BIM技術在建筑電氣設計中的具體應用

摘 要：近年來，隨著BIM技術的不斷推廣和日趨成熟，BIM技術已廣泛應用于建筑電氣設計中。BIM自帶的信息和數據，給建筑電氣設計帶來了便捷，也為建筑電氣工程設計的發展提供新的思路和方向，全方位升級與改善整體設計效果。簡要分析建筑工程電氣設計環節中采用BIM技術的優勢，并對BIM技術在電氣工程中的應用進行分析，旨在推動我國建筑行業BIM技術的快速發展。

關鍵詞：BIM技術;建筑電氣;電氣設計;具體應用

中圖分類號：TU85;TU17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）07-0001-03

0 引言

BIM技術是一種數字信息的應用技術，具有可視化、協調、模擬、優化等優點，可用于設計、施工和后期運營管理全生命周期[1]。建立以BIM技術為載體的項目管理信息化，設計中能及時發現問題、進行優化、減免碰撞;建設中可以顯著提高項目質量、縮短工期、降低建造成本[2]。我國政策要求超過一定規模的政府投資項目必須采用BIM技術設計，各地政府都在完善BIM技術應用標準和實施指南，不斷推動BIM技術發展。隨著BIM技術的發展，BIM技術已廣泛應用于建筑電氣設計中，通過碰撞檢查、三維直觀顯示等技術方法，給建筑電氣設計提供更直觀和準確的數據信息，通過不斷優化設計，避免沖突，有效地提升建筑電氣設計的技術水平，提高項目設計質量，推動行業的發展。

1 建筑電氣設計的主要內容

建筑電氣設計是指民用建筑中的電氣設計，分強電和弱電兩個部分。其中，強電包括變配電、照明、動力、防雷接地等;弱電包括火災自動報警及消防聯動、安全防范、綜合布線、有線廣播及擴聲、會議等智能化等。

除系統設計外，還要考慮電氣設備安裝和線路敷設。常見的電氣設備包括變配電設備、配電箱、母線槽、橋架、線管、開關插座、燈具、弱電、火災報警等，種類繁多，數量驚人。電氣設計的系統也相對復雜，設計過程中需要充分考慮建筑、結構、給排水、暖通等專業對電氣設計的影響，需要大量的設計溝通和協調工作。

2 BIM技術在建筑電氣設計中的應用優勢

BIM技術主要是對建筑項目進行模型構建，以數字化仿真將建筑物信息進行展示，以指導建筑全壽命周期的信息化運作[3]。采用BIM技術的最終目的是要提高項目設計質量和效率，減少返工和整改，有效避免施工配合工作，保證施工進度，節約項目資金[4]。

建筑電氣設計中利用BIM技術進行輔助設計、管線綜合、計算和分析等，可有效提高建筑電氣專業設計精度;通過碰撞檢查、三維顯示可使設計不斷優化，保證設計達到預期效果。因此，BIM技術在建筑電氣設計中的優勢是明顯的，主要體現在以下幾個方面：

一是通過專業之間協同減少提資工作。建筑電氣設計過程中需要大量的數據和溝通。除專業內部提資外，還需與建筑、給排水、暖通、結構等專業相互提資和溝通。BIM技術的協同性，讓設計、溝通、出圖全部在同一模型空間進行，實現設計資料的快速和實時互提，并提供更有效的溝通渠道，確保電氣設計的效果能夠達到施工標準。

二是可進行三維可視化設計和展示，便于理解和溝通。傳統二維設計通常需要根據平、立、剖面來構建三維模型，不同設計人員對圖紙理解程度有很大差別，會給溝通帶來一定的問題，效率低下。而BIM技術三維可視化設計更能直觀、有效地提高設計人員之間的溝通效率，快速發現問題并解決問題，大大提高工作效率和設計質量。

三是通過碰撞檢測發現專業間碰撞。與傳統CAD比較，BIM技術的最大優勢是可以進行碰撞檢測，在設計階段中的管線綜合使得設計階段管線碰撞量減至最小，可以避免施工過程中的一些不必要的現場問題和變更，有效地減少設計人員施工配合的工作量。

四是利用模型的數據進行計算、模擬、分析、統量。BIM技術模型中包含有大量的信息和數據，可以應用于設計中的模擬分析和計算。BIM技術模型能夠傳遞和體現從設計、施工、竣工到運維的全過程。雖然傳統二維設計也能進行模擬分析，但也需要重新建立一個模型，會有大量建模的工作量，BIM技術分析和計算可以直接采用繪圖時建立的BIM技術模型中的數據進行模擬分析和計算。同時，BIM技術還在數據統計方面有明顯的優勢。BIM技術模型可以通過設置約束條件快速統計出各項目工程量，并能應用于設計、施工、運營等全過程。

