淺析BIM技術(shù)在建筑機(jī)電設(shè)計的應(yīng)用

郭艷

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，BIM技術(shù)的出現(xiàn)必將顛覆CAD技術(shù)在建筑設(shè)計行業(yè)的統(tǒng)治格局。本文闡述了BIM技術(shù)的理念、在建筑機(jī)電設(shè)計應(yīng)用中的突出優(yōu)勢、存在缺陷及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；建設(shè)項目；建筑設(shè)計

中圖分類號：TU17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）15-0137-02

CAD（Computer Aided Design，計算機(jī)輔助設(shè)計）誕生于二十世紀(jì)60年代，隨著CAD的誕生，世界各國的土建設(shè)計行業(yè)進(jìn)入到快速發(fā)展期，使我們的土建工程由手工繪圖走向電子繪圖的時代。舍棄繪圖板，將手繪圖紙轉(zhuǎn)變成在計算機(jī)中創(chuàng)建的2D數(shù)據(jù)，可以說是工程設(shè)計領(lǐng)域第一次革命[1]。隨著人口的增長及城市的發(fā)展，建筑物的設(shè)計為了滿足使用的需求，建筑設(shè)計逐步復(fù)雜化及多功能化，設(shè)計難度的逐步增大以及設(shè)計圖紙質(zhì)量要求的逐步提高，傳統(tǒng)的二維設(shè)計模式（CAD繪圖）在建筑建筑機(jī)電專業(yè)（包括水、電、暖三個專業(yè)）存在著協(xié)調(diào)性能較差、在地下室綜合管線設(shè)計上出現(xiàn)相互重疊導(dǎo)致地下室凈高不滿足消防規(guī)范的要求、在實(shí)際施工過程中出現(xiàn)管道標(biāo)高出錯導(dǎo)致施工后需做穿梁處理等問題，在使用二維圖紙設(shè)計與施工相配合的過程中需要不斷的調(diào)整，導(dǎo)致了施工進(jìn)度的緩慢，因此二維設(shè)計方式正逐漸被新出現(xiàn)的設(shè)計技術(shù)（BIM）所取代。BIM（Building Information Model）是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，它將建筑業(yè)業(yè)務(wù)流程以及實(shí)際工程中容易出現(xiàn)的問題通過三維的模式更清晰的表達(dá)出來，簡化施工困難，從而提高整個行業(yè)的工作效率。

1 BIM技術(shù)在建筑設(shè)計中應(yīng)用的優(yōu)勢

1.1 模型可視化

目前我國大多數(shù)設(shè)計公司在進(jìn)行設(shè)計建筑方案時采用的是“SketchUp”軟件，又名“草圖大師”，是一款可用于創(chuàng)建、共享和展示3D模型的軟件，但此軟件在建筑設(shè)計中僅用于建筑方案的制作，建筑設(shè)計各個專業(yè)（包括建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電專業(yè)）的初步設(shè)計、施工圖、竣工圖等建筑設(shè)計過程通常都是用Auto CAD進(jìn)行完成。Auto CAD設(shè)計完成的設(shè)計圖紙通常是是二維平面的圖紙，視圖的直觀性相對比較差，尤其是當(dāng)機(jī)電專業(yè)進(jìn)行設(shè)計時，容易出現(xiàn)管線碰撞、設(shè)備交疊，導(dǎo)致實(shí)際施工過程中的大量重復(fù)性修改及核對。BIM技術(shù)則能夠很好將建筑的三維立體效果進(jìn)行可視化，在設(shè)計時可將各個專業(yè)的設(shè)計同時匯集到一個文件里，實(shí)現(xiàn)三維可視化，讓設(shè)計者能方便分析各專業(yè)內(nèi)部和其它專業(yè)的空間模型的正確性與合理性，以便對工程項目做出更完整更準(zhǔn)確的分析和預(yù)估，避免機(jī)電專業(yè)管線的碰撞及設(shè)備交疊等問題，同時也意味著設(shè)計者在設(shè)計的過程中不僅要考慮本專業(yè)設(shè)計的合理性與是否能能夠滿足于規(guī)范的要求，必須兼顧與其他專業(yè)的配合，盡可能的避免出現(xiàn)設(shè)備碰撞與交疊等問題而導(dǎo)致后期的修改量增加。從建筑工程的設(shè)計到施工的整個過程中，建筑信息模型可以實(shí)現(xiàn)集成管理，能將建筑工程的管理行為模型與建筑物的信息模型進(jìn)行結(jié)合，在一定范圍內(nèi)，建筑機(jī)電設(shè)備模型可以模擬實(shí)際的建筑工程機(jī)電建設(shè)行為，例如：給排水的消防管道是否與暖通的風(fēng)管重疊或碰撞，電氣的橋架與管道的標(biāo)高是否合適等。

