BIM正向設(shè)計在機(jī)電工程中的應(yīng)用與研究

王堯 喬維昭

摘要：由于國家政策的大力推行，現(xiàn)階段BIM技術(shù)在各類工程項目中應(yīng)用越來越多，BIM技術(shù)應(yīng)用的主流依然是以單專業(yè)翻模為主， 而翻模只是BIM發(fā)展的一個過渡，各專業(yè)開展BIM正向設(shè)計較困難，而BIM正向設(shè)計以工程理論、方法和過程模型為指導(dǎo)，旨在提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力和設(shè)計制造的一體化能力。本文以選取杭州地鐵項目為研究試點，提出“三維設(shè)計、二維表達(dá)”貫穿全專業(yè)三維設(shè)計的建模思路，以“BIM 設(shè)計模型+ 設(shè)計說明+ 圖紙目錄+ 出圖說明”的形式固化與提交，提出以一種機(jī)電工程BIM設(shè)計協(xié)同管理和正向設(shè)計方法，對機(jī)電工程BIM技術(shù)進(jìn)行初步應(yīng)用與研究。

關(guān)鍵詞：機(jī)電工程;BIM正向設(shè)計;設(shè)計流程

一、 前言

相對于傳統(tǒng)二維設(shè)計，三維正向設(shè)計將逐步占有更大的市場。BIM的初衷是直接在三維環(huán)境里進(jìn)行設(shè)計，利用三維模型和其中的信息，自動生成所需要的圖檔，模型數(shù)據(jù)信息一致完整，并可后續(xù)傳遞，也可以說這就是BIM正向設(shè)計。經(jīng)過實際項目的檢驗，充分應(yīng)用探索者BIM正向設(shè)計解決方案，將大幅提升項目整體設(shè)計效率。BIM正向設(shè)計作為BIM技術(shù)的重要發(fā)展方向，其前景是無窮的，但是它的實現(xiàn)是需要我們的辛勤努力的，它的各方面所存在的問題也是需要我們來解決的。

二、本項目正向設(shè)計流程與方法

三、應(yīng)用項目介紹

杭州地鐵9號線一期工程項目位于杭州市余杭區(qū)，建筑面積為51115.03㎡，占地面積3997.28㎡，建筑層數(shù)為14層，建筑高度為63.05米的一類高層建筑，耐火等級為一級。設(shè)計使用年限為50年，設(shè)計內(nèi)容有給排水系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)、及通風(fēng)空調(diào)防排煙系統(tǒng)。

四、BIM正向設(shè)計實施應(yīng)用

1、BIM強(qiáng)調(diào)的是信息傳遞和共享，講究的是各專業(yè)協(xié)同，因此在前期的準(zhǔn)備階段和方案設(shè)計階段很重要。該項目以Rebro軟件為基礎(chǔ)來設(shè)計機(jī)電模型，在建筑結(jié)構(gòu)平面圖基礎(chǔ)上，用Rebro代替CAD，以土建導(dǎo)入的reb格式文件和土建dwg格式為參照，風(fēng)水電各系統(tǒng)分別繪圖，同時風(fēng)水電各專業(yè)相互參照設(shè)計建模。使用“先建模，后出圖”的正向設(shè)計BIM技術(shù)應(yīng)用方式，目的是保證圖紙和模型的一致性，減少施工圖的錯漏碰缺。雖然BIM正向設(shè)計往往是建筑先開始的，因為方案只有建筑需要認(rèn)真設(shè)計，但只有建筑做正向，初設(shè)中后段時候就會變得很艱難，結(jié)構(gòu)和機(jī)電不一起做，建筑單做的意義就不大了。拉結(jié)構(gòu)和機(jī)電一起推正向雖然壓力會很大，這是全局性的，各個專業(yè)都不能少。

