淺談BIM技術在建筑設備工程中的應用

吳 迪 祁建華

（1 河南建筑職業(yè)技術學院，河南 鄭州 450064 2 南水北調(diào)中線干線工程建設管理局河南分局，河南 鄭州 450000）

BIM技術即建筑信息模型，是指把建筑工程中的各種構件、管線、設備、機械、電氣設施作為其基本要素，然后將對象的物理特性、價格信息、施工技術等信息全部賦予這些基本要素，形成為可視化的多維模型，也就是在計算機上建立一個信息集成共享的虛擬建筑，這個可視化信息模型為整個工程項目完整的數(shù)據(jù)資料庫，可以應用于工程的規(guī)劃、設計、施工、運營改建各階段，各階段的相關人員都可以從這個虛擬建筑上獲得相關信息，有利于決策、施工、管理。尤其是BIM 技術在解決建筑設備和建筑物交叉問題并提供合理解決方案方面表現(xiàn)突出。在施工過程中也可以對施工方案進行分析、模擬和優(yōu)化，有效地進行施工進度管理、造價管理。

1 BIM技術對建筑設備工程的意義

建筑設備工程涉及的專業(yè)多，包括通給排水、通風空調(diào)、 消防、照明配電、建筑弱電等等專業(yè)，綜合管線布置復雜，利用BIM 技術對其進行管理，可以有效檢查設計缺陷，交叉干涉，在施工過程中減少返工率，減少人工、材料、機械臺班的浪費，提高工程效率。

在設計階段對設備分析，可以完成管道、通風、負荷等機電設計的計算分析模型輸出，進行冷熱負荷計算分析，舒適度模擬，氣流組織模擬，設備分析的結果存在BIM模型信息管理平臺中便于后續(xù)階段使用。

在施工階段可以進行4D虛擬建造，模擬施工工況，深化設計，方案優(yōu)化，消除施工現(xiàn)場建造設備專業(yè)與其他專業(yè)之間的矛盾，施工工序進行模擬和分析，可以進行錯漏碰缺檢查，并且對施工過程中發(fā)生的問題進行實時溝通，提高總包管理和分包協(xié)調(diào)工作效率，降低施工成本，隨時可以根據(jù)施工進度查詢施工預算，進行成本核算，方便工程數(shù)字化交付、驗收、竣工資料數(shù)字化歸檔。

在運維階段，可以將竣工模型作為各種設備管理的數(shù)據(jù)庫，為設備后期維護提供依據(jù)，例如設備供應商、設備型號、保修日期、維修記錄等信息。

2 常見的BIM技術相關軟件

圍繞BIM技術服務的軟件很多，常見的BIM技術相關軟件見表1：

表1 BIM技術相關軟件

在上述軟件中，M a g i C A D、R e v i t MEP具有二維及三維的建模能力，完全可以應用于三維技術，可以建立機電包括通風空調(diào)、給排水、電氣、消防等多個專業(yè)的管線、分支管件、附件，在Revit MEP中還具備了族庫的功能，提供用戶擴展系統(tǒng)內(nèi)置建模，可解決特殊構件的建模要求。而且在軟件內(nèi)可以對各種設備的規(guī)格、型號、性能參數(shù)進行定義，方便后期維護。

這些軟件也可以進行碰撞檢查功能。但為了深化設計還將利用Solibri、Navisworks等軟件導出進行模型瀏覽、碰撞檢查來進行輔助建模。機電深化設計還會涉及到對設備位置、系統(tǒng)線路、管道和風量位置及長度調(diào)整會導致運行時電氣線路降壓、管道阻力變化、風管風量損失、阻力損失等變化，還需要對系統(tǒng)重新進行負荷計算，對原有設計選型的設備規(guī)格的某些參數(shù)進行調(diào)整，例如水泵的流量和揚程、空調(diào)風機風量與功率、配電線路的設置等等，這時候還要結合天正的T-WT、T-HVAC，理正、鴻業(yè)的HYACS、BIMSPACE 、PKPM等軟件，其中鴻業(yè)軟件可以自動提取建筑模型中門窗、電氣設備相關信息，自動創(chuàng)建計算空間，完成建筑空調(diào)冷熱負荷計算、一次二次回風計算、風機盤管計算，風量負荷互算、溫差送風量計算，根據(jù)計算結果與節(jié)能標準進行節(jié)能判斷，不符合節(jié)能要求的建筑，軟件可以協(xié)同信息到建筑專業(yè)。

3 BIM技術在建筑設備工程中應用流程

快速建立模型的可以將 CAD 二維圖紙導入到相關軟件中建立三維模型，從而完成多系統(tǒng)復雜管線的布置，再進行碰撞檢查，找出問題，對設計進行優(yōu)化，BIM技術在建筑設備工程中具體應用流程見圖1

