来源|广东省城乡规划设计研究院

    撰稿|建筑设计院呼书杰

    编辑|王思慧

    全文共3779字，阅读大约需要12分钟

    随着建筑行业快速发展，传统的CAD二维设计已无法满足现阶段的设计需要，建筑信息化设计水平严重影响和制约着我国建筑行业的发展。信息技术的普及和应用，为建设行业的转型和产业升级提供了强大的推动力和有效的技术手段，使建设行业逐步走向高效率、低能耗、低污染、可持续发展的道路。

    利用BIM技术，对建筑机电系统创建BIM机电模型，将管线设备的二维图纸进行集成和可视化，进行管线碰撞检查和管线综合优化布置，从而达到节约施工成本、合理配置资源的目的。

    1、前言

    建筑设计的协调性是最重要的内容，从建筑设计人员到建筑施工人员乃至业主，都在不断进行相互协调。传统的设计模式下，一旦项目的实施过程中遇到了问题，就要将各有关人士组织起来解协调会，找各施工问题发生的原因及解决办法，然后出变更，做相应补救措施等。

    设计过程中各专业设计内容之间的碰撞无处不在，而BIM所具有的协调性特征就能及时帮助解决这类问题，即在建筑施工前基于BIM模型对各种管线及结构之间可能出现的碰撞进行检查，及时发现设计错误等问题，在施工前就将未来可能出现的问题解决，这样就能大大减少未来施工过程中的返工。借助BIM技术的优势，协同化的定义也从设计阶段延伸扩展到建筑的全生命周期，需要规划设计到施工运维各方面人员的参与，带来综合效益的大幅度提升。

    2、国内外研究现状

    2.1国外研究现状

    T.MKorman教授（加州工业大学）提出，机械、电气和管道的协调，是建筑行业的一大挑战，BIM技术可以有效提高建筑的机电系统协调过程[1]；HXie（美国阿肯色大学）探讨如何利用BIM/MEP（机械、电气、管道）系统的灵活性，保护身体健康和提高员工的工作效率[2]；AtulKhanzode教授（斯坦福大学）在一个医疗项目中，使用了机电系统的协调工具，有效解决了机电分包商之间的识别和冲突问题[3]。

    2.2国内研究现状

    国内的学者和工程师的研究主要着眼于管线综合碰撞检查、多专业协同设计、模型优化等方面。其中，学者杨科提出，在目前的建筑设备设计过程中，暖通、电气和给排水专业是相互独立的，各专业设计的管线难免会发生交叉碰撞的问题，往往问题的解决只能依靠人工协调管线综合问题，但基于BIM的多专业协同设计，可以针对这一系列问题进行有效解决[4]；马捷等对如何解决综合管线冲突、空间布局问题，提出了基于BIM的碰撞检测、模型漫游及4D施工模拟来进行优化，最终验证了基于BIM的综合管线设计优化方法的可行性[5]。

    对国内外研究成果综合分析后，发现BIM技术对机电系统优化设计的应用更多的集中在管线碰撞检查、专业协调方面，在机电各专业自身系统校核以及如何优化设计上尚未做深入研究。

    3、启迪科技园办公楼改造案例

    3.1项目概况

    本工程为办公楼装修改造项目，包括9#、10#楼两栋建筑。其中，9#楼地上2层，基底面积为740.69m?，建筑面积为1486.15m?，建筑高度为7.39m；10#楼地上2层，基底面积为890.60m?，建筑面积为1737.68m?，建筑高度为9.40m。施工图包含装修部分、给排水部分、通风空调及强弱电部分。

    图1办公楼BIM建筑模型外部效果

    图2办公楼BIM建筑模型内部效果

    3.2创建BIM机电模型

    BIM机电模型的设计一般根据项目的大小可分为三种设计方式：

    a.机电设计与建筑结构设计在同一个模型中完成。这种设计方式适用于建筑结构体量小、内部机电系统简单的项目，各专业的设计真正达到协同，改动也都能及时在模型中体现出来。

    b.建筑结构为一个模型，机电为一个模型。适用于建筑结构较为复杂，机电系统较为简单的项目，机电设计在建筑结构模型链接的基础上设计，同样达到协同设计的目的。

    c.建筑、结构、水、暖、电各自独立建立自己的模型。水、暖、电专业需要链接建筑结构模型作为设计基础，同时各专业需要实时监视其他专业的设计更新，这种方式对于创建项目体量庞大，机电系统复杂的模型特别适合。

    目前，国内多数采用第二种方式：采用传统的CAD进行设计工作，将设计好的CAD图纸交给BIM建模人员“翻模”。根据项目的特点，并结合BIM小组实际情况，启迪科技园办公楼改造项目最终采用第二种方式，建筑机电模型设计时遵循如下图所示的工作流程：

    图3BIM机电模型建立流程

    3.3管线综合

    启迪科技园办公楼改造项目机电管线主要包括强电桥架、弱电桥架、风管、排烟管、空调冷媒管、给水管等，除办公室吊顶外，其余区域均按照不吊顶处理。

    为满足建筑层高、功能和美观性，在BIM机电模型建立前，机电各专业解展管线综合前期分析，把控要点为：（1）根据建筑空间高度与建筑功能的要求，以及吊顶布置的样式要求，对室内的净空间高度进行预估，进行管线布置高度的设定。（2）根据结构体系进行预判是否有机电管线穿局部大梁的可能性，是否能够通过挪移或者高度调整避让解的可能性。（3）根据空间内的管道布置以及重力管道的区域走向及其部分碰撞位置的翻转情况，预判管线综合的空间需求。实际效果如下图：

