BIM技術在建筑電氣工程設計中的應用分析

俞 良，張鑫田

1.浙江大學建筑設計研究院有限公司，浙江 杭州 310028

2.中國建筑上海設計研究院有限公司，上海 200333

1 BIM技術概述及應用現狀

建筑信息模型（BIM）是一種應用于工程規劃、設計、施工、管理的數據化工具，以三維圖形為主，附加各類構件信息的操作軟件。BIM技術是由美國Autodesk公司于2002年提出的，目的在于將建筑的全生命周期內的所有信息集成在一個三維模型中。BIM的核心是建立與實際情況一致的三維模型和構件信息，從而組成一個完整的建筑工程信息資料庫。

應用BIM技術可將二維設計變成三維設計，其具有可視化特性，可提高設計的質量和效率。隨著BIM技術在建筑設計領域的不斷發展，以及國家標準《建筑信息模型應用統一標準》（GB/T 51212—2016）的發行并實施，建筑設計行業正積極推進BIM技術的應用。至今，大部分設計院都成立了BIM團隊，復雜工程項目都可借助BIM技術進行優化設計，特別是碰撞檢查，解決了復雜空間管網設計的難題。

2 BIM技術在設計中的應用優勢

2.1 協調性

傳統二維設計無法做到實時溝通，二維設計圖紙往往繪制在不同的施工圖紙上，在進行整合時才發現各種對接不完善的問題，有些問題甚至到現場施工時才會被發現。使用BIM可以避免此類問題的發生。BIM技術可以讓整個設計團隊在同一個平臺中的同一個模型下設計各自的內容，實現實時數據共享，并且互不干擾。在同一個模型中作業，設計師能互相看見對方的設計成果，既加速了信息溝通的速度，避免因信息滯后帶來的不必要的工作量，又能及時發現潛在的問題，如各種設備位置的重合。此外，BIM技術可以有效規避二維設計容易造成的設計缺陷，提升設計質量，減少后期修改，降低成本及風險。

2.2 模擬性

BIM的模擬性不僅指建筑物、綜合管線等靜態模擬，還包括在現實中難以操作的動態模擬。比如，在設計階段的節能模擬、緊急疏散模擬、日照模擬、熱能傳導模擬等施工階段的模擬。其中，施工模擬相當于施工預演，方便施工人員了解施工工序，有利于提高項目施工及管理效率；管理方也能及時了解項目實際進度與模擬進度之間的差別，以便根據實際情況調整施工方案。

2.3 可視化

傳統的建筑電氣工程設計主要以二維平面圖形為主，在對工程的建筑空間關系及各項物質信息關系進行全面構建時，主要依靠相關設計人員的個人專業經驗，設計效果可能不理想，導致影響整體質量。在使用BIM技術后，可以將設計師個人的設想通過三維模型全面的展現，能夠更好地展現整個工程各專業的設計細節。BIM技術的可視化，可以讓設計團隊在項目中更好地溝通、討論和決策。

某改造項目的三維模型圖如圖1所示。根據模型，可以直觀地看到各個專業設計師的設計效果，有利于更深入地了解項目、完善項目。

圖1 某改造項目三維模型

3 BIM技術在建筑電氣設計中的具體應用

3.1 協同設計

BIM設計一般采用工作集協同方式，中心文件模型在BIM服務器上。各專業設計師通過局域網可以打開中心文件，然后點擊“另存為”，將文件保存至本地計算機。每個設計師可以認領自己專業相對應的編輯權限。一旦認領，其余設計師無權編輯該工作集內的圖元，只允許查看。特殊情況下，如果需要編輯對方已認領的工作集內的圖元，需要向對方發出獲取編輯權限的請求，經對方同意后才有權限編輯修改該圖元。這一限制可以規避多人設計時的相互影響。在設計過程中，可以設置自動保存的時間間隔，也可以手動隨時保存。及時將各專業的設計成果及時更新至中心文件，方便其余專業接收最新的提資，每位設計師可以及時了解其他專業的進展情況，從而調整自己的設計進度。在工作集中制圖階段，所有設計師都基于同一個中心文件模型開展設計，各自的成果隨時可以通過局域網共享，并且是作為一個統一的整體，平、立、剖視圖與三維模型均完全對應。工作集協同模式下，各專業進度及設計成果一目了然，而且能夠隨時實現專業內部及專業之間的協調工作，大幅度提高了設計的質量和效率。

3.2 照明設計

根據規范要求，不同功能用房有不同的照度要求，每個房間使用的燈具、光源也不同，因此單獨計算每個房間的照度費時又費力。BIM Space軟件具有很多高效的功能，比如自動計算照度、自動布燈、開關的批量調整、自動連線等。利用BIM Space軟件可以將各房間的照度要求植入軟件中，運行照度計算功能，軟件可讀取模型數據，在界面中選擇所需的燈具型號和光源型號，完成照度計算，計算完成后可導出計算表。軟件可根據照度計算結果自動布燈，還可以根據房間的寬高比調整自動布燈的間距，再由設計師對局部不合理的地方進行手動微調。開關還可以設置距門參數，進行批量調整。同時，BIM Space可以在框選區域或當前視圖進行住宅項目的自動布燈。軟件會在臥室、客燈、餐廳等中心位置插入燈具，在廚房、衛生間等潮濕場所還可生成防水防塵燈具。軟件會根據房間的不同，將開關位置布置在房間的內部或者外部。燈具布置完成后，軟件可以自動連線。此外，BIM Space可以根據柱跨、車位、車道線等信息自動布置地下車庫的照明。根據車道線和車位，軟件可以劃分為行車區域和停車區域，按照梁格的尺寸所對應的燈具數量自動生成。燈具類型和標高等參數可以手動調整。

3.3 管線綜合設計

隨著現代建筑功能的日益復雜，各專業管線也越來越多，導致難以直觀發現各專業管線之間的沖突。傳統二維設計的局限性在于無法充分優化復雜管線，為現場施工帶來較大的困擾，不僅可能造成浪費、返工，還可能影響凈高和工期。為此，可以采用BIM設計的三維模型，利用BIM技術進行電氣設計時，相當于為電氣工程建立了一個虛擬的三維模型。管線標高、具體定位、形狀均可以在三維模型中表示，三維模型建立后，一般利用Navisworks軟件進行碰撞檢查，然后通過平移、動態觀察、環視、漫游等操作對具體碰撞點進行可視化分析。電氣專業碰撞檢查應優先檢查橋架與結構主體的沖突，根據檢查結果所顯示的具體沖突位置，生成碰撞檢查報。根據報告，在模型中調整橋架高度或路徑，避開結構梁。橋架與結構主體零碰撞后，再進行與水、暖專業管道的碰撞檢查，并生成檢查報告。各專業根據報告優化管線方案并修改模型，直至通過碰撞檢查。三維管線綜合碰撞檢查是BIM技術應用于建筑行業最突出的特點與優勢，彌補了二維設計的相關缺陷。某改造項目根據碰撞檢測報告調整完成后的三維模型圖如圖2所示。

圖2 調整后的管網綜合圖

4 結束語

目前，BIM技術逐漸趨于成熟，廣泛應用于建筑行業，在協同設計、照明設計、管線綜合等方面的優勢效果明顯。協同設計可以使各專業模型實時更新、觀察，提高各專業的配合效率；軟件的自動布置功能極大地提高了設計效率；管線綜合可彌補二維設計的缺陷，使設計更加完善。但是，電氣設計師還需對BIM技術進行深入的研究與創新，不斷完善其設計功能，進一步推進BIM技術在建筑設計行業中的應用。