BIM技術(shù)在建筑設(shè)備工程中的應(yīng)用價值分析

趙家敏 劉亞基

（云南開放大學，云南 昆明 650223）

建筑設(shè)備是現(xiàn)代建筑的必要組成部分，是為建筑物使用者提供生活和工作服務(wù)的各種設(shè)施和設(shè)備系統(tǒng)的總稱。建筑設(shè)備不僅關(guān)系到建筑物的使用功能，而且還影響到建筑物的經(jīng)濟性。建筑設(shè)備主要包括建筑工程給排水、供配電、電氣照明、防雷接地、智能化、通風采暖等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)功能好比人的神經(jīng)、血管和內(nèi)臟等，使建筑物具有強大的生命力。建筑設(shè)備及管線在建筑物內(nèi)部交叉布置、相互連接、明暗排布，在安裝施工時經(jīng)常發(fā)生碰撞，在豎向上發(fā)生凈高與避讓沖突。應(yīng)用BIM技術(shù)軟件的碰撞檢測、凈高分析、孔洞預(yù)留等功能，可在設(shè)計建模和模型深化階段提前解決設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與結(jié)構(gòu)等在實際施工中可能發(fā)生的各種交叉碰撞問題。

1 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)又稱建筑信息化模型，應(yīng)用于工程全生命周期，通過三維數(shù)字技術(shù)將項目策劃、設(shè)計、實施、運營和維護等所有信息整合在一起，使項目參與各方都能更快捷、方便地參與其中，更好地掌握項目信息。

在建筑設(shè)備工程中常用的BIM技術(shù)軟件包括Revit、MagiCAD、 品 茗HiBIM等。 其 中，MagiCAD廣泛應(yīng)用于給排水、消防、通風、電氣等建筑設(shè)備專業(yè)的建模與深化設(shè)計，為建筑設(shè)備工程師提供設(shè)備各系統(tǒng)模型搭建和管線綜合深化設(shè)計、支吊架、算量、出圖等工程實踐應(yīng)用，還能為用戶提供流量疊加、管道壓力分布、系統(tǒng)平衡、噪聲等計算功能，協(xié)同產(chǎn)品庫文件及數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)建筑設(shè)備管線安裝，優(yōu)化整體BIM解決方案。品茗HiBIM機電插件軟件涵蓋建模翻模、標準出圖、工程算量、設(shè)計優(yōu)化等多種功能，在支吊架、機電預(yù)制、管線出圖、綜合優(yōu)化方面的碰撞檢測、凈高分析、管線避讓、開洞套管等功能強大，通過對BIM模型快速拆分，并形成管線長度統(tǒng)計表，滿足施工現(xiàn)場預(yù)制裝配等需求，能有效提高工程師的建模和深化設(shè)計效率，有利于提高模型精度和全模型應(yīng)用。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用價值

建筑中的各種管道都在增多，如建筑給排水、消防、采暖、空調(diào)、電線等管道。要使這么多管道在建筑設(shè)備安裝過程中不發(fā)生碰撞，且整齊美觀，必須在施工前進行模擬安裝，對管道進行碰撞測試、調(diào)整、優(yōu)化，這對提高施工質(zhì)量，減少施工返工率和成本，避免后期出現(xiàn)重大失誤有著非常重要的作用。以往的建設(shè)項目對于設(shè)備管線碰撞問題需要花費資金去拆裝、返工，應(yīng)用BIM技術(shù)，可以避免出現(xiàn)這樣的浪費。在BIM三維模型的基礎(chǔ)上，可以對各專業(yè)進行深化設(shè)計，保障給排水、電氣、暖通等各系統(tǒng)綜合排布合理，及時發(fā)現(xiàn)各專業(yè)之間的碰、漏、錯等問題。BIM技術(shù)在建筑設(shè)備中的應(yīng)用價值主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）利用BIM技術(shù)模擬建造過程。通過BIM技術(shù)模擬施工演示，可提前發(fā)現(xiàn)施工過程中工序錯亂造成的返工、窩工等現(xiàn)象，以及現(xiàn)場布置不合理造成的二次搬運等問題，減少資金和時間成本損失，有利于城市管理信息化和智能化系統(tǒng)建設(shè)。

（2）利用BIM技術(shù)優(yōu)化設(shè)計。在項目規(guī)劃設(shè)計階段，利用BIM技術(shù)進行方案比選、協(xié)同設(shè)計、碰撞檢查，特別是對大型公共設(shè)施開展能耗分析、安全疏散分析等，可優(yōu)化后期運營階段緊急狀態(tài)下發(fā)揮安全疏散系統(tǒng)的價值。同時，通過BIM技術(shù)數(shù)字孿生完成各系統(tǒng)設(shè)計建模，在現(xiàn)場完成三維數(shù)字模型建造，并協(xié)同多專業(yè)優(yōu)化設(shè)計，規(guī)避缺陷，降低損失。

