智慧建筑機電施工圖深化設計軟件探討

石川星明

(北京東洲際技術咨詢有限公司，北京 100176)

0 引言

因國內(nèi)外對機電深化設計的深度要求存在差別，導致了國內(nèi)外施工質(zhì)量和BIM 是否落地的差異，建議相關部門積極推進機電的深化設計工作，如在深化設計工作中，選用高效率、高精細度、通用性強、同時又具備便捷性的機電施工圖深化設計軟件，以推動機電施工圖深化設計的普及。

1 機電BIM 軟件與機電施工圖深化設計軟件的比較

1.1 BIM 應用背景與現(xiàn)狀

自從2011 年5 月20 日住建部發(fā)布《2011－2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》第一次提出BIM 技術的應用以來，中國的BIM 技術推廣經(jīng)歷了10 余年的過渡準備期。 近些年來設計院、施工單位、咨詢單位等相關BIM 實踐者試圖通過BIM 技術提高工程集成化程度，創(chuàng)造新的效益，但最終在建筑設計及施工過程中暴露出BIM 技術不落地的弊端。

1.2 施工圖深化設計背景

施工圖深化設計就是可完全按照此圖紙施工并直接安裝設備的施工圖設計(shop drawing)。但國內(nèi)外的施工圖設計有著較大的不同，所以，中國的施工圖被稱之為 working drawing 或者construction drawing，為了與之區(qū)別，在中國與國外深度相當?shù)氖┕D就只能叫施工圖深化設計。 長期以來，國內(nèi)的機電施工圖形成了獨特風格，更類似于一個工程的機電工作流程(working)，如果工程真的按照施工圖進行施工，就缺少很多重要參數(shù)，其中很重要的就是空間綜合和施工安裝細節(jié)。 例如:(1)對機電各專業(yè)之間進行管線綜合協(xié)調(diào)；(2)對各專業(yè)的采購設備與管線、管線與管線之間的安裝和連接空間與實際尺寸進行吻合；(3)對機電管線的預留預埋設計進行確定；(4)對管線的支吊架、抗震支吊架進行精細化設計；(5)對施工圖中索引的標準圖進行個性化調(diào)整；(6)對機電設備與管線的裝配式安裝、集成化設計進行流程策劃及預制加工圖制作；(7)根據(jù)精裝修的設計要求進行機電末端點位及安裝路由的調(diào)整。

以上內(nèi)容就是機電施工圖深化設計的主要工作，需要在施工階段去完成。 同時，設備及管材的確定、土建施工的實際誤差、裝修設計的研討，都制約著深化設計的進展。

長期以來，施工單位也在做類似深化設計的工作，但只是局部性地解決問題。 機房需由專業(yè)的機房施工團隊自行繪圖并安裝；管井和走廊，則需要各個班組畫詳圖、開協(xié)調(diào)會等，總之，施工沒有深化設計過程是很難進展下去。 在國家標準《建筑工程設計文件編制深度規(guī)定》中，規(guī)定了建筑工程設計一般分為方案設計、初步設計和施工圖設計三個階段，而在《建筑信息模型設計交付標準》中，則規(guī)定了建筑工程設計應包括方案設計、初步設計、施工圖設計、深化設計等階段，首次明確將深化設計階段提到了國家規(guī)范的層面上。 但是，深化設計的內(nèi)容和圖紙表達方式都沒有相對應的標準，基于此現(xiàn)狀，筆者聯(lián)合行業(yè)同仁編制了T/CIAS－2－2020《建筑機電施工圖深化設計技術標準》，系統(tǒng)地規(guī)定了機電深化設計的流程、技術要求和出圖標準。

