BIM技術在建筑設備工程中的應用價值分析

趙家敏 劉亞基

（云南開放大學，云南 昆明 650223）

建筑設備是現代建筑的必要組成部分，是為建筑物使用者提供生活和工作服務的各種設施和設備系統的總稱。建筑設備不僅關系到建筑物的使用功能，而且還影響到建筑物的經濟性。建筑設備主要包括建筑工程給排水、供配電、電氣照明、防雷接地、智能化、通風采暖等系統，這些系統功能好比人的神經、血管和內臟等，使建筑物具有強大的生命力。建筑設備及管線在建筑物內部交叉布置、相互連接、明暗排布，在安裝施工時經常發生碰撞，在豎向上發生凈高與避讓沖突。應用BIM技術軟件的碰撞檢測、凈高分析、孔洞預留等功能，可在設計建模和模型深化階段提前解決設備與設備、設備與結構等在實際施工中可能發生的各種交叉碰撞問題。

1 BIM技術概述

BIM技術又稱建筑信息化模型，應用于工程全生命周期，通過三維數字技術將項目策劃、設計、實施、運營和維護等所有信息整合在一起，使項目參與各方都能更快捷、方便地參與其中，更好地掌握項目信息。

在建筑設備工程中常用的BIM技術軟件包括Revit、MagiCAD、 品 茗HiBIM等。 其 中，MagiCAD廣泛應用于給排水、消防、通風、電氣等建筑設備專業的建模與深化設計，為建筑設備工程師提供設備各系統模型搭建和管線綜合深化設計、支吊架、算量、出圖等工程實踐應用，還能為用戶提供流量疊加、管道壓力分布、系統平衡、噪聲等計算功能，協同產品庫文件及數據中心實現建筑設備管線安裝，優化整體BIM解決方案。品茗HiBIM機電插件軟件涵蓋建模翻模、標準出圖、工程算量、設計優化等多種功能，在支吊架、機電預制、管線出圖、綜合優化方面的碰撞檢測、凈高分析、管線避讓、開洞套管等功能強大，通過對BIM模型快速拆分，并形成管線長度統計表，滿足施工現場預制裝配等需求，能有效提高工程師的建模和深化設計效率，有利于提高模型精度和全模型應用。

2 BIM技術應用價值

建筑中的各種管道都在增多，如建筑給排水、消防、采暖、空調、電線等管道。要使這么多管道在建筑設備安裝過程中不發生碰撞，且整齊美觀，必須在施工前進行模擬安裝，對管道進行碰撞測試、調整、優化，這對提高施工質量，減少施工返工率和成本，避免后期出現重大失誤有著非常重要的作用。以往的建設項目對于設備管線碰撞問題需要花費資金去拆裝、返工，應用BIM技術，可以避免出現這樣的浪費。在BIM三維模型的基礎上，可以對各專業進行深化設計，保障給排水、電氣、暖通等各系統綜合排布合理，及時發現各專業之間的碰、漏、錯等問題。BIM技術在建筑設備中的應用價值主要體現在以下幾個方面：

（1）利用BIM技術模擬建造過程。通過BIM技術模擬施工演示，可提前發現施工過程中工序錯亂造成的返工、窩工等現象，以及現場布置不合理造成的二次搬運等問題，減少資金和時間成本損失，有利于城市管理信息化和智能化系統建設。

（2）利用BIM技術優化設計。在項目規劃設計階段，利用BIM技術進行方案比選、協同設計、碰撞檢查，特別是對大型公共設施開展能耗分析、安全疏散分析等，可優化后期運營階段緊急狀態下發揮安全疏散系統的價值。同時，通過BIM技術數字孿生完成各系統設計建模，在現場完成三維數字模型建造，并協同多專業優化設計，規避缺陷，降低損失。

（3）利用BIM技術實現可視化交底。在建筑施工之前，利用BIM技術可視化功能采取圖文并茂的形式對重要、復雜的節點位置和工序進行交底，使施工技術交底更直觀、更形象，有利于加快施工進度和質量，特別是一些復雜設備管線安裝順序及節點位置連接方式，通過三維模型圖像展示出來，可以使施工重點、難點可視化，提前預見問題。

（4）BIM技術出圖與計量。應用BIM技術進行工程項目建模正向設計，可提高后續專業協調和出圖效率，特別是在施工、造價和運維等階段的信息共享、協同設計等應用價值較高。利用BIM數據庫功能，可真實提供造價管理工程量數據，通過計算機快速統計、分析各種構件，可獲取準確工程量，有效提高工程項目成本估算、概算、決算等造價全過程的管控和精細化管理。

3 BIM技術應用價值分析

傳統CAD設計模式存在圖紙冗雜、錯誤率高、變更頻繁、協作溝通困難等缺點，而BIM設計模式能較便捷地解決這些問題。在工程設計階段，建筑師通過BIM技術，利用三維可視化空間角度及邏輯思維設計優化與協調變更，能讓業主更直觀地了解項目投資收益及成果。目前，政府已開始強制要求在項目中使用BIM技術開展可持續施工、精益化施工、智慧化管理施工、建筑產業信息化。在工程質量技術要求和市場運營成本越來越高的背景下，在建筑行業中積極推進BIM技術的應用，是未來建筑行業發展的最佳選擇。

