BIM技術(shù)在智慧化能源站設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究
——以雄東區(qū)域能源站為例

林嬋，張?jiān)?/p>

（1.中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司合肥分公司，合肥 230000；2.青島市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司，山東 青島 266000）

1 引言

BIM 是以從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營(yíng)協(xié)調(diào)各階段的項(xiàng)目信息為基礎(chǔ)而構(gòu)建的集成流程，它具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性5 大特點(diǎn)。能源站項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，專業(yè)多，設(shè)備管路錯(cuò)綜復(fù)雜，碰撞沖突容易出現(xiàn)，從而導(dǎo)致工期延誤，給工程管理帶來(lái)諸多困難[1]。

BIM 技術(shù)的應(yīng)用，不僅能提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少圖紙中錯(cuò)漏碰缺的發(fā)生，使設(shè)計(jì)圖紙符合施工現(xiàn)場(chǎng)的要求，并能輔助工程施工管理，更好地適應(yīng)數(shù)字化智慧化城市建設(shè)的發(fā)展需求。

2 項(xiàng)目概況

雄東片區(qū)位于河北雄安縣縣城東側(cè)，是河北雄安新區(qū)先期建設(shè)的區(qū)域之一，能源站項(xiàng)目位于雄東片區(qū)B 社區(qū)。工程新建能源站7 座，新建供熱站27 座，新建入廊熱力管線約7.774 km，其中能源站為全地下構(gòu)筑物。能源站在設(shè)計(jì)過(guò)程較常規(guī)建筑設(shè)計(jì)而言復(fù)雜且具挑戰(zhàn)性，表現(xiàn)如下。

1）空間緊湊，管線錯(cuò)綜，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，任何一處設(shè)計(jì)紕漏都可能造成后續(xù)施工困難。

2）各構(gòu)筑物彼此緊密排布，施工圖要能反映各單體與相鄰構(gòu)筑物間的聯(lián)系，施工圖的繪制復(fù)雜。

3）構(gòu)筑物防火疏散通風(fēng)等一系列安全性措施十分重要，必須周全考慮。

因此，為順利完成該工程，采用BIM 技術(shù)，借助三維設(shè)計(jì)手段來(lái)解決設(shè)計(jì)上遇到的難題，并在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)。

1）協(xié)同。采用BIM 軟件，各專業(yè)借助項(xiàng)目服務(wù)器在同一平臺(tái)協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)將修正內(nèi)容上傳至服務(wù)器，使得各專業(yè)即時(shí)互通，避免了因溝通不及時(shí)造成的紕漏，大大提高了設(shè)計(jì)精度。

2）同步。建立的三維模型與圖紙關(guān)聯(lián)，只要修改模型，對(duì)應(yīng)的平面圖、剖面圖自動(dòng)同步更新，避免了在出現(xiàn)變更時(shí)，部分圖紙出現(xiàn)漏改的情況，極大地提高了設(shè)計(jì)效率。

3）虛擬現(xiàn)實(shí)。三維模型直觀、立體，相比于二維設(shè)計(jì)，構(gòu)筑物內(nèi)部構(gòu)造一目了然，錯(cuò)綜復(fù)雜的管線在高程上的交叉、碰撞等問(wèn)題也易于發(fā)現(xiàn)并更正，減少了因設(shè)計(jì)疏忽造成的不必要的設(shè)計(jì)變更。

4）自動(dòng)生成剖立面圖。模型建成后，可隨意角度進(jìn)行剖切，實(shí)時(shí)生成相應(yīng)位置剖立面圖，極大減輕設(shè)計(jì)人員的工作量的同時(shí)，也保證了圖紙的準(zhǔn)確性。

5）工程量統(tǒng)計(jì)。參數(shù)化模型搭建后，可精確統(tǒng)計(jì)土方量、設(shè)備信息及管材耗量。

6）施工輔助。通過(guò)瀏覽虛擬模型，配合局部復(fù)雜結(jié)構(gòu)的3D剖切圖，設(shè)計(jì)人員可與施工方進(jìn)行順暢溝通。

3 工程應(yīng)用

3.1 BIM數(shù)字化應(yīng)用平臺(tái)與專業(yè)從業(yè)人員構(gòu)架

3.1.1 人員架構(gòu)