1.2 工程中各專業(yè)協(xié)作性

一個建筑項目的設(shè)計、建造和管理是一個極其復(fù)雜的過程，它需要項目團(tuán)隊中所有成員之間自由的交流與協(xié)作。BIM技術(shù)提供綜合的通信和數(shù)據(jù)共享，為所有的項目經(jīng)理提供方便。在BIM內(nèi)部協(xié)作上，良好的通信協(xié)議可以降低項目協(xié)同錯誤造成的風(fēng)險，可提高團(tuán)隊協(xié)作能力。復(fù)雜和大型的建筑項目需要通過在團(tuán)隊成員間共享BIM模型，提高協(xié)作效率[2]。BIM模型是基于使用軟件Revit建立的，Revit不僅可以建模，實(shí)現(xiàn)三維可視化，還可以使用軟件Revit進(jìn)行碰撞檢測后準(zhǔn)確的查閱到碰撞的位置，針對碰撞的位置進(jìn)行修改，減少了無目的尋找的工作量。在建筑設(shè)計中出現(xiàn)的問題能夠通過Revit技術(shù)中協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，將建筑設(shè)計中不協(xié)調(diào)的數(shù)據(jù)自動查找并生成出來，減少了建筑設(shè)計中的不協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，大大提高了設(shè)計工作的效率。

1.3 優(yōu)化建筑內(nèi)綜合管線的設(shè)計及設(shè)備的放置

BIM三維繪圖這個軟件的突出優(yōu)點(diǎn)是使所有專業(yè)在同一個模型中工作，這樣就更加方便的在設(shè)計工作實(shí)時發(fā)現(xiàn)問題。對于使用Auto CAD進(jìn)行二維平面設(shè)計的建筑工程，通常由于各專業(yè)設(shè)計者在設(shè)計繪圖時疏于溝通，從而導(dǎo)致管道碰撞與交疊問題，例如風(fēng)管、橋架、消防管在設(shè)計中出現(xiàn)在同一位置交叉，機(jī)電三專業(yè)設(shè)計時沒有考慮其他專業(yè)而導(dǎo)致在同一位置設(shè)備在同一標(biāo)高上的相互交叉碰撞，又或者是設(shè)計師在地下室同一位置上電氣專業(yè)設(shè)置了橋架，水專業(yè)設(shè)置了消防管道，而暖通專業(yè)設(shè)計了風(fēng)管而導(dǎo)致三個專業(yè)的設(shè)備重疊等問題，這些就是施工中常遇到的碰撞與交疊問題，像這樣的碰撞問題的協(xié)調(diào)解決就只能在問題出現(xiàn)之后再進(jìn)行解決，此時建筑工程就得暫停此項安裝，等設(shè)計單位復(fù)核圖紙后進(jìn)行修改后才能接著進(jìn)行安裝，無形中就降低了工程效率，延誤了工程的工期。在建筑物的的設(shè)計過程中，建筑的各個設(shè)計專業(yè)可以同步在BIM操作平臺上進(jìn)行，可同時整合各個專業(yè)的設(shè)計生成模型，對各專業(yè)的碰撞問題進(jìn)行協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，提供出來。BIM的協(xié)調(diào)作用也并不是只能解決各專業(yè)間的碰撞問題，它還可以解決例如：地下室綜合管線的布置及凈空高度要求的協(xié)調(diào)，風(fēng)管與梁碰撞的問題等。

1.4 優(yōu)化建筑工程

整個建筑工程的設(shè)計、施工、運(yùn)營過程是一個不斷優(yōu)化的過程，優(yōu)化和BIM并不存在實(shí)質(zhì)性的必然聯(lián)系，但在BIM的基礎(chǔ)上可以將優(yōu)化做得更好更合理。建筑工程設(shè)計模型受信息、建筑物的復(fù)雜程度以及設(shè)計時間的限制。對建筑模型進(jìn)行優(yōu)化必須具備準(zhǔn)確的信息，而BIM模型提供了建筑物所需的幾何信息、物理信息、規(guī)則信息等實(shí)際相關(guān)信息，還提供了建筑物變化以后的實(shí)際存在。建筑物的設(shè)計復(fù)雜到一定程度，參與建筑物設(shè)計的相關(guān)人員本身難以掌握所有相關(guān)信息，必須借助相關(guān)設(shè)備及計算的幫助?，F(xiàn)代超大型超高層建筑物的復(fù)雜程度大多超過參與人員本身的能力極限，BIM及與其配套的各種優(yōu)化工具提供了對復(fù)雜項目進(jìn)行優(yōu)化的可能。BIM對建筑設(shè)計的優(yōu)化可以進(jìn)行以下工作：（1）項目方案優(yōu)化：將項目設(shè)計投資回報進(jìn)行分析，能預(yù)估設(shè)計變化對投資回報的影響，這樣開發(fā)商對設(shè)計方案的選擇就不會單一追求建筑物的外觀形狀，通過投資回報分析使得開發(fā)商確切知道選擇哪種項目設(shè)計方案更有利于自身的需求；（2）特殊項目的設(shè)計優(yōu)化：例如玻璃幕墻、屋頂、水景景觀、大空間等局部的特殊設(shè)計，這些內(nèi)容雖占整個建筑的比例不大，但在投資和工作量的比例與前者對比卻通常大很多，且存在著施工難度大和施工困難等問題，對這些內(nèi)容的設(shè)計施工方案進(jìn)行優(yōu)化，可以帶來顯著的工期和造價改進(jìn)。