圖1 BIM技術在建筑設備工程中應用流程

1）創(chuàng)建BIM 可視化模型

在建筑機構模型的基礎上，采用軟件 Revit MEP分別創(chuàng)建給排水系統(tǒng)和通風空調(diào)系統(tǒng)、電氣照明、建筑弱電的 BIM 可視化模型。對各工作集、管線、系統(tǒng)等進行劃分，命名定義，以便為后期各管線的識別提供方便，各管線按不同顏色加以區(qū)分。確定各類管線的大概標高和位置，調(diào)整電纜橋架，給排水主管和風管平面圖的位置以便于綜合考慮，根據(jù)局部管線沖突情況對管線進行調(diào)整。管線綜合避讓的原則是：小管讓大管、充分利用梁間間隙，風水管交叉處，局部風管下翻，所有管線避讓自流管道，造價低的管道避讓造價高的管道。

2）模型參數(shù)設置

管道設計參數(shù)包括管道的管徑、高程、長度、坡度、材料、連接方式、防腐保溫要求等參數(shù)加以設置，閥門、儀表、附件、水泵、風機等設備需在族數(shù)據(jù)庫中進行選擇加載，同時設置其相關參數(shù)。

3）建立系統(tǒng)及選擇設備

當各個系統(tǒng)的模型參數(shù)已經(jīng)設置好后便可進行建立模型，這些模型建立可通過 CAD 外部導入，也可以通過手動創(chuàng)建，應用“管道” 即可分類別繪制管道走向，而對于常用機械設備，從“機械設備” 中選擇添加即可， 而對于“機械設備” 中沒有的設備則需要自己構建。對于機房排線各種管線成排排列，盡量選用綜合管道支架，既可以節(jié)省空間，節(jié)省材料，也可以達到美觀、實用、方便檢修和使用的效果；對于豎井內(nèi)和公共走廊內(nèi)的管線應道提前進行管道綜合，對該部位的管道進行分析，根據(jù)管道末端在各個樓層的出口來具體確定管道在豎井內(nèi)的空間位置，對不同類型的管道走向、管徑、標高坐標要加以標記區(qū)分。

4）碰撞檢查

在建立某一系統(tǒng)管線時，先是隱藏掉其他系統(tǒng)管線，即在建模中各系統(tǒng)管線之間是單獨建立的，由于需要布置的空間狹小且管線復雜，必然會出現(xiàn)管線之間的碰撞交叉，需要用到軟件中的“碰撞檢查“功能，對各個系統(tǒng)中的管線進行檢查。為辨識各系統(tǒng)間的位置關系，首先將整個建筑模型的各個系統(tǒng)連接到一起。碰撞檢查包括硬碰撞和軟碰撞檢查，硬碰撞用于管線的交叉檢查，而軟碰撞多用于檢查局部區(qū)域凈高是否達到要求及兩管間距是否能滿足施工要求。當出現(xiàn)交叉碰撞時，立即生成相關問題的報告。

5）修正模型

當管路發(fā)生碰撞時，對 BIM 模型及施工圖紙進行修正，原則上電線橋架在最上，通風空調(diào)管道在中間，水管在下方，要滿足所有管線、設備的凈空高度要求，在滿足設計、美觀的要求下盡可能節(jié)約空間，當重力管道與其他管道發(fā)生碰撞時，應當修改調(diào)整其他類型管道，將管道偏移200mm，管線不能穿過梁和柱子。修正之后再次進行“碰撞檢查”，最終目的是指導施工，避免因設計失誤造成的返工、誤工現(xiàn)象。如果采用BIMSPACE軟件還可以解決支吊架設計，對支吊架進行編號，統(tǒng)計支吊架工程量，快速布置支吊架，管道碰撞協(xié)調(diào)以及協(xié)同開洞，以及快速生成電氣系統(tǒng)圖。

6）指導施工及施工模擬

將模型導入到Navisworks軟件，通過漫游功能能夠快速通過第三視角來記錄整個模型路程，加強技術人員對于施工部位的認識，降低出錯率。根據(jù)修正后的 BIM 模型及施工圖紙，進行管線施工，這時不會再出現(xiàn)管線交叉碰撞的現(xiàn)象。同時為了避免已安裝的管線在施工中不返工，施工前制作了施工模擬視頻，主要是制定施工安裝計劃，確定關鍵時間節(jié)點，根據(jù)施工節(jié)點模擬施工過程，這在一定程度上降低了返工率，加快了施工進度。通過可視化的交底，還可以準確統(tǒng)計設備的工程量，方便施工單位提前備品備料。

4 結語

建筑設備與建筑結構息息相關，綜合管線布置在建筑物內(nèi)，需要穿越基礎外墻、穿越樓板、墻體、屋面。設備在建筑物內(nèi)設置還需要考慮建筑空間，噪音防治、振動處理等問題，在二維平面圖很難直觀低體現(xiàn)管線與建筑物，不同專業(yè)的管線與管線之間是否有交叉干涉等問題，而且建筑設備的施工過程往往和土建部分的施工是交叉進行的，通過建立BIM建筑信息模型，提前施工模擬，可以合理安排施工進度，避免不同工種之間的施工矛盾，合理進行人工、材料、機械的配置，減少人力物力財力的浪費。形成的BIM建筑信息模型中的數(shù)據(jù)又可以為其他類似工程提供參考依據(jù)和經(jīng)驗，提高行業(yè)內(nèi)的工程建設質(zhì)量。

[1]胡小松，劉春高. BIM技術在某管道工程中應用. 低溫建筑技術，2016（10）

[2]BIM建模應用技術. 中國建筑工業(yè)出版社，2016（1）