工程專業(yè)從業(yè)人員構(gòu)架如圖1 所示。

圖1 工程專業(yè)從業(yè)人員構(gòu)架圖

3.1.2 軟件平臺(tái)

各專業(yè)對(duì)應(yīng)BIM 應(yīng)用軟件類型如表1 所示。

表1 各專業(yè)對(duì)應(yīng)BIM應(yīng)用軟件類型

3.1.3 建模前準(zhǔn)備

1）要明確項(xiàng)目需求。項(xiàng)目開始時(shí)，編制符合項(xiàng)目需求的信息模型策劃書，具體內(nèi)容如下：項(xiàng)目概述、應(yīng)包含項(xiàng)目類型、規(guī)模、需求等信息、工程信息模型信息命名、分類和編碼，以及所采用標(biāo)準(zhǔn)名稱和版本。

2）明確建模深度。為更直觀地闡明模型深度與模型工程信息的關(guān)系，引入模型深度等級(jí)的分類方式，各專業(yè)工程模型深度應(yīng)由幾何深度等級(jí)和屬性深度等級(jí)組成。工程模型建模深度等級(jí)分為4 個(gè)等級(jí)。根據(jù)《雄安新區(qū)規(guī)劃建設(shè)BIM 管理平臺(tái)數(shù)據(jù)交付標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)階段進(jìn)行劃分，其中L1 對(duì)應(yīng)BIM1-2 規(guī)劃階段，L2 對(duì)應(yīng)BIM3 設(shè)計(jì)方案階段，L3 對(duì)應(yīng)BIM4 施工階段，L4 對(duì)應(yīng)BIM5 竣工階段。

3）制定建模規(guī)則。劃分模型單元，將各專業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行分類。

4）統(tǒng)一項(xiàng)目模板。設(shè)置出圖模板并且要建立完備工程圖庫(kù)，如圖2 所示。

圖2 熱力Cel l 庫(kù)設(shè)備模型

3.2 設(shè)計(jì)施工

3.2.1 精細(xì)化設(shè)計(jì)

基于施工圖模型內(nèi)的所有內(nèi)容進(jìn)行碰撞檢測(cè)服務(wù)，通過(guò)三維方式發(fā)現(xiàn)圖紙中錯(cuò)、漏、碰、缺與專業(yè)間的沖突，從而預(yù)檢施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，提前解決，避免工期延誤或返工。圖3 所示為建筑、暖通專業(yè)所建模型剖面。

圖3 燃?xì)忮仩t房BIM模型剖面

3.2.2 材料統(tǒng)計(jì)

在BIM 模型建立過(guò)程中，對(duì)構(gòu)建材質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確定義，在模型建立完善之后，可進(jìn)行各專業(yè)材料統(tǒng)計(jì)。便于實(shí)施材料購(gòu)買計(jì)劃，控制施工進(jìn)度。

同時(shí)，材料清單列表內(nèi)容與模型實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，在出現(xiàn)設(shè)計(jì)變動(dòng)的情況下，更改BIM 模型結(jié)構(gòu)或者某些構(gòu)建材質(zhì)，材料清單中的材料統(tǒng)計(jì)量及工程量都會(huì)隨著模型的變更而變動(dòng)，操作便捷的同時(shí)還能夠保證算量統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性[2]。

3.2.3 施工進(jìn)度模擬

利用Navisworks、Fuzor 等軟件實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的仿真建模，4D模擬以其直接可視化的特點(diǎn)可以清晰地展現(xiàn)施工過(guò)程中的場(chǎng)地、設(shè)備、人員與可能出現(xiàn)的矛盾與缺陷，以增強(qiáng)項(xiàng)目的可執(zhí)行力。現(xiàn)場(chǎng)模擬可與實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行相互聯(lián)系，實(shí)時(shí)反映實(shí)際施工進(jìn)度，工程實(shí)施過(guò)程中是否出現(xiàn)拖延時(shí)間、工期延期等現(xiàn)象在進(jìn)度表中一目了然，便于工程管理部門宏觀調(diào)控，并從中調(diào)整工作平衡；施工模擬還可以起到指導(dǎo)施工的作用，對(duì)于復(fù)雜的施工方法及新型施工方法，能夠起到很好的教程作用，便于施工人員快速學(xué)習(xí)、準(zhǔn)確掌握并正確施工。

