基于某項目設(shè)計實踐的BIM應(yīng)用分析

劉書言

【摘要】當前全球的建筑業(yè)普遍存在各工作界面、各利益方之間缺乏協(xié)同工作、各類重復(fù)工作不斷，導(dǎo)致建筑行業(yè)生產(chǎn)效率低下、資源浪費嚴重，而項目初期建筑設(shè)計階段的反復(fù)修改工作，加劇了設(shè)計和建設(shè)成本的上升。本文基于上海某酒店建筑項目為實例，對BIM技術(shù)在設(shè)計階段的應(yīng)用和收益進行分析。

【關(guān)鍵詞】項目實踐;設(shè)計階段;BIM;應(yīng)用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.07.057

引言：

建筑業(yè)是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱型產(chǎn)業(yè)，國家每年大量資金投資在固 定資產(chǎn)的規(guī)劃、設(shè)計、施工、運營、維護、更新、拆除等工作上，在這個過程中， 很大比例的工程建設(shè)項目遭遇到設(shè)計不完善、工期拖延、造價突破預(yù)算、建筑質(zhì) 量不合格等問題。目前我國已經(jīng)成為世界上最大的建筑市場之一，BIM作為實現(xiàn)建 筑轉(zhuǎn)型升級的新技術(shù)，實現(xiàn)建筑設(shè)計綠色化的重要手段，顛覆了機電專業(yè)傳統(tǒng)的 設(shè)計施工理念，更確切的說是從方案到設(shè)計到施工到采購到項目管理完善了機電 專業(yè)的整個過程，成為了解決設(shè)計、施工、運營等全生命周期各個階段難題的有 效工具。

1、BIM在機電設(shè)計過程中的應(yīng)用

BIM是建筑信息模型的簡稱，利用其輔助機電設(shè)計和安裝，能減少諸多不必 要的麻煩和重復(fù)性工作。BIM的應(yīng)用應(yīng)該貫穿在建筑全生命周期的全過程中，在 這過程中建筑的信息全部儲存在BIM的模型中，為真正實現(xiàn)建筑全生命周期數(shù)字 化管理和數(shù)據(jù)共享提供了必要條件并且方便使各個利益相關(guān)方互相溝通。

在項目的初期設(shè)計階段建筑、結(jié)構(gòu)、機電等各專業(yè)設(shè)計師、造價預(yù)算工程師 等可以在共同的平臺上協(xié)同工作，轉(zhuǎn)變各個專業(yè)比較松散的設(shè)計過程為同步的緊 密聯(lián)系的協(xié)同設(shè)計。首先BIM在設(shè)計初始階段可以通過自己相關(guān)軟件的計算功 能或者與別的軟件接口來進行機電方案的各種性能模擬比較，通過一個模型即可 完成建筑能耗、日照采光、通風效果等數(shù)種模擬，無需進行重復(fù)建模就可以優(yōu)化 建筑和機電的設(shè)計方案。

其次在設(shè)計過程中設(shè)計人員可以根據(jù)自己專業(yè)的需求建立參數(shù)化的三維模 型，各專業(yè)設(shè)計人員更能實時直觀的看到其它管道、橋架布置以及和管井、梁等 構(gòu)件的相對位置，做到所見即所得，隨時對設(shè)計過程中的各類問題比如設(shè)備空間、 預(yù)留洞和管井大小等普遍問題進行有效溝通解決，提高了溝通效率。同時BIM技 術(shù)的應(yīng)用對于設(shè)計階段的材料統(tǒng)計以及每個復(fù)雜區(qū)域各個方向的剖面圖繪制等繁瑣重復(fù)性工作可以一鍵生成，極大的提高了設(shè)計人員的效率，加速項目推進的 同時減少人力成本。

通過建立三維模型，各專業(yè)設(shè)計師都能看到其它專業(yè)的模型和數(shù)據(jù)，方便在 設(shè)計階段就進行管線碰撞和凈高分析，在前期就能解決以前在施工過程中才能暴 露的種種問題，節(jié)省成本的同時還能加快工程的進度，最終確保機電安裝質(zhì)量得 到有效的提升。

在建筑機電安裝工程建設(shè)過程中應(yīng)用BIM技術(shù)之后各個專業(yè)可以利用三維 建筑信息模型提供的集成平臺，施工方還可以隨時查看建筑模型，模擬施工的各 個工序過程，更好的指導(dǎo)施工并制定施工準確的施工計劃和材料造價預(yù)算。設(shè)備 供應(yīng)方尤其是預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)商可以更好的利用數(shù)字平臺進行生產(chǎn)和虛擬安裝， 提高構(gòu)件的生產(chǎn)和安裝水平。政府的審批部門和領(lǐng)導(dǎo)可以更好更快的理解設(shè)計意 圖完成審批流程，同時可以實時查看更新的模型了解施工進度;施工完成后設(shè)備 運營商可以利用現(xiàn)成信息平臺更好的了解建筑信息提供更加現(xiàn)代化可視化的運營和運維服務(wù)。