五是設計尺寸更加精準和細致。BIM技術模型為三維數據模型，可以從一個模型數據按照不同用途生成平面圖、立面圖、剖面圖、詳圖等多種圖紙。同時，生成的平面、立面、剖面具有整體性和關聯性。對模型進行修改時，相關圖紙均會實時反映修改內容，有效地避免了平面、立面、剖面相互矛盾的情況。

3 BIM技術在建筑電氣設計中的發展趨勢

建筑電氣設計中，應用BIM技術的現行基礎主要有應用標準以及應用軟件。在應用標準方面，目前建筑電氣設計應用BIM技術主要是參照《中國BIM技術標準體系CBIM技術S框架》以及一些地方標準。而各個設計單位也針對其應用制定了一些導則，如《BIAD-BIM技術項目實施導則》、《BIAD-BIM技術項目應用指南》等。在國際范圍內，BIM技術應用中可參照標準主要有國標NBIM技術S以及英國的AEC（UK）BIM技術標準。在應用軟件上，建筑電氣設計中，所用的BIM技術軟件主要是Autodesk公司研發的Revit系列軟件。在實際設計中，許多設計人員一般會同時使用Revit與CAD兩個軟件。此外，Autodesk公司研發的Naviswork三維模型瀏覽軟件也可用于建筑電氣設計中，其主要作用是實施碰撞檢測、三維漫游以及制作三維動畫。而在這些軟件中，Revit軟件通常被用作整合平臺來開展協同設計。

應用BIM技術進行建筑電氣設計，需要合理分配各階段設計工作量，重點關注方案選擇和優化。BIM技術在電氣設計中，較為成熟的應用有管道的綜合設計，碰撞檢查用于查找碰撞位置并對其進行優化。BIM技術建模將增加初步設計階段和施工圖設計階段的工作量。

電氣設備越來越豐富，也給族庫建設帶了更多的工作。構建電氣族庫時，除三維實體外，還應配置設備的電氣參數、設備安裝和線路敷設等。目前，使用的電氣族很多為自建族，族中尺寸、參數和圖例等均需逐步完善。

系統圖種類形式復雜多樣，目前階段無法采用BIM技術繪制出匹配的系統圖，為BIM技術的正向設計帶來了一定的困難。

為能讓整個項目有條不紊地完成，需要對整個項目的BIM技術操作流程進行標準化，對各專業全過程設計的相關參數設置進行統一，總結一套合理的BIM技術應用操作流程，形成一個完備的標準體系。并通過標準的操作流程和標準體系知道建筑電氣設計的BIM技術設計，提高設計效率。

4 BIM技術在建筑電氣設計中的具體應用現狀

BIM技術是目前建筑全生命周期內的最優解決方案，從設計、施工到運維管理可做到無縫共享信息。目前，國內BIM技術設計主要分兩種：一是BIM技術的全過程設計;二是后BIM技術設計，也稱為BIM技術糾錯。目前，國內電氣專業進行全過程BIM技術設計還是很少的，采用BIM技術出圖的一般有電氣平面圖、剖面圖、大樣圖等，而系統圖仍采用傳統CAD出圖。BIM技術出圖約占電氣專業施工圖的70%左右。BIM技術在建筑電氣設計中的具體應用主要有下述幾個方面：

4.1 照明系統設計

在民用建筑項目中，往往同一功能的房間會比較多，傳統電氣設計只能一個一個地進行照度計算，并根據計算結果布置燈具。在BIM技術的照明設計中，可以通過房間名快速定義照度標準，并可以利用模型中的信息（房間名稱、長、寬，燈具安裝高度等），選擇燈具類型、光源，即計算房間照度，并按照度計算結果對房間進行自動布燈，快速完成照明設計。

4.2 配電系統設計

在布置設備時可以順便定義設備功率和回路，BIM技術可以直接統計各回路負荷，并進行負荷計算，為配電系統設計提供依據。BIM技術還可讓配電系統的整體或局部展示，并進一步通過模型模擬技術完善和優化變配電設備的布置。

4.3 設備布置及碰撞檢測，管線綜合的精確設計

建筑電氣設計中，電氣設備與梁、墻、給排水設備、暖通設備之間經常發生打架、碰撞等問題。目前常用的碰撞檢測辦法有兩種：一是采用BIM技術自帶的碰撞檢查程序檢測，運行速度快，方便快捷;二是利用專業檢測軟件（如Navisworks）檢測，需要對整個模型進行整合，功能更多，導出的碰撞檢測報告中有構建ID號、位置、圖片等信息，非常直觀，便于查找修改。Navisworks還可以進行軟碰撞校審，發現間隙碰撞、空間碰撞等，可以軟碰撞檢測給設備管線留出足夠安全間距和檢修空間。Navisworks碰撞檢測報告如圖1所示。

