BIM技術(shù)在建筑設(shè)備課程中的應(yīng)用研究

楊云

摘 要：BIM技術(shù)在許多行業(yè)中發(fā)揮著突出作用，其在數(shù)據(jù)可視化、三維可視化等方面的表現(xiàn)也十分突出。原有的教學(xué)技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足和實(shí)現(xiàn)學(xué)生未來(lái)職業(yè)需求和目標(biāo)，BIM技術(shù)將會(huì)在建筑設(shè)備中發(fā)揮更多可能。緊跟教學(xué)改革的腳步，BIM技術(shù)在建筑設(shè)備課程教學(xué)中的應(yīng)用也會(huì)體現(xiàn)出越來(lái)越多的價(jià)值。文章論述并分析了BIM技術(shù)在建筑設(shè)備工程中的應(yīng)用，并深入探究BIM技術(shù)在建筑設(shè)備課程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);建筑設(shè)備課程;教學(xué)應(yīng)用

城市化發(fā)展迅速，高樓建筑平地而起林立于城市大陸。建筑技術(shù)的成熟發(fā)展需要建筑設(shè)備發(fā)揮重要作用，及時(shí)為建筑的建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)和技術(shù)后盾。作為建筑行業(yè)的產(chǎn)品，建筑的數(shù)量和規(guī)模不言而喻。建筑行業(yè)的數(shù)據(jù)處理較為復(fù)雜，而且缺少直觀的形象，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)正能克服這一難題，BIM技術(shù)可以搭建完善的數(shù)據(jù)收集整理平臺(tái)，能夠?qū)⒔ㄖO(shè)備等建筑行業(yè)信息與內(nèi)容很好地進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析。BIM技術(shù)是中國(guó)建筑業(yè)信息化發(fā)展的重要內(nèi)容，且全國(guó)各地政府都在陸續(xù)發(fā)布2020年新建工程應(yīng)用BIM的項(xiàng)目，占據(jù)90%的規(guī)劃。本文將從建筑設(shè)備課程的定位與BIM技術(shù)的關(guān)聯(lián)出發(fā)，分析BIM技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用，并聯(lián)系建筑設(shè)備課程的實(shí)際教學(xué)理論探究建筑設(shè)備課程的教學(xué)發(fā)展。

1 建筑設(shè)備課程的定位分析與BIM技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

1.1 建筑設(shè)備課程的定位

建筑設(shè)備課程是建筑施工和工程管理類(lèi)專(zhuān)業(yè)的主修課程之一，設(shè)立這個(gè)課程的意義在于幫助學(xué)生在從事建筑施工和管理工作時(shí)，能夠掌握建筑給排水、供電系統(tǒng)、燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)、采暖通風(fēng)、建筑供配電與建筑照明（電話(huà)通信系統(tǒng)、有線(xiàn)電視與閉路電視系統(tǒng)、消防與防盜監(jiān)控系統(tǒng)等）設(shè)備工程的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)理論和技術(shù)以把握基本的建筑設(shè)備課程理論。如今建筑設(shè)備行業(yè)變得更迅速，技術(shù)也在不斷進(jìn)步[1]。學(xué)校在向?qū)W生傳授建筑工程設(shè)備的系統(tǒng)組成基礎(chǔ)內(nèi)容、基礎(chǔ)工作原理時(shí)，應(yīng)及時(shí)關(guān)注、了解設(shè)備系統(tǒng)的發(fā)展方向與趨勢(shì)，接觸最新形勢(shì)與信息，并將這些內(nèi)容與信息傳達(dá)給學(xué)生。BIM技術(shù)作為新興技術(shù)，正符合如今建筑設(shè)備課程的教學(xué)需求。

1.2 BIM技術(shù)的現(xiàn)狀

BIM理念首創(chuàng)自喬治亞理工大學(xué)的Chuck Eastman教授，意義在于能夠?qū)崿F(xiàn)建筑工程的可視化和量化分析，提升工程建設(shè)效率。

BIM是一個(gè)設(shè)施（建設(shè)項(xiàng)目）物理和功能特性的數(shù)字化信息，能夠共享知識(shí)資源，分享工程設(shè)備的相關(guān)信息，為項(xiàng)目從建設(shè)到拆除整個(gè)生命周期中的所有決策提供依據(jù)[2]。2002年，Autodesk公司提出了BIM理念且推出了自己的BIM軟件系統(tǒng)，并在全世界范圍推廣開(kāi)來(lái)。從而使BIM從原來(lái)的理論理念轉(zhuǎn)變成了能用來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的數(shù)據(jù)化的工具和方法。

