BIM在建筑電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望

杜萬里（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海200092）

BIM在建筑電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望

杜萬里（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海200092）

0 引言

作為建筑工程中的新興技術(shù)，BIM憑借其可視化、模擬性、可出圖性、造價(jià)準(zhǔn)確及可控性等諸多優(yōu)點(diǎn)，越來越受到各國政府和企業(yè)的重視，并在歐美各國的研究和實(shí)踐中取得了一定成果。在國內(nèi)，近期住建部編制的《2016?2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中也明確提出要在“十三五”時(shí)期全面提高建筑業(yè)信息化水平，增強(qiáng)BIM、大數(shù)據(jù)、智能化、移動(dòng)通訊、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)集成應(yīng)用能力，足見政府對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用的重視程度。

BIM技術(shù)以建筑各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)進(jìn)行建模來模擬真實(shí)信息，在建筑工程的全生命周期內(nèi)都有著很高的使用意義和應(yīng)用價(jià)值，其實(shí)際應(yīng)用不僅包括設(shè)計(jì)和施工階段，還包括規(guī)劃與運(yùn)營等階段，如圖1所示。

作為建筑工程設(shè)計(jì)中系統(tǒng)化接收各項(xiàng)提資的最終專業(yè)，電氣專業(yè)需要大量接受各種信息，見圖2。

圖1 BIM技術(shù)在建筑工程中的各階段應(yīng)用

當(dāng)其他專業(yè)提供的信息發(fā)生變更時(shí)，很可能出現(xiàn)信息的傳遞失誤與遺漏。傳統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)二維平面圖，核心關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)信息彼此隔斷，需要人為辨識(shí)其中的邏輯關(guān)系。而在電氣設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，還能實(shí)現(xiàn)電氣與其他各專業(yè)之間的協(xié)同與數(shù)據(jù)信息共享，減少配合失誤，提高設(shè)計(jì)效率，為后續(xù)工作提供指導(dǎo)信息。

圖2 BIM軟件與信息互用關(guān)系

1 BIM技術(shù)在建筑電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 應(yīng)用軟件

目前，BIM軟件數(shù)量已達(dá)幾十甚至上百之多，大致有何氏、美國總承包商協(xié)會(huì)（AGC）、廠商專業(yè)3種分類方法。其中，國內(nèi)外BIM核心建模軟件及分析軟件的區(qū)別如圖3所示。

圖3 國內(nèi)外BIM核心建模軟件及分析軟件區(qū)別

Autodesk公司的Revit機(jī)電系列得益于AutoCAD在國內(nèi)民用建筑設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用的天然優(yōu)勢(shì)，在國內(nèi)BIM機(jī)電建模軟件市場(chǎng)占有份額很大，本文也主要針對(duì)Revit機(jī)電系列進(jìn)行討論。而對(duì)于BIM電氣分析軟件，在國內(nèi)則主要有鴻業(yè)、博超、天正等產(chǎn)品。

1.2 國外研究現(xiàn)狀

國外項(xiàng)目建設(shè)工程周期較長、設(shè)計(jì)相對(duì)精細(xì)且單位產(chǎn)值較高，設(shè)計(jì)單位有足夠時(shí)間和精力實(shí)現(xiàn)和完善BIM電氣設(shè)計(jì)，因此相比國內(nèi)，國外的BIM應(yīng)用案例相對(duì)較多且經(jīng)驗(yàn)更豐富，研究更為深入。目前國外應(yīng)用研究主要在案例分析研究、BIM電氣優(yōu)勢(shì)討論、以及MEP模型優(yōu)化及處理方法研究等方面，本文選取了部分國外論文研究現(xiàn)況進(jìn)行了討論。

