BIM技術(shù)在建筑電氣工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

俞 良，張鑫田

1.浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310028

2.中國建筑上海設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200333

1 BIM技術(shù)概述及應(yīng)用現(xiàn)狀

建筑信息模型（BIM）是一種應(yīng)用于工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理的數(shù)據(jù)化工具，以三維圖形為主，附加各類構(gòu)件信息的操作軟件。BIM技術(shù)是由美國Autodesk公司于2002年提出的，目的在于將建筑的全生命周期內(nèi)的所有信息集成在一個(gè)三維模型中。BIM的核心是建立與實(shí)際情況一致的三維模型和構(gòu)件信息，從而組成一個(gè)完整的建筑工程信息資料庫。

應(yīng)用BIM技術(shù)可將二維設(shè)計(jì)變成三維設(shè)計(jì)，其具有可視化特性，可提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。隨著BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，以及國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51212—2016）的發(fā)行并實(shí)施，建筑設(shè)計(jì)行業(yè)正積極推進(jìn)BIM技術(shù)的應(yīng)用。至今，大部分設(shè)計(jì)院都成立了BIM團(tuán)隊(duì)，復(fù)雜工程項(xiàng)目都可借助BIM技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，特別是碰撞檢查，解決了復(fù)雜空間管網(wǎng)設(shè)計(jì)的難題。

2 BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 協(xié)調(diào)性

傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)無法做到實(shí)時(shí)溝通，二維設(shè)計(jì)圖紙往往繪制在不同的施工圖紙上，在進(jìn)行整合時(shí)才發(fā)現(xiàn)各種對接不完善的問題，有些問題甚至到現(xiàn)場施工時(shí)才會(huì)被發(fā)現(xiàn)。使用BIM可以避免此類問題的發(fā)生。BIM技術(shù)可以讓整個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在同一個(gè)平臺(tái)中的同一個(gè)模型下設(shè)計(jì)各自的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享，并且互不干擾。在同一個(gè)模型中作業(yè)，設(shè)計(jì)師能互相看見對方的設(shè)計(jì)成果，既加速了信息溝通的速度，避免因信息滯后帶來的不必要的工作量，又能及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問題，如各種設(shè)備位置的重合。此外，BIM技術(shù)可以有效規(guī)避二維設(shè)計(jì)容易造成的設(shè)計(jì)缺陷，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少后期修改，降低成本及風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 模擬性

BIM的模擬性不僅指建筑物、綜合管線等靜態(tài)模擬，還包括在現(xiàn)實(shí)中難以操作的動(dòng)態(tài)模擬。比如，在設(shè)計(jì)階段的節(jié)能模擬、緊急疏散模擬、日照模擬、熱能傳導(dǎo)模擬等施工階段的模擬。其中，施工模擬相當(dāng)于施工預(yù)演，方便施工人員了解施工工序，有利于提高項(xiàng)目施工及管理效率；管理方也能及時(shí)了解項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度與模擬進(jìn)度之間的差別，以便根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整施工方案。

2.3 可視化

傳統(tǒng)的建筑電氣工程設(shè)計(jì)主要以二維平面圖形為主，在對工程的建筑空間關(guān)系及各項(xiàng)物質(zhì)信息關(guān)系進(jìn)行全面構(gòu)建時(shí)，主要依靠相關(guān)設(shè)計(jì)人員的個(gè)人專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)效果可能不理想，導(dǎo)致影響整體質(zhì)量。在使用BIM技術(shù)后，可以將設(shè)計(jì)師個(gè)人的設(shè)想通過三維模型全面的展現(xiàn)，能夠更好地展現(xiàn)整個(gè)工程各專業(yè)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。BIM技術(shù)的可視化，可以讓設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目中更好地溝通、討論和決策。

某改造項(xiàng)目的三維模型圖如圖1所示。根據(jù)模型，可以直觀地看到各個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)效果，有利于更深入地了解項(xiàng)目、完善項(xiàng)目。

圖1 某改造項(xiàng)目三維模型

3 BIM技術(shù)在建筑電氣設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

3.1 協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM設(shè)計(jì)一般采用工作集協(xié)同方式，中心文件模型在BIM服務(wù)器上。各專業(yè)設(shè)計(jì)師通過局域網(wǎng)可以打開中心文件，然后點(diǎn)擊“另存為”，將文件保存至本地計(jì)算機(jī)。每個(gè)設(shè)計(jì)師可以認(rèn)領(lǐng)自己專業(yè)相對應(yīng)的編輯權(quán)限。一旦認(rèn)領(lǐng)，其余設(shè)計(jì)師無權(quán)編輯該工作集內(nèi)的圖元，只允許查看。特殊情況下，如果需要編輯對方已認(rèn)領(lǐng)的工作集內(nèi)的圖元，需要向?qū)Ψ桨l(fā)出獲取編輯權(quán)限的請求，經(jīng)對方同意后才有權(quán)限編輯修改該圖元。這一限制可以規(guī)避多人設(shè)計(jì)時(shí)的相互影響。在設(shè)計(jì)過程中，可以設(shè)置自動(dòng)保存的時(shí)間間隔，也可以手動(dòng)隨時(shí)保存。及時(shí)將各專業(yè)的設(shè)計(jì)成果及時(shí)更新至中心文件，方便其余專業(yè)接收最新的提資，每位設(shè)計(jì)師可以及時(shí)了解其他專業(yè)的進(jìn)展情況，從而調(diào)整自己的設(shè)計(jì)進(jìn)度。在工作集中制圖階段，所有設(shè)計(jì)師都基于同一個(gè)中心文件模型開展設(shè)計(jì)，各自的成果隨時(shí)可以通過局域網(wǎng)共享，并且是作為一個(gè)統(tǒng)一的整體，平、立、剖視圖與三維模型均完全對應(yīng)。工作集協(xié)同模式下，各專業(yè)進(jìn)度及設(shè)計(jì)成果一目了然，而且能夠隨時(shí)實(shí)現(xiàn)專業(yè)內(nèi)部及專業(yè)之間的協(xié)調(diào)工作，大幅度提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。