BIM技術(shù)的研究經(jīng)歷了3大階段：萌芽階段、產(chǎn)生階段和發(fā)展階段。1.0階段以模型創(chuàng)建、模型可視化、碰撞檢測(cè)為主，2.0階段的應(yīng)用更加廣泛，比如前期的設(shè)計(jì)分析、后期的施工、運(yùn)營(yíng)管理。從手繪時(shí)代到CAD時(shí)代，再到如今的BIM時(shí)代，發(fā)展?jié)摿Σ豢晒懒?。目前，?guó)內(nèi)工程建設(shè)項(xiàng)目主要是粗放型管理模式，依靠經(jīng)驗(yàn)管理，缺少數(shù)據(jù)作為有力支持。在BIM技術(shù)的應(yīng)用方面，我國(guó)與國(guó)際水平還有一定的距離。

在項(xiàng)目的不同階段，不同利益相關(guān)方通過(guò)在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)。借助BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)人員能夠在整個(gè)項(xiàng)目時(shí)期獲取同等有效的信息，能夠查看項(xiàng)目在現(xiàn)實(shí)中模擬后的外觀，幫助設(shè)計(jì)人員生成更加精準(zhǔn)的施工圖紙。

1.3 BIM技術(shù)的前景

BIM技術(shù)已成為施行建設(shè)工程項(xiàng)目生命周期管理的重點(diǎn)技術(shù)，掀起了建筑行業(yè)天翻地覆的改革。BIM技術(shù)搭建的數(shù)字模型貫穿于建筑建設(shè)的整個(gè)生命周期，匯總了所有不同的建筑信息并加以整合，進(jìn)行建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理[3]。BIM技術(shù)將會(huì)徹底顛覆建筑業(yè)原有的思維方式和作業(yè)方式，設(shè)立全新的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)相關(guān)行業(yè)規(guī)則，從根源上處理工程項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)各階段的信息遺失問(wèn)題，保證工程信息在項(xiàng)目生命周期內(nèi)的有效使用和管理，大幅提升工程質(zhì)量和施工效率，增加建筑行業(yè)的效益。

1.4 BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理信息化開(kāi)放化，能夠加快項(xiàng)目生產(chǎn)速度，提升工程品質(zhì)，縮短工期，降低工程成本。

1.4.1 三維渲染，宣傳展示

三維渲染動(dòng)畫(huà)，能夠直觀地展示作品，給人視覺(jué)上的沖擊。BIM模型建成后，能夠成為二次渲染開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，提升了三維渲染的精準(zhǔn)度與速度。

1.4.2 快速算量，精度提升

BIM數(shù)據(jù)庫(kù)建立后，會(huì)與5D數(shù)據(jù)庫(kù)形成關(guān)聯(lián)，幫助專(zhuān)業(yè)人員快速計(jì)算工程量，提高工程預(yù)算的準(zhǔn)確度。同時(shí)，也能為施工管理提供有力支持。

1.4.3 精確計(jì)劃，減少浪費(fèi)

工程數(shù)據(jù)太大以至于施工單位無(wú)法進(jìn)行精細(xì)化管理，也不能及時(shí)滿(mǎn)足資源需求，傳統(tǒng)的做法是經(jīng)驗(yàn)管理。BIM能有效避免這一現(xiàn)象，讓管理人員及時(shí)了解、掌握工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，更好地制定人、材、機(jī)資源分配計(jì)劃。減少浪費(fèi)，合理分配有限的資源，獲得最佳利益。

1.4.4 多算對(duì)比，有效管控

BIM數(shù)據(jù)庫(kù)能夠獲得任意時(shí)間點(diǎn)上的工程信息，經(jīng)過(guò)計(jì)劃與實(shí)際的消耗比對(duì)、分項(xiàng)單價(jià)比對(duì)等，就能清楚了解到項(xiàng)目的盈虧程度、消耗量是否合理等，方便規(guī)劃控制項(xiàng)目的成本。

