接方式等進行三維呈現，根據三維漫游檢查的結果進行排查，及時調整設計方案，提前避免了施工過程中這些可能存在的碰撞和沖突，節約成本，避免浪費，同時剖切三維及漫游等方式能夠很好地為后期施工提供三維可視化依據，提高施工效率。檢查凈高，剖切模型，篩選出凈高不符合規范的空間位置，有效避免施工完成后凈高不足的問題。

2 設計準備

某辦公大樓工程建筑面積為43 620 m2，高度為98 m，地下3 層地上24 層，為集地下停車場地上辦公區為一體的辦公樓，總體為框架-核心筒結構。

本工程的機電工程設計工作包括弱電、強電、給排水、排煙和通風空調。特別要注意是，該辦公大樓采用的是中央空調系統，設有中心能源站由3 臺熱量Q=4 000 kW 的水換熱機組及變頻泵組提供能量轉換。機房等對溫度和濕度有特殊要求的地方采用恒溫恒濕機組進行通風供給。對于辦公區，采用吊頂中央風機盤管式空調器和全熱回收新風換氣機組設計，保證溫度調整。

首先BIM 工作組的人員進行BIM 模型的構建，特別是機電工程中的管線和設備。設備、配件模型根據實際選用品牌在族庫管理體系中確定，如無匹配設備，根據提供的電子樣本自建相關設備族、配件族[4]。

完成各專業模型鏈接組裝，模型包括精確的土建結構模型、所用機電管線主管道（一般為大于DN50 的管道）。最后在軟件中進行相關管線的沖突檢測，并進行漫游檢查，對問題進行分析并修改設計圖紙。

3 機電項目安裝管線綜合設計

機電設備安裝管線綜合是BIM 應用的重頭戲，通過管線綜合三維呈現，可以為彌補設計中遺漏的管線、缺少的管線或修改沖突碰撞的管線提供可視化依據，并結合安裝規范，在三維環境中呈現與土建工程相交接的位置情況，可以有效地進行系統優化，并把修改意見提交給設計師進行施工圖的修改[5]。在設計階段，BIM 應用可以為后續的施工提供可視化的三維立體的施工依據，并進行精確的工程量統計，可以做出三維場景動畫進行項目的過程管理，為項目的規范管理提供技術支撐。

3.1 三維呈現

本項目機電管線三維呈現，在Revit 2018 軟件中完成，根據施工圖的CAD 電子文檔，先進行層的拆分和打散，再逐層進行三維呈現。特別注意要先進行管線的電氣設置，在美國標準的基礎上新建國內標準的線管，要區別有配件線管和無配管線管，充分使用軟件中的現有族進行復制和修改。在三維視圖下放置管線時，要時刻注意屬性欄和選項欄，注意添加垂直、更改坡度等設置，并在相關位置進行標記。

機電管線三維呈現完成后，可以生成三維漫游模式，如圖1 所示。進行主觀視角的查看，主要核對所布管線的屬性信息，對比設計規范要求核查布線高度是否高于裝飾吊頂高度，甚至可以模擬機電施工進場的場景，在施工前進行三維可視化技術交底。

圖1 三維排布及漫游檢查

3.2 綜合天花設計

設計方案確定后，先建立綜合天花設計的BIM 模型，可以在現有的相關燈具、噴頭等設備的族里進行復制新建，對于小于DN50 的管線模型精度要達到LOD300 以上。結合設計技術參數，在軟件中將構件信息進行梳理，特別是跟土建中墻體和樓板的高度偏移設置、管線的高度調整、燈頭盒和接線盒的設置等，各個構件之間要位置協調，而且還要考慮綜合天花的使用情況和照明光線的設置，這些都可以在三維呈現下進行調整和檢測。