    图4机电各管线三维视图

    图5机电各管线平面视图

    3.4碰撞检查及优化设计

    一个项目在设计完成后，需要进行机电各管线之间的碰撞检测工作，主要解决管线的交叉碰撞等问题，同时进行相关的优化和深化设计。在BIM模型的创建设计过程中，不断进行碰撞检查—修改设计—同步模型，直到所有碰撞冲突都得到更正，这个过程就是优化设计。

    管线在优化过程中有以下两点特别重要的因素需要考虑：（1）空间舒适度。设计过程中要合理布置机电各管线，减少有效建筑空间的浪费，提高建筑有效层高，以免给人们造成感觉上的空间压迫。（2）施工检修要求。管道管线在布置时应充分考虑安装空间，还要为安装后预留一定的维修空间。同时管线之间的间距应满足国家标准要求，避免后期施工及维护检修过程中出现的一系列问题。

    本次设计中，选择需要进行碰撞检测的管线，其次选择与哪些管线进行碰撞检测，最后得到碰撞检测结果，点击其内容就可以得到高亮显示的碰撞部位，如图：

    图6碰撞检测结果

    图7三维视图下碰撞显示

    图8优化后的管线布置

    当建筑模型标高出现变化，结构较复杂，同时，建筑净高空间不足时，机电管线布置仅仅靠传统的人工复核设计，很难保证建筑空间、美观等方面的要求。利用BIM技术，这些棘手问题则可以迎刃而解，如下图所示：

    图9优化后的管线布置

    3.5BIM三维动态漫游

    三维动态漫游是BIM技术一个重要的应用，通过三维动态漫游，可以更加直观的观察每一个设计细节。Revit软件自带漫游功能，可以导出漫游动画，但是漫游效果不够精细，仅可以进行简单的观察。目前常用的三维漫游软件和平台有许多，例如应用Naviosworks软件，除了可以进行碰撞检测外，还具有三维漫游功能。本项目所应用的三维漫游软件是Navisworks软件，建筑、结构、机电模型导入Navisworks后如图所示:

    图10机电设计漫游效果

    3.6其他

    启迪科技园办公楼改造项目共2层，系统相对简单，更容易梳理、优化。在本项目中，机电各系统除通过管线综合、动态漫游等手段，在管线综合排布、建筑空间中优化管线设计外，还通过对流量、流速、水头损失、风量、风速等各种参数分析，从细节设计中探索机电系统优化的可能性。

    4、BIM技术应用模式探析

    毋庸置疑，BIM技术对建筑机电系统优化设计意义非凡，可以将CAD设计中所有未解决的问题都能快速的解决掉，并且能够保证图纸模型一致、减少重复工作量、提高各专业设计质量、降低设计沟通成本、反馈图纸信息多、暴露的问题及时反馈。

    但是，设计院在进行BIM设计时，都会面临上手难（有经验的设计师难于快速应用BIM软件进行设计）；效率低（在传统CAD设计中，设计师本应做而未做的工作，需要在BIM设计中体现）；质量忧（多数BIM设计人员设计经验少，模型存在需要合规性校核的问题）；出图难（图纸标注工作量大，标注实体常丢失，快速成图效率低）等问题。为有效避免上述问题，设计院应全员BIM设计，共同学习，共同摸索，共同实践与交流，有效实现BIM正向设计，最大程度上实现建筑机电系统优化设计。

    5、总结

    BIM技术的应用仍局限于设计与简单应用阶段，如模型建立、碰撞检查、三维漫游等方面，并没有进行BIM更深层次的应用，这也是我国BIM技术发展的初级阶段。启迪科技园办公楼改造项目中，通过对模型建立、碰撞检查、三维漫游等功能的应用，体会到了BIM技术带来的巨大技术进步，同时，也发现BIM技术用于机电系统优化设计存在的很多问题：BIM机电设计与BIM机电施工如何有效衔接、BIM设计如何通过成本控制优化机电系统、BIM技术如何像CAD一样大大提升出图效率等。因此，我们应充分认识BIM，理解BIM，逐步探索BIM技术的深入应用。

    参考文献：

    [1]Riley,D.CoordinationandProductionPlanningforMechanical[C].ElectricalandPlumbingConstruction.ConstructionCongressVI:(2000)：690-700.

    [2]HXie，JMTramel，WShi.BuildingInformationModelingandsimulationforthemechanical,electrical,andplumbingsystems[C]IEEEInternationalConferenceonComputerScience&AutomationEngineering.2011,3:77-80.

    [3]AtulKhanzode,MartinFischer,DeenReed.BenefitsandlessonslearnedofimplementingBuildingVirtualDesignandConstruction(VDC)technologiesforcoordinationofMechanical,Electrical,andPlumbing(MEP)systemsonalargeHealthcareproject[J].ElectronicJournalofInformationTechnologyinConstruction2008，Volume13:324-342.

    [4]杨科，康登泽，徐鹏，车传波.《基于BIM的MEP设计技术》[J].《施工技术》,2014,43(3):88-90.

    [5]马捷.《基于BIM的地铁综合管线设计优化方法研究》[D].华南理工大学，2015年.

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