1.4.5 虛擬施工，有效協(xié)同

BIM技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)可視化與時(shí)間維度的結(jié)合，對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行預(yù)先模擬，將施工計(jì)劃與實(shí)際施工情況進(jìn)行比對(duì)，幫助工作人員協(xié)同工作，有效控制施工進(jìn)度和細(xì)節(jié)。

2 BIM技術(shù)在建筑設(shè)備工程中的應(yīng)用

2.1 工程規(guī)劃階段

從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)說(shuō)，工程最終還是由業(yè)主獲得最大的收益。BIM可以有效地提高設(shè)備工程的產(chǎn)品質(zhì)量，增加建筑售價(jià)，比如降低返工率、合理規(guī)劃管網(wǎng)、增加高樓層高，能夠?qū)Χ鄠€(gè)方案進(jìn)行預(yù)先模擬和演示，然后對(duì)比分析，獲得最佳方案，還能減少工程工期，嚴(yán)控成本和投資。

對(duì)于施工方來(lái)說(shuō)，如果可以把握BIM技術(shù)，就能得到更大受益。在工程投標(biāo)的時(shí)候，商務(wù)標(biāo)段能夠應(yīng)用BIM技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)獲得精準(zhǔn)的計(jì)算量，技術(shù)標(biāo)段能夠展現(xiàn)具體的施工過(guò)程，并預(yù)演施工，進(jìn)行施工的進(jìn)度管理等。

2.2 工程設(shè)計(jì)階段

在建筑設(shè)備工程的管線(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，多使用Revit軟件，準(zhǔn)備兩個(gè)以上的方案進(jìn)行選擇，方案中要有AVI格式和3D漫游的視頻文件，之后進(jìn)行比較[4]。設(shè)計(jì)結(jié)果中要包含工程量計(jì)算、日照及采光分析、能耗預(yù)算、聲環(huán)境分析等。這比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式有著更多的優(yōu)點(diǎn)，比如減少工期、設(shè)計(jì)調(diào)整的大量減少，為之后的施工準(zhǔn)備了明晰、直接的設(shè)備建設(shè)材料，降低了難度。

2.3 施工階段

BIM技術(shù)在建筑設(shè)備工程的施工階段主要負(fù)責(zé)為本工程搭建竣工模型，也是工程竣工之后進(jìn)行運(yùn)行和保護(hù)的重要依據(jù)。施工過(guò)程中的模型需要通過(guò)管線(xiàn)碰撞的全面檢查，如果不同專(zhuān)業(yè)之間和內(nèi)部都能沒(méi)發(fā)現(xiàn)管線(xiàn)或是零件之間不發(fā)生碰撞的情況，那么在安裝過(guò)程中就能降低因管線(xiàn)產(chǎn)生交織而做出設(shè)計(jì)變更的概率。一定要將施工模擬的情況和實(shí)際施工進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比分析，針對(duì)施工的模擬，從之前預(yù)備的不同方案中選出最好的方案。實(shí)時(shí)監(jiān)控并更新施工現(xiàn)場(chǎng)的人員、用材、機(jī)械設(shè)備。還可以預(yù)先留置需要的洞口，這樣能夠更加精準(zhǔn)地根據(jù)需要的長(zhǎng)度下料。同時(shí)利用BIM模型能夠更精準(zhǔn)地獲取到管線(xiàn)位置的具體信息，便于施工人員準(zhǔn)確定位，在一定程度上給管線(xiàn)的預(yù)制以及相關(guān)設(shè)備的預(yù)制帶來(lái)了非常大的便利[5]。BIM模型可以較為準(zhǔn)確地獲取墻體與樓板洞口的位置，為土建施工人員預(yù)留洞口提供了信息和定位，最大限度滿(mǎn)足了安裝施工的需求，從而很好避免了再次開(kāi)洞所帶來(lái)的損失。

2.4 維護(hù)階段

BIM技術(shù)為工程建立了協(xié)同管理平臺(tái)，只需要把維護(hù)階段必需的材料文檔，如施工班組、竣工驗(yàn)收簽單、檢驗(yàn)合格報(bào)告、產(chǎn)品生產(chǎn)清單等信息導(dǎo)入至BIM的模型中，與模型中的零件相互對(duì)應(yīng)連接，就能保證資料可以隨時(shí)回顧且保存完整。模型和實(shí)際一定要保持一致，信息變動(dòng)需要盡早更新。工程設(shè)備在實(shí)際的運(yùn)行與維護(hù)時(shí)期要保證能及時(shí)與廠家溝通，方便在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后能獲得解決，不影響設(shè)備的正常使用。在未來(lái)的綠色節(jié)能建筑建設(shè)中，模型的改造也能獲得足夠的信息，更快速地確定需要進(jìn)行節(jié)能改造的位置，有效節(jié)省時(shí)間，在滿(mǎn)足綠色改造控制指標(biāo)的前提下，完成最終的改造。