Thomas M.Korman等人通過案例優(yōu)化了BIM模型對(duì)MEP協(xié)調(diào)處理，為運(yùn)用建模軟件與信息技術(shù)修正提供基礎(chǔ)［1］。Vamsi Sai Kalasapudi等人則提出了一種用于分析MEP組件自動(dòng)空間變化分析的新的圖形關(guān)系庫框架，該框架提取了3D點(diǎn)云的對(duì)象空間關(guān)系，利用目標(biāo)數(shù)據(jù)的關(guān)系架構(gòu)和BIM模型融合3D數(shù)據(jù)并設(shè)計(jì)BIM［2］。Mahmoud Alahmad等人整合了實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)RTM與BIM軟件，在建筑物的各個(gè)位置處追蹤電量使用情況并判斷連接與斷開設(shè)備的時(shí)間，對(duì)降低能耗具有重要意義；Awad S. Hanna、F.ASCE等人通過調(diào)查BIM在建筑電氣行業(yè)的實(shí)踐狀態(tài)，得出三條結(jié)論，即電氣承包廠商尚未提出實(shí)施BIM、總承包商應(yīng)花費(fèi)一定工程總造價(jià)占比來實(shí)現(xiàn)BIM、BIM能減少施工沖突并且加強(qiáng)協(xié)調(diào)［3］。Matthew Cobb等人利用CAD與BIM工具為高校進(jìn)行高效電氣節(jié)能設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出各種電氣系統(tǒng)裝置和設(shè)備的平面布局［4］。Lonny G.Simonian等人通過實(shí)踐調(diào)查證明了BIM技術(shù)對(duì)電氣承包商有益，并提出了具體到電氣承包商的建議和指導(dǎo)方針，用于實(shí)現(xiàn)MEP協(xié)調(diào)、規(guī)劃及預(yù)置過程［5］。Haiy?an Xie等人探討了BIM／MEP在施工各階段中的靈活運(yùn)用，以降低建筑環(huán)境對(duì)人類健康和自然環(huán)境的影響［6］。

1.3 國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

國內(nèi)對(duì)于BIM技術(shù)在建筑電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究更偏向?qū)嵺`應(yīng)用方面，如BIM在各種類型建筑中的實(shí)踐應(yīng)用、BIM在電氣設(shè)計(jì)中的實(shí)施要點(diǎn)分析、BIM電氣族庫的運(yùn)用研究等方面。

BIM電氣設(shè)計(jì)的實(shí)施流程主要分為前期準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)流程、后期檢查［7］、出圖發(fā)布［8］等階段，如圖4所示。

圖4 BIM電氣設(shè)計(jì)實(shí)施流程

前期準(zhǔn)備包含具備各類特性參數(shù)電氣族庫及協(xié)同設(shè)計(jì)或是獨(dú)立設(shè)計(jì)工作方式選擇［9］；設(shè)計(jì)流程可分為工程可行性研究、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)3個(gè)階段，其中可行性研究利用文字報(bào)告對(duì)項(xiàng)目電氣設(shè)計(jì)情況進(jìn)行說明，初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)是在各個(gè)樓層平面上進(jìn)行電纜橋架等管線繪制與電氣設(shè)備布置［10］；后期檢查主要利用設(shè)計(jì)人員自檢與軟件碰撞檢測(cè)功能，來檢測(cè)出電氣模型中存在的電力專業(yè)內(nèi)部以及與其他專業(yè)之間的設(shè)計(jì)沖突；出圖發(fā)布則是在模型完成后，對(duì)項(xiàng)目信息和項(xiàng)目參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，將三維模型批量導(dǎo)出轉(zhuǎn)換為二維施工圖。

BIM在建筑工程電氣設(shè)計(jì)中的實(shí)施要點(diǎn)主要體現(xiàn)在電氣族庫、電氣平面、管線碰撞檢測(cè)3個(gè)方面［11］。先根據(jù)實(shí)際需要選擇不同規(guī)格型號(hào)的電氣族庫后，再進(jìn)行平面建模設(shè)計(jì)并利用碰撞檢測(cè)分析問題，以確保電氣設(shè)計(jì)質(zhì)量。

電氣族庫的運(yùn)用研究主要依據(jù)不同需求對(duì)系統(tǒng)族庫進(jìn)行修改與構(gòu)建，并通過注釋的方式為各種電氣族信息賦值，為后續(xù)負(fù)荷分析以及工程量統(tǒng)計(jì)提供幫助。

2 存在的問題

雖然BIM相比二維CAD制圖具有明顯優(yōu)勢(shì)，但目前還處在起步階段，各項(xiàng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)尚不完善，加上硬件要求較高、軟件支持不到位以及專業(yè)間協(xié)同不足等缺點(diǎn)，在一定程度上限制了BIM在建筑電氣設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用。具體問題包含以下四點(diǎn)。