2 BIM技術(shù)在建筑工程中的前景與存在的缺陷

近十年來，BIM技術(shù)在美國、日本、香港等國家和地區(qū)的建筑工程領(lǐng)域取得了大量的應(yīng)用成果，目前國內(nèi)不少具有前瞻性與戰(zhàn)略眼光的設(shè)計院及施工企業(yè)嘗試應(yīng)用BIM技術(shù)來提升項目管理水平與企業(yè)核心競爭力，甚至于一些工程項目的招標(biāo)中明確指出要用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑設(shè)計。由于建設(shè)項目從設(shè)計到施工整個過程中參與單位眾多，信息傳遞流程和時間長，傳遞方式多樣化且復(fù)雜，由此造成信息丟失及傳遞過程中信息缺失而導(dǎo)致工程造價的提高。BIM技術(shù)應(yīng)用的最大價值在于打通建筑的全生命周期。隨著三維建筑信息模型數(shù)據(jù)從規(guī)劃、設(shè)計到施工、運(yùn)營維護(hù)各個階段不斷得到完整、豐富、整合與升級，其核心價值如何可持續(xù)設(shè)計、海量數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)共享、工作協(xié)同、碰撞檢查、造價管控等也不斷地得到發(fā)揮。通過BIM建筑模型技術(shù)，可以將建筑物建設(shè)整個周期中各階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行高度的整合，保證不同階段的信息能按時按質(zhì)傳遞到之后的相應(yīng)階段，從而使建設(shè)各方的各專業(yè)工程師能獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，及時跟進(jìn)項目建設(shè)與管理，從而達(dá)到協(xié)同設(shè)計、管理與交流的目的。由于使用BIM技術(shù)比傳統(tǒng)的CAD技術(shù)設(shè)計建筑工程優(yōu)勢突出，我們國家的一線城市的設(shè)計院正大力推廣使用BIM技術(shù)，把一些復(fù)雜且工程周期相對較長工程的工程應(yīng)用BIM軟件進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計效果得到了業(yè)主方及施工單位的一致認(rèn)可。使用BIM進(jìn)行建筑設(shè)計相較于CAD進(jìn)行建筑設(shè)計有較大的優(yōu)勢，但就我國目前情況來說并不能實(shí)現(xiàn)所有工程都使用BIM進(jìn)行設(shè)計，原因在于各設(shè)計單位的設(shè)計人員能完全熟練獨(dú)立使用軟件Revit進(jìn)行設(shè)計的員數(shù)量有限，其次由于使用軟件Revit設(shè)計時各專業(yè)的相互協(xié)調(diào)調(diào)整模型以達(dá)到施工要求需要設(shè)計周期相對較長，最后是目前使用軟件Revit進(jìn)行建模做的設(shè)計存在著高版本的不能另存為低版本，設(shè)計方將圖紙傳閱給施工方時，施工方必須按照相同版本的軟件Revit才能打開，并且在低版本的軟件Revit建立的模型在高版本的軟件Revit打開的過程有時出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，因此這些問題的存在都是導(dǎo)致BIM技術(shù)還沒有能夠大力推廣的原因。

3 結(jié)語

隨著國內(nèi)建筑設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展，BIM技術(shù)已經(jīng)初步應(yīng)用于建筑工程行業(yè)并彰顯了其巨大的商業(yè)價值，但對于目前BIM的應(yīng)用現(xiàn)狀還存在很大的局限性，對BIM引領(lǐng)的建筑工程領(lǐng)域的革命所應(yīng)創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益只是冰山一角。BIM技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域代表著新技術(shù)、新方向，新技術(shù)的發(fā)展與推廣需要社會及行業(yè)各方面的支持才能達(dá)到質(zhì)的飛躍，BIM技術(shù)的發(fā)展必將迎來建筑工程行業(yè)的又一個春天。

參考文獻(xiàn)

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