2、在模型繪制前，需先確定綜合管線排布原則。綜合考慮各專業(yè)的管線分布情況，先暫定機(jī)電各專業(yè)管路的標(biāo)高原則，空間原則確定后，分專業(yè)進(jìn)行機(jī)電模型的繪制，包含機(jī)械設(shè)備、管路和末端構(gòu)件。在整體方案確認(rèn)后，各專業(yè)工程師在方案模型的基礎(chǔ)上展開各自負(fù)責(zé)專業(yè)的施工圖設(shè)計工作。繪制給排水系統(tǒng)及風(fēng)管系統(tǒng)時，通過管道介質(zhì)流量和風(fēng)管風(fēng)量的計算，從而選擇機(jī)電系統(tǒng)類型、規(guī)格參數(shù)，同時根據(jù)建筑圖紙及甲方提出的各系統(tǒng)需求點位，對消防、電氣、給排水、等專業(yè)系統(tǒng)總?cè)萘窟M(jìn)行計算，滿足設(shè)計要求，完成各專業(yè)系統(tǒng)圖及初步的管路規(guī)劃圖。同時各專業(yè)工程師分別對所需要的各類模型構(gòu)件進(jìn)行整理，機(jī)電各系統(tǒng)類型、材料屬性、管道連接方式等的定義。項目負(fù)責(zé)人對各專業(yè)提交信息進(jìn)行匯整，對各系統(tǒng)色彩定義、材質(zhì)選擇、圖層建立、三維視圖等做統(tǒng)一規(guī)定，各專業(yè)工程師依規(guī)定執(zhí)行。當(dāng)集成的三維鏈接了信息之后，設(shè)計人員就會有個更快、更高質(zhì)、更充分的設(shè)計過程，風(fēng)險得以減小、設(shè)計意圖得以維持、質(zhì)量控制得以改進(jìn)、交流更加明確化。

圖4.2 綜合排布

3、全專業(yè)設(shè)計BIM協(xié)同

正向BIM協(xié)同設(shè)計中，正向是相對于逆向而言的，即設(shè)計核心的相關(guān)工作在BIM的工作框架下完成，以BIM的思維和工作方式進(jìn)行設(shè)計工作，尤其是專業(yè)內(nèi)協(xié)同和專業(yè)間協(xié)同，設(shè)計相關(guān)信息通過BIM模型承載，通過該模型，完成設(shè)計階段的逐項應(yīng)用。各專業(yè)模型均繪制完成后，需對模型當(dāng)中的碰撞點進(jìn)行檢查。在協(xié)同設(shè)計過程中，需要約定專業(yè)內(nèi)和專業(yè)間的協(xié)同工作方式，以及專業(yè)間工作流程，通過協(xié)同設(shè)計的并行工作優(yōu)勢，可以保證專業(yè)間的信息傳遞及時有效。 而正向BIM協(xié)同設(shè)計，可以允許同專業(yè)人員在同一個文件上同時操作，專業(yè)間不僅傳遞圖形，同時傳遞屬性，重復(fù)內(nèi)容即時專業(yè)間各自創(chuàng)建重復(fù)表達(dá)，重復(fù)表達(dá)的內(nèi)容也是聯(lián)系并聯(lián)動的，例如建筑可以基于結(jié)構(gòu)樓板在同標(biāo)高位置，創(chuàng)建有面層的樓板，符合各自的表達(dá)需求，而在結(jié)構(gòu)或建筑任一專業(yè)調(diào)整樓板高度時，另一專業(yè)都會獲得消息提醒，并允許另一專業(yè)選擇跟隨或要求其改回。在本項目中，暖通系統(tǒng)管道尺寸較大，需要協(xié)調(diào)的工作也較多，因此統(tǒng)一由暖通專業(yè)對機(jī)電管線碰撞處進(jìn)行調(diào)整，再記錄反饋給各專業(yè)工程師進(jìn)行二次校核。機(jī)電各專業(yè)工程師根據(jù)其他專業(yè)的意見修改調(diào)整管路模型，實現(xiàn)了各專業(yè)之間設(shè)計過程中的高度協(xié)調(diào)，提高了專業(yè)間設(shè)計會簽效率，更加高效的把控項目設(shè)計的進(jìn)度和質(zhì)量。提高了設(shè)計完成度和精細(xì)度，減少了設(shè)計盲區(qū)，讓模型服務(wù)后期施工成為可能，這也是BIM正向設(shè)計的最終目的。