3.2 照明設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)范要求，不同功能用房有不同的照度要求，每個(gè)房間使用的燈具、光源也不同，因此單獨(dú)計(jì)算每個(gè)房間的照度費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。BIM Space軟件具有很多高效的功能，比如自動(dòng)計(jì)算照度、自動(dòng)布燈、開關(guān)的批量調(diào)整、自動(dòng)連線等。利用BIM Space軟件可以將各房間的照度要求植入軟件中，運(yùn)行照度計(jì)算功能，軟件可讀取模型數(shù)據(jù)，在界面中選擇所需的燈具型號和光源型號，完成照度計(jì)算，計(jì)算完成后可導(dǎo)出計(jì)算表。軟件可根據(jù)照度計(jì)算結(jié)果自動(dòng)布燈，還可以根據(jù)房間的寬高比調(diào)整自動(dòng)布燈的間距，再由設(shè)計(jì)師對局部不合理的地方進(jìn)行手動(dòng)微調(diào)。開關(guān)還可以設(shè)置距門參數(shù)，進(jìn)行批量調(diào)整。同時(shí)，BIM Space可以在框選區(qū)域或當(dāng)前視圖進(jìn)行住宅項(xiàng)目的自動(dòng)布燈。軟件會(huì)在臥室、客燈、餐廳等中心位置插入燈具，在廚房、衛(wèi)生間等潮濕場所還可生成防水防塵燈具。軟件會(huì)根據(jù)房間的不同，將開關(guān)位置布置在房間的內(nèi)部或者外部。燈具布置完成后，軟件可以自動(dòng)連線。此外，BIM Space可以根據(jù)柱跨、車位、車道線等信息自動(dòng)布置地下車庫的照明。根據(jù)車道線和車位，軟件可以劃分為行車區(qū)域和停車區(qū)域，按照梁格的尺寸所對應(yīng)的燈具數(shù)量自動(dòng)生成。燈具類型和標(biāo)高等參數(shù)可以手動(dòng)調(diào)整。

3.3 管線綜合設(shè)計(jì)

隨著現(xiàn)代建筑功能的日益復(fù)雜，各專業(yè)管線也越來越多，導(dǎo)致難以直觀發(fā)現(xiàn)各專業(yè)管線之間的沖突。傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的局限性在于無法充分優(yōu)化復(fù)雜管線，為現(xiàn)場施工帶來較大的困擾，不僅可能造成浪費(fèi)、返工，還可能影響凈高和工期。為此，可以采用BIM設(shè)計(jì)的三維模型，利用BIM技術(shù)進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，相當(dāng)于為電氣工程建立了一個(gè)虛擬的三維模型。管線標(biāo)高、具體定位、形狀均可以在三維模型中表示，三維模型建立后，一般利用Navisworks軟件進(jìn)行碰撞檢查，然后通過平移、動(dòng)態(tài)觀察、環(huán)視、漫游等操作對具體碰撞點(diǎn)進(jìn)行可視化分析。電氣專業(yè)碰撞檢查應(yīng)優(yōu)先檢查橋架與結(jié)構(gòu)主體的沖突，根據(jù)檢查結(jié)果所顯示的具體沖突位置，生成碰撞檢查報(bào)。根據(jù)報(bào)告，在模型中調(diào)整橋架高度或路徑，避開結(jié)構(gòu)梁。橋架與結(jié)構(gòu)主體零碰撞后，再進(jìn)行與水、暖專業(yè)管道的碰撞檢查，并生成檢查報(bào)告。各專業(yè)根據(jù)報(bào)告優(yōu)化管線方案并修改模型，直至通過碰撞檢查。三維管線綜合碰撞檢查是BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑行業(yè)最突出的特點(diǎn)與優(yōu)勢，彌補(bǔ)了二維設(shè)計(jì)的相關(guān)缺陷。某改造項(xiàng)目根據(jù)碰撞檢測報(bào)告調(diào)整完成后的三維模型圖如圖2所示。

圖2 調(diào)整后的管網(wǎng)綜合圖

4 結(jié)束語

目前，BIM技術(shù)逐漸趨于成熟，廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)，在協(xié)同設(shè)計(jì)、照明設(shè)計(jì)、管線綜合等方面的優(yōu)勢效果明顯。協(xié)同設(shè)計(jì)可以使各專業(yè)模型實(shí)時(shí)更新、觀察，提高各專業(yè)的配合效率；軟件的自動(dòng)布置功能極大地提高了設(shè)計(jì)效率；管線綜合可彌補(bǔ)二維設(shè)計(jì)的缺陷，使設(shè)計(jì)更加完善。但是，電氣設(shè)計(jì)師還需對BIM技術(shù)進(jìn)行深入的研究與創(chuàng)新，不斷完善其設(shè)計(jì)功能，進(jìn)一步推進(jìn)BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)行業(yè)中的應(yīng)用。