1）BIM標(biāo)準(zhǔn)與二維制圖的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并不一致，需要制定新的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行約定。反之，若不形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)文件，容易造成工作量反復(fù)、電氣設(shè)計(jì)不精確以及出圖深度不確定等問題。

2）BIM工具對(duì)電氣專業(yè)的功能開發(fā)不全面，還存在電氣族庫不全、輔助軟件缺乏、部分圖紙無法出圖［12］等缺陷，電氣專業(yè)需比其他專業(yè)投入更多精力去完成BIM設(shè)計(jì)，直接影響施工出圖的工作效率；并且，BIM軟件運(yùn)行速度較慢，對(duì)計(jì)算機(jī)軟／硬件配置要求較高，增加了設(shè)計(jì)單位的BIM實(shí)現(xiàn)成本。

3）對(duì)于電氣專業(yè)的BIM協(xié)同設(shè)計(jì)尚需完善。主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：（1）專業(yè)間配合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)問題，例如火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的消火栓啟泵按鈕與給排水專業(yè)的消火栓連接［13］、輸入／輸出控制模塊與暖通風(fēng)機(jī)間的連接；（2）整個(gè)BIM設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)配合協(xié)作問題，其他專業(yè)的疏漏和錯(cuò)誤都會(huì)直接影響電氣專業(yè)的設(shè)計(jì)，甚至引起放大效應(yīng)［14］，筆者所在單位就曾遇到過，由于當(dāng)時(shí)建筑專業(yè)調(diào)動(dòng)了某樓層平面的標(biāo)高，造成了該標(biāo)高平面上的電氣設(shè)備均無法正常顯示的情況。

4）BIM資源應(yīng)用不足。BIM技術(shù)應(yīng)用面向的是規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等整個(gè)建筑生命周期，但目前大多應(yīng)用仍停留在較為初級(jí)的水平［15］。BIM軟件應(yīng)在方案設(shè)計(jì)、施工建造以及運(yùn)營維護(hù)等階段保持工作協(xié)同及信息更新共享，現(xiàn)階段的工作模式仍然不能滿足此項(xiàng)需求。因此BIM技術(shù)全面推廣對(duì)建筑行業(yè)內(nèi)設(shè)計(jì)方、建設(shè)方、施工方、設(shè)備廠商的配合都提出了更高要求。

綜上可知，BIM技術(shù)現(xiàn)在仍需要不斷進(jìn)行可適應(yīng)國內(nèi)電氣設(shè)計(jì)現(xiàn)狀的軟件開發(fā)和實(shí)踐探究。電氣專業(yè)要接收大量信息，設(shè)計(jì)模型的準(zhǔn)確性受外圍因素影響較大，現(xiàn)今存在的各種問題使得電氣專業(yè)實(shí)現(xiàn)BIM設(shè)計(jì)出圖的難度變得很大。

3 討論與展望

雖然BIM技術(shù)在電氣設(shè)計(jì)中存在較多瓶頸與不足，但隨著越來越多的軟件商對(duì)BIM軟件電氣部分的技術(shù)研發(fā)和功能完善（如族庫大師、翻模大師等軟件的出現(xiàn)），很多不足正在漸漸得到改善。目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)橋架、箱體等體積較大的設(shè)備的建模以及管線綜合等功能，并且各設(shè)計(jì)單位和施工單位也已開始應(yīng)用BIM技術(shù)在電氣設(shè)計(jì)中進(jìn)行成果展示及碰撞檢測(cè)等，實(shí)踐效果也更加理想。相信隨著BIM軟件技術(shù)的日益發(fā)展以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，BIM技術(shù)終將會(huì)在建筑電氣設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要的作用。

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杜萬里

2015年畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)，碩士研究生，助理工程師，專業(yè)工作為電氣設(shè)計(jì)。

Application and Expectation of BIM in Building Electrical Design

Du Wanli

通過總結(jié)BIM技術(shù)在建筑電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)階段BIM技術(shù)在電氣設(shè)計(jì)實(shí)踐中存在的不足，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

建筑電氣設(shè)計(jì) BIM 應(yīng)用現(xiàn)狀 不足

Through summarizing the current application situation of BIM in building e?lectrical design，the deficiencies of its practice in electrical design at present are ana?lyzed，and the application foreground is prospected in the end.

building electrical design，BIM，application foreground，deficiencies