4、自建族庫

在Rebro軟件中，自帶的設(shè)備構(gòu)件和族庫往往不能滿足實際項目需求，因此各專業(yè)工程師在梳理好各自系統(tǒng)所需構(gòu)件后，按設(shè)計需求建置相應(yīng)的設(shè)備和材料相關(guān)族庫并添加信息。5、二維圖紙

全專業(yè)模型協(xié)同步驟完成后，可進(jìn)入下一步二維圖紙的輸出。出圖之前，要充分了解熟知設(shè)計出圖規(guī)則，二維圖紙的表達(dá)應(yīng)清晰、完整、統(tǒng)一。由于Rebro軟件本身出圖標(biāo)注功能達(dá)不到出圖標(biāo)準(zhǔn)且美觀度不足，因此在模型上標(biāo)注好基礎(chǔ)的定位和標(biāo)高數(shù)據(jù)后，需在導(dǎo)出的CAD圖上做二次加工，繼續(xù)添加文字標(biāo)注信息并調(diào)整圖面至出圖標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過模型整合后導(dǎo)出的圖紙跟以往的施工圖相比，添加了管線的空間定位（平面及標(biāo)高）信息，且對管線較多的區(qū)域（如走廊）可單獨(dú)導(dǎo)出三維及剖面圖紙，以利于后續(xù)指導(dǎo)現(xiàn)場的安裝。

6、工程量清單

通過Rebro軟件自帶的出量功能，可根據(jù)參數(shù)設(shè)置條件來篩選分別提取設(shè)備和材料的工程量清單。由于機(jī)電模型文件直接導(dǎo)出，工程量與施工圖紙內(nèi)容一致，減少了人員計算工程量時對圖紙主觀誤差。雖然基于模型的工程量不包含材料的損耗，但仍可作為后續(xù)成本計算和項目管理的可靠依據(jù)。

五、問題與總結(jié)

本項目對BIM機(jī)電工程的正向設(shè)計進(jìn)行了嘗試，這次的正向設(shè)計僅針對某些地方做了出圖，而且出圖方式也有幾種。我們發(fā)現(xiàn)，通過試點項目的BIM正向設(shè)計，解決了以往項目BIM技術(shù)應(yīng)用中的兩個問題：首先，提前介入時間。BIM技術(shù)在設(shè)計階段即參與其中，BIM技術(shù)可視化的特點方便各專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行充分有效的討論，最大程度降低后期出現(xiàn)二次設(shè)計變更的可能性。其次，專業(yè)工程師可直接用Rebro軟件繪制。在以往工程施工過程中才會出現(xiàn)的問題提前在模型繪制過程中發(fā)生，有利于問題的討論，圖紙的即時修正，也在很大程度減少了施工中因?qū)I(yè)間協(xié)調(diào)而引起的變更和返工。另一方面，BIM正向設(shè)計在實施過程中也遇到了各種問題：比如專業(yè)工程師對軟件操作不熟悉，設(shè)計目前沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計前期無法確定任務(wù)書所有的細(xì)節(jié)問題;效率問題，建模耗時長、管線排布優(yōu)化不理想等;BIM正向設(shè)計的成果如果要延續(xù)到施工過程，還需要施工團(tuán)隊的精細(xì)化管理。若施工人員仍是用以往粗放型的管理方式，誰先做誰有理的心態(tài)來執(zhí)行，那BIM的成果在項目中必然是無法成功實踐的。想要提高施工現(xiàn)場的精細(xì)化管理水平，除了需要借助現(xiàn)代化的新技術(shù)手段和工具，更需要項目各方積極參與，明確自己的一份責(zé)任，付出自己的一份努力。同時也證明了BIM正向設(shè)計是行業(yè)的發(fā)展趨勢，正向BIM設(shè)計也就逐步被各大設(shè)計單位采納并應(yīng)用到了真實項目的設(shè)計當(dāng)中去。