3.3 車庫管線設計

車庫排布除了要滿足標高要求，還要整齊美觀，方便施工。橋架一般貼梁留50～100 mm 的間距安裝，水平間距100 mm，注意強弱電橋架有條件水平間距留出300～350 mm，橋架遇風水等成排管線沖突盡可能利用梁窩上翻，上翻45°接頭，上翻200 mm 左右，視情況定。

噴淋支管一般貼風管定排布（上噴）。車庫大部分是排風管、側排風口或下排，一般風管放在最下層，燈線沿風管安裝方向安裝即可，高度同風管高。管線穿墻一定要注意土建構造柱、門窗過梁等。如遇管線較多，管線盡可能排布在車位上空，讓出行車道。根據相關規范，消防車道土建高度一般較高需注意，一定要滿足消防驗收要求（高4 100 mm、寬4 000 mm 凈空間）。

3.4 橋架及配件的繪制

在機電工程項目中很大一塊是橋架的繪制，比如CT 300×150 電纜橋架，在CAD 圖的照明平面圖、電力平面圖和弱電平面圖中通常會有共用橋架的存在。在繪制橋架時，同樣要關注屬性欄、選項欄和功能區。在屬性欄中要注意管線分組，需要對內外彎頭、T 形三通、四通等進行配置，要滿足“先下后上”原則。選項欄中要注意橋架的尺寸，如果沒有相對的尺寸，需要到管理選項卡下找到MEP 設置中的電氣設置來新建尺寸。功能區中的放置工具和標記工具，設置標記引線，同時要靈活應用自動連接功能。

在地下室繪制橋架時，要注意橋架的標高位置，根據設計規范要將兩根DN150 消火栓主管和兩個弱電橋架布置于3.150 mm 標高位置，如圖2 所示，這樣繪制出的橋架會更加合理美觀。

圖2 橋架及配件圖

4 排查及優化

機電管線三維模擬排布完成后，利用Clash Detective 工具可以進行強化碰撞檢測，在設計過程中可以持續檢測。先添加測試，選擇被檢測的物體建立選擇集并定義檢測規則，比如有些墻體之間的碰撞不進行檢測、在同一層或者同一單元的項目進行忽略碰撞。然后進行定義選擇集設置，可選自相交參數進行內部碰撞檢測。在機電工程中經常要求管線之間的距離要大于某個值，在檢測碰撞過程中可以設置間隙碰撞參數來檢測管線之間的間隙是否達到設計要求。在軟件中通過不同顏色呈現排查結果，對檢測結果可以進行省略和核準操作，并改變狀態。

在碰撞檢測后還要進行漫游審查，使用的軟件是NavisWorks。選擇好要漫游觀察的起點位置，在軟件視點選項卡中有真實效果功能，點擊四個勾選選項，就可以在場景中進行漫游檢查了，主要查看機電三維繪制模型中的布線位置是否合理、規范是否執行等。

在整個設計圖中排查出間隙碰撞點128 個，硬碰撞點1 291 個，幾處檢查出來的碰撞點如圖3 所示。通過對碰撞點的核準和檢查，對三維呈現結果進行修改，并對照二位設計圖紙進行修訂和標注，最后輸出更完善合理的設計圖紙。

圖3 碰撞點示意圖

在本項目中，利用BIM 軟件有效地優化了設計圖紙，減少了施工時碰撞引起的工程變更等問題。在施工中，可以充分利用設計期間建立的三維模型進行施工校對。在后期的施工過程中可以結合二維碼技術做出三維場景動畫進行項目的過程管理，為項目的規范管理提供技術支撐，也可以為管理人員驗收提供直觀的標準。

5 總結

利用BIM 虛擬建造技術，根據設計施工圖進行預安裝，對設計合規性和符合性進行檢查、復核。把不同類型的管線位置布局、連接方式等進行三維呈現，根據三維漫游檢查的結果進行排查，排查出間隙碰撞點128 個，硬碰撞點1 291個。及時調整設計方案，提前避免了機電工程施工時工程數量變更，提高施工效率和效果。