4.4 三維可視化簡化溝通

BIM技術的可視化能以三維立體虛擬模型的形式呈現設計成果。可以通過三維模型快速了解設計意圖和其他專業的設備布置，及時發現設計圖紙中存在的缺陷和碰撞，并不斷優化設計。基于BIM技術的電氣設計，電氣設備、橋架、燈具、箱體等均具有三維可視性，有利于電氣設計人員與其他專業進行溝通協調。三維可視還能應用在項目施工、運維管理等階段。

4.5 簡化平立剖的繪制

雖然BIM技術建模會給設計工作增加一定的工作量。模型一旦建立，可以通過模型生成平面、立面、剖面，二維標注后可完成圖紙，減少繪圖工作量。例如，通過模型直接剖切生成剖面，再二維標注即可完成開孔埋件的剖面大樣圖，節省繪圖和對圖的工作量。

4.6 工程量統計

BIM技術能夠幫助設計人員進行模型統量，即在模型中按照設計階段要求統計電氣工程量。統計的工程量精細、精準，能直接用于概預算、材料采購、審計等工作。BIM技術統計的工程量還具備實時性，會隨著設計的調整過程實時更新。

5 BIM技術在建筑電氣設計應用中仍存在的問題

5.1 計算機硬件和網絡環境的限制

工程建設項目規模比較大時，構建數以萬計，信息量非常龐大，BIM技術運行的響應相對緩慢，BIM技術對計算機硬件配置要求非常高。另外，BIM技術項目需要在大量設計人員同時工作，對網絡環境的要求也非常高。

5.2 BIM技術設計流程發展的限制

現階段我國的BIM技術設計還停留在翻模階段，缺乏對BIM技術全面和深入的認識。通常是先完成二維設計，再BIM技術建模。碰撞檢查也停留在初級階段，沒有充分利用BIM技術的優勢。只有真正的通過BIM技術 “正向設計”，設計過程中及時發現問題，才能避免在施工過程中出現嚴重問題。

5.3 增加設計時間

BIM技術要求各專業在設計時十分準確，要求設計人員具備更高的專業技術水平。同時，電氣BIM技術建模中電氣設備、智能化設施等種類繁多，數量眾多，設備布置時要綜合考慮設備的安裝位置和高度，由此會增加一定的設計時間。

6 BIM技術在建筑電氣設計應用過程中完善措施

6.1 營造良好的BIM技術協同環境

BIM技術需要多專業、多人同時協同設計，應通過硬件設施，打造一個良好的BIM技術運行環境。此外，還需要碰撞檢測軟件、性能分析軟件、BIM技術核心軟件以及虛擬現實軟件、造價軟件等，形成一個全面的、系統的軟件平臺。建設完善的網絡基礎環境，有利于形成良好的溝通和交流渠道，更好地展開信息交流。

6.2 制訂標準明確的設計流程

建筑電氣設計應用BIM技術，需要對設計流程進行規范，結合電氣設計內容的進行研究，不僅要重視電氣設計的設計原則，還應充分考慮電氣設計和建筑整體的訴求，達到最好的設計目標。同時，要對其他相關專業的知識展開協調和綜合研究，提高專業之間的交流和溝通效率，能夠提高設計工作的效率。

6.3 更精準的尺寸，更精細的設計

傳統電氣設計更注重系統設計，往往容易忽略設備安裝、線路敷設等精細設計。示意性地表示電氣設備，用線條表達管線的敷設，存在精度不足的問題，無法將設計的細部內容充分反映出來。BIM技術設計可以對測量以及布局準確控制，確保建筑電氣細部能夠精確表示。

7 結語

隨著社會的發展，綠色建筑、裝配式建筑、節能環保等要求逐漸占據主導作用，智能化系統、設備、線路等越來越多，給建筑電氣設計帶來了更多困難。

上述研究表明，BIM技術在建筑電氣設計的應用已成趨勢，BIM技術的三維模擬與可視化，能給人真實感與直觀的視覺沖突;能快速算量，提升施工預算的精度與效率;能虛擬施工，進行碰撞檢查，能大大減少返工和整改，降低施工成本與周期;能優化的設計圖，保證設計圖的可操作性與質量。BIM技術在建筑電氣設計中具有良好的應用前景，只有積極提高BIM技術水平，制定BIM技術建筑電氣設計的流程和標準，才能極大地推動電氣設計行業和BIM技術的發展。

參考文獻

[1] 朱明璞.建筑電氣設計中BIM技術的應用和分析[J].工程技術研究，2020，5（20）：179-180.

[2] 姜昊.建筑電氣設計中BIM技術的應用現狀及發展趨勢展望[J].建材與裝飾，2020（7）：140-141.

[3] 彭松龍.BIM在建筑電氣設計中的應用研究[J].智能建筑與智慧城市，2021（11）：39-41.

[4] 李東旭.建筑電氣設計中BIM技術應用研究[J].建筑技術開發， 2020，47（1）：53-54.

收稿日期：2022-03-04

作者簡介：易俊（1986—），男，湖南漣源人，碩士，工程師，從事水利、市政、建筑等工程等電氣設計及研究工作。