3 BIM技術(shù)在建筑設(shè)備課程中的應(yīng)用

3.1 BIM技術(shù)在建筑設(shè)備課程中的應(yīng)用

建筑設(shè)備的課程內(nèi)容主要由4大部分組成，分別是建筑給排水、燃?xì)庀到y(tǒng)、暖通系統(tǒng)以及建筑電氣。而建筑設(shè)備課程的教學(xué)之所以有相當(dāng)大難度，主要在于以下幾個(gè)方面：建筑給排水的制圖識(shí)圖與給排水的系統(tǒng)設(shè)計(jì);燃?xì)庀到y(tǒng)的制圖規(guī)范、管線(xiàn)排布和系統(tǒng)設(shè)計(jì);暖通系統(tǒng)類(lèi)型、設(shè)備種類(lèi)、識(shí)圖及系統(tǒng)設(shè)計(jì);強(qiáng)弱電系統(tǒng)、防雷及接地系統(tǒng)、室內(nèi)供配電系統(tǒng)形式和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

CAD圖紙雖然能夠標(biāo)明不同設(shè)備的具體圖例，但是建筑設(shè)備包含的專(zhuān)業(yè)信息非常多且難以記憶，給作為初學(xué)者的學(xué)生帶來(lái)了很大難度，而標(biāo)注的信息也無(wú)法很好地展現(xiàn)出設(shè)備的實(shí)際樣貌。二維圖紙?jiān)诮ㄖ?shí)物的直觀幾何反映上存在一定的局限，這給參與的甲乙方施工人員識(shí)讀二維圖紙?jiān)黾恿穗y度，也會(huì)出現(xiàn)識(shí)讀錯(cuò)誤。但是利用BIM技術(shù)建立的建筑設(shè)備模型能夠自動(dòng)建立與設(shè)備相對(duì)應(yīng)的圖紙文檔，可視化強(qiáng)。教學(xué)中，在原有的案例教學(xué)中加入BIM技術(shù)，可以讓學(xué)生了解建筑設(shè)備的時(shí)候有實(shí)物圖作為輔助，學(xué)生能夠及時(shí)獲取和深入理解系統(tǒng)理論知識(shí)，也能更好地學(xué)習(xí)制圖設(shè)計(jì)。

3.2 BIM技術(shù)在設(shè)備施工類(lèi)課程中的應(yīng)用

實(shí)際上設(shè)備系統(tǒng)材料的種類(lèi)非常多，并且在性能上也不盡相同，在一定程度上給施工、運(yùn)行以及維護(hù)等環(huán)節(jié)帶來(lái)了極大的困難，傳統(tǒng)的設(shè)備施工類(lèi)課程教學(xué)中理論知識(shí)部門(mén)內(nèi)容較多，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法很好地理解和消化，從而在施工方面無(wú)法熟練應(yīng)用，無(wú)法與實(shí)際進(jìn)行結(jié)合。在傳統(tǒng)的設(shè)備施工類(lèi)教學(xué)過(guò)程中，教師采取的教學(xué)方式主要以講授、實(shí)訓(xùn)、參觀等形式為主，但是在實(shí)踐當(dāng)中只能接觸到非常有限的部分，一些相對(duì)較為復(fù)雜和重要的施工環(huán)節(jié)都無(wú)法被有效地展示出來(lái)，導(dǎo)致了設(shè)備施工類(lèi)課程的教學(xué)效果無(wú)法達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的。

將BIM模型與施工的整個(gè)過(guò)程相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)可利用BIM技術(shù)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)漫游、工程預(yù)制化加工、機(jī)電管線(xiàn)綜合、虛擬施工以及現(xiàn)場(chǎng)裝配化施工等操作。課程教學(xué)通過(guò)對(duì)實(shí)施工程進(jìn)行仿真模擬，從而幫助學(xué)生更直接地掌握施工的具體方法，便于學(xué)生熟悉施工的整個(gè)過(guò)程和工藝流程，確保工程的建筑質(zhì)量要求，并針對(duì)重點(diǎn)的施工區(qū)域如：地下室的管線(xiàn)布置、水泵房等進(jìn)行仿真模擬施工，這樣妥善地改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式當(dāng)中所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的教學(xué)任務(wù)。