3.2.4 出施工圖

應(yīng)用BIM 軟件在精準(zhǔn)建模的前提下，可進(jìn)行出圖，包括三維軸測(cè)圖、二維平面圖、立面圖（見圖4）、剖面圖（見圖5）、透視圖等，圖紙可與模型實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，更改模型則圖紙可自動(dòng)更新，無(wú)須設(shè)計(jì)人員逐一進(jìn)行手動(dòng)更改，減少因設(shè)計(jì)變更而引起的工作量，同時(shí)降低圖紙出現(xiàn)錯(cuò)漏的概率。

圖4 換熱站房BIM模型生成立面圖

圖5 換熱站房BIM模型生成剖面圖

3.3 技術(shù)交底

將BIM 技術(shù)應(yīng)用于三維技術(shù)交底中，結(jié)合傳統(tǒng)二維圖紙與三維BIM 模型，可擺脫CAD 時(shí)代的識(shí)圖難的問(wèn)題，尤其在復(fù)雜節(jié)點(diǎn)或者復(fù)雜構(gòu)件的技術(shù)交底上，三維模型具有毋庸置疑的優(yōu)勢(shì)，從而達(dá)到指導(dǎo)施工的目的。

3.4 虛擬漫游

項(xiàng)目匯報(bào)時(shí)可以導(dǎo)出虛擬漫游文件，向建設(shè)單位展示項(xiàng)目的全貌，同時(shí)還可以在線進(jìn)行測(cè)量和信息讀取。讓建設(shè)方、施工方、監(jiān)理方均能直觀地感受到項(xiàng)目的情況，比以往的3D建模的可視化效果更好。

3.5 全景展示

將BIM 模型導(dǎo)入渲染軟件，在模型基礎(chǔ)上添加真實(shí)的自然環(huán)境，如植物、人物、動(dòng)物、車輛、天空和水等環(huán)境效果，如圖6 所示，可渲染出高品質(zhì)的視頻與效果圖[3]，呈現(xiàn)出項(xiàng)目完成后的精致場(chǎng)景，在設(shè)計(jì)完成時(shí)即同步呈現(xiàn)出理想的虛擬可視化景觀解決方案。

圖6 可視化景觀效果

3.6 智慧運(yùn)維

為服務(wù)本項(xiàng)目后期智慧運(yùn)維需要，在重要監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝相應(yīng)傳感器等設(shè)施，并為項(xiàng)目后期智慧運(yùn)維系統(tǒng)的接入提供技術(shù)支持，并且保證應(yīng)用技術(shù)的前瞻性，確保在長(zhǎng)期的發(fā)展過(guò)程中，智慧平臺(tái)具有可持續(xù)發(fā)展性。

智慧管理平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目運(yùn)維期間的數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并為管理人員提供解決建議，便于管理人員決策。

同時(shí)為更好地融入雄安新區(qū)規(guī)劃建設(shè)BIM 管理平臺(tái)，項(xiàng)目在BIM 建模期間可根據(jù)《雄安新區(qū)市政工程BIM 模型成果技術(shù)導(dǎo)則》《雄安新區(qū)市政工程數(shù)據(jù)對(duì)象編碼技術(shù)導(dǎo)則》 對(duì)模型進(jìn)行信息掛接，完全按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行模型的建立與交付，如圖7 所示。

圖7 智慧管理平臺(tái)

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)例，簡(jiǎn)要分析了BIM 技術(shù)在能源站設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的發(fā)展，BIM 技術(shù)在能源站建設(shè)和運(yùn)維領(lǐng)域完成了三維建模的又一次創(chuàng)新與進(jìn)步，利用了三維建模的可視化、碰撞檢查等一系列特性，設(shè)計(jì)者可以對(duì)前期的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行調(diào)整，避免了能源站后期施工過(guò)程中因設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)施工不協(xié)調(diào)造成的拆改和返工，從而有效降低人工及材料浪費(fèi)，控制成本，縮短工期，同時(shí)為智慧化城市建設(shè)提供了基礎(chǔ)保障。