（3）利用BIM技術(shù)實現(xiàn)可視化交底。在建筑施工之前，利用BIM技術(shù)可視化功能采取圖文并茂的形式對重要、復(fù)雜的節(jié)點位置和工序進行交底，使施工技術(shù)交底更直觀、更形象，有利于加快施工進度和質(zhì)量，特別是一些復(fù)雜設(shè)備管線安裝順序及節(jié)點位置連接方式，通過三維模型圖像展示出來，可以使施工重點、難點可視化，提前預(yù)見問題。

（4）BIM技術(shù)出圖與計量。應(yīng)用BIM技術(shù)進行工程項目建模正向設(shè)計，可提高后續(xù)專業(yè)協(xié)調(diào)和出圖效率，特別是在施工、造價和運維等階段的信息共享、協(xié)同設(shè)計等應(yīng)用價值較高。利用BIM數(shù)據(jù)庫功能，可真實提供造價管理工程量數(shù)據(jù)，通過計算機快速統(tǒng)計、分析各種構(gòu)件，可獲取準確工程量，有效提高工程項目成本估算、概算、決算等造價全過程的管控和精細化管理。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用價值分析

傳統(tǒng)CAD設(shè)計模式存在圖紙冗雜、錯誤率高、變更頻繁、協(xié)作溝通困難等缺點，而BIM設(shè)計模式能較便捷地解決這些問題。在工程設(shè)計階段，建筑師通過BIM技術(shù)，利用三維可視化空間角度及邏輯思維設(shè)計優(yōu)化與協(xié)調(diào)變更，能讓業(yè)主更直觀地了解項目投資收益及成果。目前，政府已開始強制要求在項目中使用BIM技術(shù)開展可持續(xù)施工、精益化施工、智慧化管理施工、建筑產(chǎn)業(yè)信息化。在工程質(zhì)量技術(shù)要求和市場運營成本越來越高的背景下，在建筑行業(yè)中積極推進BIM技術(shù)的應(yīng)用，是未來建筑行業(yè)發(fā)展的最佳選擇。

3.1 設(shè)計方案比選與計量

建筑設(shè)備工程管線連接標準化程度低、數(shù)量型號多，為用戶提供的比選方案少，針對用戶提出的要求修改難度高，工程量大。而應(yīng)用BIM技術(shù)的三維立體模型展示，可快速找到并修改系統(tǒng)模型參數(shù)，并根據(jù)用戶需求輸出多套比選方案。通過模型數(shù)據(jù)共享方式可為后續(xù)修改、協(xié)調(diào)提供捷徑，為用戶提供更直觀的溝通交流模式，最終實現(xiàn)設(shè)計最優(yōu)效果。同時，運用BIM技術(shù)將各專業(yè)設(shè)備構(gòu)件智能轉(zhuǎn)化，結(jié)合平臺數(shù)據(jù)庫，可真實獲取造價管理工程量數(shù)據(jù)，使用計算機快速統(tǒng)計、分析各種設(shè)備管線，有效減少煩瑣的人工操作和潛在錯誤，實現(xiàn)工程量與設(shè)計文件的一致性；通過BIM 技術(shù)獲得準確模型，可使工程項目的成本估算、成本比較、材料管理、竣工決算等造價全過程管控和精細化管理更精準，提高設(shè)計階段的成本控制能力。

3.2 協(xié)同與深化設(shè)計

機電設(shè)計師分別參與不同建筑設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計工作，對各專業(yè)系統(tǒng)設(shè)計整體協(xié)調(diào)因素考慮較少，如果后續(xù)施工過程需要二次協(xié)調(diào)拆改，會造成大量時間及成本上的浪費。通過BIM技術(shù)的協(xié)同設(shè)計，所有專業(yè)設(shè)計師可依據(jù)統(tǒng)一設(shè)定的顏色、樣式等設(shè)計標準和平臺進行設(shè)計，建立各自專業(yè)的三維設(shè)計模型，實時在平臺上進行匯總整合分析，有效減少各專業(yè)之間溝通不暢導致的錯、漏、碰、缺，真正實現(xiàn)所有信息圖元的統(tǒng)一性，可實現(xiàn)一處修改其他自動修改，提升設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。同時，可以根據(jù)BIM模型對復(fù)雜節(jié)點進行深化設(shè)計，輸出剖面圖、三維圖片等，發(fā)給各個專業(yè)的施工安裝人員，指導現(xiàn)場施工，減少返工現(xiàn)象。另外，使用BIM技術(shù)對大型公共設(shè)施進行能耗分析、光照分析、安全疏散分析等，可為后期運營維護階段的安全疏散系統(tǒng)提供較大的指導價值。