3.3 BIM技術(shù)在建筑設(shè)備課程畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

工程學(xué)科的學(xué)生在畢業(yè)前一學(xué)年必須要完成專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容。建筑設(shè)備課程的畢業(yè)設(shè)計(jì)要求學(xué)生繪出施工圖，并編寫(xiě)該設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。

建筑設(shè)備工程在鋪設(shè)管道網(wǎng)絡(luò)時(shí)有相應(yīng)的規(guī)范要求，比如管線(xiàn)要依墻鋪設(shè)，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)與通道、豎井、機(jī)房等位置相沖撞的情況，還有穿柱、穿墻等復(fù)雜問(wèn)題交織出現(xiàn)。今后的建筑設(shè)計(jì)中也還會(huì)繼續(xù)出現(xiàn)類(lèi)似的現(xiàn)象，如果設(shè)計(jì)調(diào)整沒(méi)有及時(shí)讓負(fù)責(zé)不同部分工程的工作人員了解到，就很容易出現(xiàn)連續(xù)的設(shè)計(jì)調(diào)整、錯(cuò)誤、遺漏等問(wèn)題，延長(zhǎng)工期。

過(guò)去的畢業(yè)設(shè)計(jì)中很少涉及設(shè)計(jì)調(diào)整的情況，在今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)，需要更加靠近現(xiàn)實(shí)情況，才能幫助學(xué)生更有效地掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用。借助BIM技術(shù)優(yōu)秀的虛擬化技術(shù)、分析能力和統(tǒng)計(jì)能力，運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑設(shè)備工程設(shè)計(jì)可以清楚地判別出管網(wǎng)的碰撞問(wèn)題，不同專(zhuān)業(yè)能夠協(xié)調(diào)精準(zhǔn)高效施工。并且即使將來(lái)設(shè)計(jì)發(fā)生變更，BIM技術(shù)也能自動(dòng)更新，生成圖紙文檔，并渲染出相應(yīng)的效果圖，設(shè)計(jì)成果體現(xiàn)了專(zhuān)業(yè)化、人性化優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

在原來(lái)的建筑設(shè)備工程教學(xué)中應(yīng)用BIM技術(shù)，可以幫助教師高效地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，讓學(xué)生能更清晰地了解項(xiàng)目的具體情形，以情境虛擬化的方式模擬工程，輕松高效的學(xué)習(xí)，增加了教學(xué)的新穎性，提高了學(xué)生對(duì)課程的興趣。BIM技術(shù)的變革對(duì)建筑行業(yè)與土木行業(yè)的發(fā)展有著毋庸置疑的重要推動(dòng)價(jià)值。將BIM技術(shù)應(yīng)用于高等學(xué)校的教學(xué)中，不只是能大力推進(jìn)專(zhuān)業(yè)課程系統(tǒng)的革新，也有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)能力，在幫助教學(xué)組織更加科學(xué)安排課程以及提高學(xué)生學(xué)習(xí)成果等方面有強(qiáng)大的貢獻(xiàn)。結(jié)合BIM技術(shù)的教學(xué)方式，能夠?qū)⒗碚摵蛯?shí)例有效結(jié)合，使學(xué)生從數(shù)據(jù)、三維成像、功能等多角度體會(huì)創(chuàng)新課程的學(xué)習(xí)過(guò)程。將來(lái)落成的大型建筑項(xiàng)目、標(biāo)志性建筑會(huì)越來(lái)越多，傳統(tǒng)設(shè)備信息不夠完善，可視化與協(xié)調(diào)能力不高，BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)將會(huì)在建筑行業(yè)更加凸顯。作為教學(xué)工作者，應(yīng)該緊跟時(shí)代的腳步，深入了解BIM技術(shù)并熟練應(yīng)用，探索研究BIM技術(shù)適用于教學(xué)中的關(guān)鍵部分，為社會(huì)提供更多專(zhuān)業(yè)、全面的高素質(zhì)實(shí)踐型人才。