2、BIM在項目實踐中的應(yīng)用分析

本實踐項目為位于上海的酒店項目，地上地下建筑面積約為6萬平方米，其 中地上建筑面積5萬平方米，共340個客房。該項目在前期設(shè)計階段運用BIM技術(shù) 進行反向設(shè)計，即先利用CAD進行二維設(shè)計，在利用BIM軟件建立三維模型，同時再根據(jù)模型輔助項目圖紙的調(diào)整和完善，并形成完整的材料和設(shè)備清單，進行 管線碰撞檢查以及凈高分析，通過模型對每一處管線復(fù)雜區(qū)域進行管線綜合，核 對每一處建筑和結(jié)構(gòu)預(yù)留洞確保以滿足后期施工要求。

2.1 建筑和機電模型建立

在本項目中由于施工圖設(shè)計人員和BIM專業(yè)人員為不同的兩個部門，故BIM 在這個項目的主要任務(wù)是對項目施工圖進行建模，并進行碰撞檢查和管線綜合， 以及材料清單和預(yù)留洞核對等工作，然后在施工階段根據(jù)BIM的模型指導(dǎo)施工方 進行施工配合。由于每個不同的設(shè)計單位、不同的設(shè)計人員出圖質(zhì)量有所差別， 所以BIM建模時就需要注意施工圖的版本、施工圖上設(shè)計人員的設(shè)計意圖的表達 和各種標注等問題，需要建立統(tǒng)一的BIM專業(yè)的建模規(guī)則，見表1：

運用BIM技術(shù)的過程中首先是利用Revit軟件的Architecture 、Structure、MEP功能模塊分別建立獨立的建筑、結(jié)構(gòu)、機電模型，然后通過Navisworks軟件將模型整合起來，進行后期模型瀏覽、測量、檢查、渲染、模擬等一列工作。項目所建全專業(yè)模型如圖1所示。

2.2 管線碰撞

由于在目前的設(shè)計流程下各個專業(yè)的設(shè)計人在進行自己專業(yè)機電設(shè)計時很 少與其它專業(yè)進行管道布置或者橋架走向的交流溝通，導(dǎo)致模型在建立后會產(chǎn)生 較多的管道交叉和重疊現(xiàn)象。通過BIM模型設(shè)計人員可以較方便發(fā)現(xiàn)管道之間或 者管道和建筑結(jié)構(gòu)之間的碰撞，并定位碰撞發(fā)生的位置，通過協(xié)調(diào)溝通提前解決 問題，實時做出調(diào)整來減少施工階段發(fā)生的返工和浪費。

根據(jù)建立的建筑、結(jié)構(gòu)和機電模型并導(dǎo)入到Navisworks軟件后，發(fā)現(xiàn)了較多建筑管井或者墻壁與機電管線的碰撞、機電管線和結(jié)構(gòu)梁之間的碰撞以及機電管 線之間的碰撞與重疊等問題，見圖2和圖3。

在圖2中列舉了2處碰撞，都是機電管道和梁碰撞，是碰撞檢查中最普遍的問 題。這就需要各專業(yè)設(shè)計人員在設(shè)計時深刻理解項目中的梁板圖，針對上述問題 進行溝通，調(diào)整相應(yīng)的管道來解決碰撞問題，否則在機電安裝的時候就可能要進 行返工或者項目就會因此而停滯，嚴重影響項目進度并且可能造成巨大浪費。發(fā) 生這類問題首先定位碰撞的位置，然后通過溝通是機電管線調(diào)整標高或者上下翻 來避開梁的位置還是結(jié)構(gòu)設(shè)計人員改變梁的高度來避免碰撞發(fā)生，按照一般經(jīng)驗 以機電管線調(diào)整為主，因為改變梁的尺寸可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)專業(yè)承重等重新計算和 設(shè)計，實現(xiàn)起來也沒有改變管道標高或者局部尺寸變化來的方便和容易實現(xiàn)，實 在沒辦法實現(xiàn)凈高要求的情況下才考慮改變梁的尺寸。圖1中的碰撞都是通過改 變機電管道標高和局部尺寸或者兩者綜合使用來解決。

圖2所示機電管線之間的碰撞也是碰撞檢查中經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象。因為給各專

業(yè)設(shè)計人員在進行本專業(yè)設(shè)計時并不會注意其管線上下是否會有其它專業(yè)的管 線通過，這些碰撞在二維設(shè)計中是在所難免的，不可能要求也無法要求設(shè)計人員 做到不發(fā)生碰撞，但是通過運用BIM技術(shù)可以極大程度減少此類現(xiàn)象的發(fā)生。