1.3 BIM 軟件與深化設計軟件的差別

深化設計是將達不到施工安裝深度的施工圖，設計完善到可以進行直接指導施工的程度，這種深化設計工作自從有了工程設計以來就存在，過去的手工繪圖、計算機輔助繪圖，都少不了深化設計這個環(huán)節(jié)。 BIM 技術是近些年建筑行業(yè)出現(xiàn)的一次新的技術革命，通過BIM 設計軟件把建筑、結構、機電、總圖等專業(yè)設計提升為可直觀理解的3D 數(shù)字化模型，基于BIM 模型生成高質(zhì)量的設計施工圖紙，為后續(xù)的高質(zhì)量施工、監(jiān)理和運維奠定基礎。也就是說，有了BIM 軟件，深化設計工作會變得簡單、直觀、準確。 如果使用了BIM 軟件進行設計，其設計成果或者設計圖紙還不能滿足施工安裝的需求，那只能說是深化設計沒有按照深化設計的標準進行完善和出圖，除了認知因素外，還有可能是軟件功能達不到出具深化設計圖紙的功能。 與深化設計軟件相比，BIM 設計軟件與之存在以下差別。

(1)BIM 的概念和機電深化設計的概念不同。BIM 即建筑信息模型，重點是信息＋模型；機電施工圖深化設計是對建筑機電設計進行綜合協(xié)調(diào)、細化完善、優(yōu)化校核的過程。 設計者可以使用BIM 軟件進行深化設計，以提高效率、精度和設計質(zhì)量，但深化設計工作并不一定需要BIM 軟件才能實施，可以手繪圖紙或使用二維CAD，或者更專業(yè)的施工圖深化設計軟件。

(2)BIM 軟件和機電深化設計軟件的交付物不同。 嚴格意義上，機電施工圖深化設計只需要出具滿足機電施工或加工的圖紙，而BIM 軟件的交付成果較多(詳見表1)，其重點在數(shù)字交付上，理論上BIM 是可以提交各階段的圖紙，但其深化設計階段的圖紙和模型，應該是滿足施工安裝要求的深度要求，如果達不到模型、圖紙、現(xiàn)場施工的一致，BIM 的成果數(shù)據(jù)就是假數(shù)據(jù)，達不到深化設計工作所要求的精度與細度。

表1 BIM 交付物的代碼及類別

(3)BIM 軟件和機電深化設計軟件的目的不同。 BIM 軟件是為了追求信息和模型全生命周期的連續(xù)性和完整性，而使用機電施工圖深化設計軟件是為了建筑機電設計圖紙對機電施工的指導性和準確性。

(4)BIM 軟件和機電深化設計軟件的適用性不同。 通用 BIM 軟件有 Revit、 Bently、 Dassault(CATIA)、ArchiCAD、Trimble(Sketchup)，機電專業(yè)BIM 軟件有Rebro、MagiCAD 等；高效機電深化設計的軟件有Rebro、Tfas、CADEWA，可用于做機電深化設計軟件有Revit、鴻業(yè)、 Tfas、魯班軟件、MagiCAD、AutoCAD。 BIM 軟件和機電深化設計軟件是可以相互滲透的，將深化設計的理念融于BIM 軟件之中，是BIM 落地的必經(jīng)之路。

2 機電施工圖深化設計軟件的技術要求

盡管機電施工圖深化設計可以使用BIM 軟件以外的其他手段來完成，在BIM 時代的今天，還是要將機電深化設計軟件的技術要求擴展到與BIM技術匹配的通用要求上，在提高深化設計的效率和設計質(zhì)量的同時，也能促進BIM 軟件技術的落地，也就是說，機電施工圖深化設計軟件需要在滿足機電BIM 軟件的要求之下，還能夠獨立地完成機電深化設計全過程的操作及深化設計出圖要求。

2.1 機電施工圖深化設計軟件應該是一款BIM軟件

在筆者看來，BIM 時代將終結機電二維設計的思維模式，機電設計將在模型空間里對各專業(yè)的系統(tǒng)、空間和相關信息及模型集于一身，將過去需要幾個專業(yè)完成的包括信息整理、概預算數(shù)量統(tǒng)計等在內(nèi)的工作融合到模型中，通過BIM 軟件空間和實物展示功能的操作，可以讓設計人員很快了解機電系統(tǒng)與土建之間的空間關系，有助于減少深化設計的人員成本。