3.1 設計方案比選與計量

建筑設備工程管線連接標準化程度低、數量型號多，為用戶提供的比選方案少，針對用戶提出的要求修改難度高，工程量大。而應用BIM技術的三維立體模型展示，可快速找到并修改系統模型參數，并根據用戶需求輸出多套比選方案。通過模型數據共享方式可為后續修改、協調提供捷徑，為用戶提供更直觀的溝通交流模式，最終實現設計最優效果。同時，運用BIM技術將各專業設備構件智能轉化，結合平臺數據庫，可真實獲取造價管理工程量數據，使用計算機快速統計、分析各種設備管線，有效減少煩瑣的人工操作和潛在錯誤，實現工程量與設計文件的一致性；通過BIM 技術獲得準確模型，可使工程項目的成本估算、成本比較、材料管理、竣工決算等造價全過程管控和精細化管理更精準，提高設計階段的成本控制能力。

3.2 協同與深化設計

機電設計師分別參與不同建筑設備系統的設計工作，對各專業系統設計整體協調因素考慮較少，如果后續施工過程需要二次協調拆改，會造成大量時間及成本上的浪費。通過BIM技術的協同設計，所有專業設計師可依據統一設定的顏色、樣式等設計標準和平臺進行設計，建立各自專業的三維設計模型，實時在平臺上進行匯總整合分析，有效減少各專業之間溝通不暢導致的錯、漏、碰、缺，真正實現所有信息圖元的統一性，可實現一處修改其他自動修改，提升設計效率和設計質量。同時，可以根據BIM模型對復雜節點進行深化設計，輸出剖面圖、三維圖片等，發給各個專業的施工安裝人員，指導現場施工，減少返工現象。另外，使用BIM技術對大型公共設施進行能耗分析、光照分析、安全疏散分析等，可為后期運營維護階段的安全疏散系統提供較大的指導價值。

3.3 碰撞檢查與管線綜合

建筑土建專業設計師在設計時不會為建筑設備管線專業系統預留孔洞，在管道管線安裝時需要重新開孔穿管，這不僅增加了施工及恢復工作的難度，還增加了施工安裝時間和成本。通過BIM技術的碰撞檢測，可將各專業建立的三維設計模型進行合模，并檢測分析，提前準確找出各專業在空間上的系統設計碰撞沖突點，形成碰撞數據報告，提供給建設、設計、施工及監理等單位，并組織各專業設計人員進行會審協商，提出設計調整解決方案。同時，碰撞檢查與預留預埋、高程調整、管線綜合等功能組合使用，可依據規范和算法自動實現翻彎、繞彎、調整管線高度（見圖1），自動優選安全驗算；在機電和土建專業結合做深化時，自動生成洞口和套管（見圖2）；在管線安裝之前，自動標注、定位、避讓等，確保設計方案的可實施性和圖紙的可建造性。

圖1 管線調整

圖2 墻體開洞

3.4 出圖與會審

在傳統CAD二維平面圖紙中，圖紙信息修改不便，圖紙修改會連帶影響其他關聯圖紙信息變動，出現錯誤也無法識別出來，這會影響圖紙設計質量的提高。同時，在二維平面進行圖紙會審枯燥乏味，不能全面地查找圖紙錯誤。通過BIM-3D技術的出圖性，可在BIM模型中實現二、三維聯動，利用BIM模型數據源實現模型到圖紙的自動更新；同時，各專業的BIM工程師可利用中心文件工作集開展圖紙變更、自動審圖、可視化審圖等應用，提高工程設計質量和效率。隨著國家對BIM正向設計標準的出臺和推進，將從工程全生命周期起始階段的設計建模開始改變，可為后續造價、施工、運維等階段的信息共享、設計協同、出圖會審、效率提升等帶來較大便利，減少施工階段的返工現象，縮短工期。

3.5 可視化技術交底

傳統的安裝施工技術方案通過紙質材料表達操作思路與做法，會出現技術方案無法細化、不直觀、交底不清晰的問題，導致施工質量不高，返工、誤工現象時有發生。在施工前，通過BIM-4D技術的可視化功能，可對重要、復雜的建筑設備管線安裝連接位置和工序，借助虛擬動畫以圖文并茂的形式多方位地呈現施工技術交底過程，將工序節點造型形式及注意事項以立體三維模型直觀地展示給施工人員，使施工過程中的重點、難點部位可視化，提前預見問題，確保工程安裝質量。

3.6 模擬建造

由于大部分施工現場可使用的場地少、材料多、設備雜，如果施工現場布置不規范，或設備材料堆放混亂，會導致多次搬運、返工現象頻繁發生。通過BIM-5D技術的模擬建造，可在BIM平臺將工程項目的相關模型與文件進行鏈接加載，生成三維可視化虛擬施工動態模擬流程，以此實現場地動態布置和可視化現場監管等功能，還可隨時直觀、快速地對比施工計劃與實際進展，及時發現工作緩慢的環節，快速組織參與方有效協同。同時，通過BIM數字化、可視化技術結合施工方案、施工模擬和現場視頻監測，可減少建筑安裝質量和安全問題發生，減少返工和整改情況。

4 結語

建筑設備工程涉及專業較多，由人工檢查設備管線交叉沖突費時、費力，且錯誤率高，無法及時發現碰撞點。通過快速搭建BIM模型，生成設備清單出量，指導支架型鋼材料采購、支吊架預制加工及現場安裝，實現所見即所得，將問題形象、直觀地反映給各參與方同步協商解決。通過BIM技術與虛擬現實、3D打印等新技術集成整合，可在未來的智能建筑領域，甚至建筑智能建造方面，為生產者大幅度降低建設成本，提高材料及能源的使用效率，實現節能減排的效果，為實現“雙碳”目標發揮重要作用。