3.3 碰撞檢查與管線綜合

建筑土建專業(yè)設(shè)計師在設(shè)計時不會為建筑設(shè)備管線專業(yè)系統(tǒng)預(yù)留孔洞，在管道管線安裝時需要重新開孔穿管，這不僅增加了施工及恢復(fù)工作的難度，還增加了施工安裝時間和成本。通過BIM技術(shù)的碰撞檢測，可將各專業(yè)建立的三維設(shè)計模型進行合模，并檢測分析，提前準確找出各專業(yè)在空間上的系統(tǒng)設(shè)計碰撞沖突點，形成碰撞數(shù)據(jù)報告，提供給建設(shè)、設(shè)計、施工及監(jiān)理等單位，并組織各專業(yè)設(shè)計人員進行會審協(xié)商，提出設(shè)計調(diào)整解決方案。同時，碰撞檢查與預(yù)留預(yù)埋、高程調(diào)整、管線綜合等功能組合使用，可依據(jù)規(guī)范和算法自動實現(xiàn)翻彎、繞彎、調(diào)整管線高度（見圖1），自動優(yōu)選安全驗算；在機電和土建專業(yè)結(jié)合做深化時，自動生成洞口和套管（見圖2）；在管線安裝之前，自動標注、定位、避讓等，確保設(shè)計方案的可實施性和圖紙的可建造性。

圖1 管線調(diào)整

圖2 墻體開洞

3.4 出圖與會審

在傳統(tǒng)CAD二維平面圖紙中，圖紙信息修改不便，圖紙修改會連帶影響其他關(guān)聯(lián)圖紙信息變動，出現(xiàn)錯誤也無法識別出來，這會影響圖紙設(shè)計質(zhì)量的提高。同時，在二維平面進行圖紙會審枯燥乏味，不能全面地查找圖紙錯誤。通過BIM-3D技術(shù)的出圖性，可在BIM模型中實現(xiàn)二、三維聯(lián)動，利用BIM模型數(shù)據(jù)源實現(xiàn)模型到圖紙的自動更新；同時，各專業(yè)的BIM工程師可利用中心文件工作集開展圖紙變更、自動審圖、可視化審圖等應(yīng)用，提高工程設(shè)計質(zhì)量和效率。隨著國家對BIM正向設(shè)計標準的出臺和推進，將從工程全生命周期起始階段的設(shè)計建模開始改變，可為后續(xù)造價、施工、運維等階段的信息共享、設(shè)計協(xié)同、出圖會審、效率提升等帶來較大便利，減少施工階段的返工現(xiàn)象，縮短工期。

3.5 可視化技術(shù)交底

傳統(tǒng)的安裝施工技術(shù)方案通過紙質(zhì)材料表達操作思路與做法，會出現(xiàn)技術(shù)方案無法細化、不直觀、交底不清晰的問題，導致施工質(zhì)量不高，返工、誤工現(xiàn)象時有發(fā)生。在施工前，通過BIM-4D技術(shù)的可視化功能，可對重要、復(fù)雜的建筑設(shè)備管線安裝連接位置和工序，借助虛擬動畫以圖文并茂的形式多方位地呈現(xiàn)施工技術(shù)交底過程，將工序節(jié)點造型形式及注意事項以立體三維模型直觀地展示給施工人員，使施工過程中的重點、難點部位可視化，提前預(yù)見問題，確保工程安裝質(zhì)量。

3.6 模擬建造

由于大部分施工現(xiàn)場可使用的場地少、材料多、設(shè)備雜，如果施工現(xiàn)場布置不規(guī)范，或設(shè)備材料堆放混亂，會導致多次搬運、返工現(xiàn)象頻繁發(fā)生。通過BIM-5D技術(shù)的模擬建造，可在BIM平臺將工程項目的相關(guān)模型與文件進行鏈接加載，生成三維可視化虛擬施工動態(tài)模擬流程，以此實現(xiàn)場地動態(tài)布置和可視化現(xiàn)場監(jiān)管等功能，還可隨時直觀、快速地對比施工計劃與實際進展，及時發(fā)現(xiàn)工作緩慢的環(huán)節(jié)，快速組織參與方有效協(xié)同。同時，通過BIM數(shù)字化、可視化技術(shù)結(jié)合施工方案、施工模擬和現(xiàn)場視頻監(jiān)測，可減少建筑安裝質(zhì)量和安全問題發(fā)生，減少返工和整改情況。

4 結(jié)語

建筑設(shè)備工程涉及專業(yè)較多，由人工檢查設(shè)備管線交叉沖突費時、費力，且錯誤率高，無法及時發(fā)現(xiàn)碰撞點。通過快速搭建BIM模型，生成設(shè)備清單出量，指導支架型鋼材料采購、支吊架預(yù)制加工及現(xiàn)場安裝，實現(xiàn)所見即所得，將問題形象、直觀地反映給各參與方同步協(xié)商解決。通過BIM技術(shù)與虛擬現(xiàn)實、3D打印等新技術(shù)集成整合，可在未來的智能建筑領(lǐng)域，甚至建筑智能建造方面，為生產(chǎn)者大幅度降低建設(shè)成本，提高材料及能源的使用效率，實現(xiàn)節(jié)能減排的效果，為實現(xiàn)“雙碳”目標發(fā)揮重要作用。