因此，深化設計軟件應具有BIM 功能，并滿足以下條件:(1)輕量化運行、操作簡單便捷、可實現(xiàn)空間的可視化等基本要求；(2)可進行計算模擬、基本構件庫、碰撞檢查、材料統(tǒng)計、動畫漫游等操作；(3)可進行機電BIM 模型的信息的輸入，包括設備廠商信息、設備參數(shù)、連接方式等；(4)能夠快速對應設備的采購信息和模型的制作、替換以及屬性信息的導入；(5)機電BIM 模型用于工廠預制加工時，應滿足管道和風道分節(jié)、下料、統(tǒng)計工程量、提取加工圖等要求；(6)根據(jù)工程需要和現(xiàn)場安裝條件，能夠按照工廠制作工藝快捷地繪制預制加工圖紙；(7)應保證模型和圖紙的一致性。

2.2 機電施工圖深化設計軟件應該便于進行管線綜合

深化設計環(huán)節(jié)中管線綜合是解決機電各專業(yè)空間合理問題的關鍵工作，任務繁雜、周期長、受制約因素多，以及建筑項目、裝修設計、設備采購及設計系統(tǒng)的變化都會影響深化設計的進度，增加深化設計的工作量，而軟件方便綜合調(diào)整，能把設計師從繁重的建模工作中解放出來，把更多的精力用在專業(yè)綜合的推敲上。

2.3 機電施工圖深化設計強調(diào)的是深化圖紙

盡管BIM 技術的應用越來越普及，但只要機電安裝還需要看圖施工，工廠加工還需要參看加工圖紙進行加工制作，那么施工圖與模型的一致性就很重要。 筆者不認為傳統(tǒng)的二維施工圖是唯一的施工圖表現(xiàn)方式，或者也可以說，傳統(tǒng)的施工圖表現(xiàn)方式已經(jīng)落后于時代。 在《建筑機電施工圖深化設計技術標準》的標準中，特別規(guī)定了BIM 模型條件下的圖例表達方式，平面圖、剖面圖和放大圖的設備和管線以實物型體投影表示，必要時可附加信息標注，可對設備、管線和器件進行自定義圖例(其含義不應與現(xiàn)行國家制圖標準相矛盾)，并以此來推進國家的BIM 時代的施工圖制圖標準的改編。 圖1是施工深化圖的管井大樣的平面圖，與施工圖表達方式的不同在于，管線的實物尺寸優(yōu)先，其定位、預留洞和支撐構件等的表現(xiàn)非常清晰，管道的安裝空間維護空間考慮周全，對施工階斷具有非常好的指導作用。

然而，施工企業(yè)對深化設計普遍不夠重視，原因之一是深化設計費用沒有支出依據(jù)，其次是中國幾十年的建筑發(fā)展中，大多數(shù)項目沒有經(jīng)歷深化設計也照樣完成了施工，導致企業(yè)固步自封。 在住建部提出加快推進建筑裝配式技術的應用的背景下，部分企業(yè)雖開始嘗試裝配式施工安裝，也基本是以機房展示為主。 在機電施工圖和機電預制裝配加工圖之間，如果沒有機電深化設計這個過程，普及機電裝配式或機電集成安裝幾乎不可能。