在碰撞檢查中還存在著較多機電管線和建筑構(gòu)件以及相關(guān)設(shè)備等的碰撞，導(dǎo) 致這些碰撞發(fā)生的根本原因是各個專業(yè)信息沒有得到很好的共享，每個專業(yè)在設(shè) 計時沒有考慮到其它專業(yè)的管線和設(shè)備布置，而BIM的成熟運用正好可以解決這 個矛盾，因為BIM在設(shè)計的各個階段就可以看到未來建筑內(nèi)部機電管線安裝完成 后的狀態(tài)，然后各設(shè)計人員可以對當前問題及時進行解決，并且管線越復(fù)雜的項 目越能體現(xiàn)BIM的價值所在。

2.3 管線綜合和凈高分析

機電管線綜合設(shè)計主要是指包括給排水、空調(diào)和電氣三個專業(yè)的室內(nèi)管線綜 合排布。在本項目中管道最多且最復(fù)雜的位置為地上空間的走廊和特定區(qū)域、地 下設(shè)備用房以及其周邊。

本項目的利用BIM技術(shù)管線綜合時對管道的布置有以下幾點原則：1.橋架都貼梁布置，預(yù)留電氣橋架的放線和檢修空間;橋架與橋架之間盡量平行布置， 以節(jié)省橋架的支吊架。2.機電專業(yè)的水管主干管盡量平行且靠一邊布置以節(jié)省 支吊架并且預(yù)留水管維修空間。3.風管走在最下層，同時風管和風管之間盡量 平行布置，以減少支吊架的數(shù)量。4.風機盤管等設(shè)備盡量利用梁與梁之間的梁 窩進行布置，以節(jié)省吊頂空間。5.管道上的閥門盡量以錯開安裝的方式來節(jié)省 安裝空間。

本項目通過BIM模型進行管線綜合前，發(fā)現(xiàn)有較多區(qū)域的凈高不符合要求且 機電管線布置雜亂。各專業(yè)結(jié)合BIM模型充分溝通協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上根據(jù)預(yù)定原則進 行管道調(diào)整優(yōu)化，最終達到機電管線布置既美觀合理，各區(qū)域凈高又都達到設(shè)計 預(yù)定要求。

由上可以看出BIM在方案和施工圖設(shè)計階段優(yōu)勢明顯，可以把建筑、結(jié)構(gòu)、 機電完整的整合到一起，較大的減少了設(shè)計人員的重復(fù)性繪圖勞動、溝通工作等， 并且通過模型分析方案中的各種優(yōu)缺點，配合檢查設(shè)計中存在的各種缺陷，方便 后期施工模擬和材料采購，為施工帶來極大的方便。

2.4 配合施工階段

設(shè)計階段完成進入施工階段后，設(shè)計工作并沒完全結(jié)束，而是在施工過程中 得到了延續(xù)。后期施工中可能由于甲方意見更改、設(shè)計標準變化、現(xiàn)場條件變化 等因素導(dǎo)致原設(shè)計變更，利用BIM的參數(shù)化模型可以迅速協(xié)同各利益方進行聯(lián)動 合作，及時或獲得相應(yīng)的信息，做出最佳決策或者修改，節(jié)約成本的同時也提高 了工作效率。

2.5 BIM技術(shù)運用效益

BIM技術(shù)應(yīng)用效益無疑是所有從業(yè)人員關(guān)心的主要問題之一，因為這是任何 一種新技術(shù)或新方法得以被行業(yè)普遍采用的必要條件。對設(shè)計院來說采用BIM技 術(shù)的協(xié)同設(shè)計后首先設(shè)計師和項目各個參與方的溝通和交流的效率提高了，在模 型建立、碰撞檢查和凈高分析過程中顯著提升了出圖質(zhì)量;其次根據(jù)以往同類型 相同面積的項目經(jīng)驗，與原本預(yù)計5個月的設(shè)計周期相比設(shè)計階段時間減少了12%，同時降低了人力成本開銷，比如設(shè)計人員現(xiàn)場出差費等，采用BIM技術(shù) 后部分收益如表2所示：

后期施工階段根據(jù)現(xiàn)場反饋，返工和變更的次數(shù)至少減少了10%，施工方很 多構(gòu)件和設(shè)備都能提前采購和預(yù)制，短時間生成大量的剖面圖以及實時的模型展 示有效的指導(dǎo)現(xiàn)場施工人員，機電安裝的工期也縮短了近20%。對于甲方來說也 是可以相應(yīng)的降低機電設(shè)計和安裝合同總額，達成一個共贏的局面。

結(jié)語：

（1）通過BIM 技術(shù)可以提升項目在設(shè)計階段的設(shè)計質(zhì)量，并且相應(yīng)的降低各項設(shè) 計成本，使后期施工階段更加順利，滿足施工進度要求。

（2）通過 BIM 技術(shù)使項目各合作方都能受益，達到共贏。

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