圖1 施工深化圖管井大樣平面圖

3 日本施工圖深化設計軟件的應用介紹

3.1 軟件介紹

在日本，始終幾十年如一日的用施工圖(shop drawing)指導施工的傳統(tǒng)設計施工流程。 機電深化設計主流軟件仍是Tfas，占有日本機電軟件設計45%的市場份額，但Rebro、CADEWA 等日本機電BIM 軟件也正在逐步代替深化設計軟件但非BIM 軟件的Tfas 客戶。 機電軟件與建筑軟件之間通過IFC 格式進行數(shù)據(jù)交流。 還有更多的企業(yè)仍然沿用著以二維施工圖紙為主的軟件，為了加強各個軟件之間的數(shù)據(jù)交流，除了DWG、dxf 格式外，日本還自創(chuàng)了BEBridge 格式進行圖紙的交互，且大多數(shù)機電產(chǎn)品都會在財團法人建設業(yè)振興基金主導的數(shù)據(jù)庫中保存DWG、dxf、BE-Bridge、IFC 格式的設備庫文件。

日本的建筑深化設計軟件多使用ArchiCAD，也有少量的Revit 使用，即使使用Revit 進行建筑設計，但無論是實施設計還是施工圖設計，都不會使用Revit 進行機電設計，因為需要自行對Revit 進行二次開發(fā)、建庫后再用于工程。 其實，中國在這方面的開發(fā)經(jīng)費遠大于采購成熟軟件的費用，最終還很難說能夠得到一個屬于自己知識產(chǎn)權的軟件產(chǎn)品。

3.2 設計流程介紹

就民用建筑而言，日本的綜合設計院(事務所)并不普遍，都是建筑事務所、結構事務所、機電事務所、電氣事務所(以下統(tǒng)稱“設計事務所”)等獨立的專業(yè)事務所占據(jù)著設計市場的主導地位。 一個建筑物的設計，要通過諸多的公司協(xié)同作業(yè)完成，相對于中國各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)之外，日本設計同行還多了一層與不同公司進行協(xié)調(diào)工作的難點，因此，BIM 軟件之間的協(xié)調(diào)和兼容理應比國內(nèi)困難，但是，這一困難并沒有給日本的建筑工程帶來任何混亂。所有的工地都是井然有條、管理有序。 設計事務所主要進行方案設計和實施設計(等同于中國的初步設計深度深，但又不是施工圖)，施工圖(為了同國內(nèi)概念統(tǒng)一以下稱“施工深化圖”)是由施工單位和專業(yè)進行施工深化圖設計的公司分包進行，其深度就是國內(nèi)提到的深化設計的深度，直接用于指導施工。 各個專業(yè)使用各自專業(yè)擅長的專業(yè)軟件進行施工深化圖的制作，規(guī)定好各軟件之間的轉(zhuǎn)換格式，各軟件開發(fā)商嚴格遵守軟件轉(zhuǎn)換通用格式的規(guī)則，計算機輔助繪圖時代是DXF、DWG，BIM 時代是IFC，各軟件之間都能無縫兼容。

日本施工企業(yè)，沒有施工深化圖紙是不會擅自施工的，哪怕最簡單的地漏位置。 施工深化圖的設計環(huán)節(jié)作為日本施工過程中的重要技術環(huán)節(jié)，是他們施工管理、施工質(zhì)量、裝配式施工能夠順利進行的基礎保證。 例如，日本一個10 萬m2的建筑工地，施工過程中做機電深化設計，光機電BIM 軟件Rebro 就同時需要100 套以上，工作強度和成果精細度不言而喻。 日本的施工深化圖連支吊架的預埋都事先做好了，土建施工的同時就進行螺栓預埋，以免后期開鑿樓板，所以，日本所有的機電專業(yè)軟件都有一個支吊架在樓板預埋螺栓的排布功能，而這些軟件引進中國之后，幾乎沒有一家企業(yè)使用過這個功能。 此外，日本的施工深化圖設計費用是按照每張圖紙耗費的平均人工進行收費的，總費用在施工造價的3%左右，施工深化圖的質(zhì)量和效率是影響施工質(zhì)量和工期的關鍵，開發(fā)便捷高效的輕量化設計軟件是市場決定的。 因此，施工深化圖無論修改幾輪，只要修改花費了時間，就需要支付費用，誰提出修改誰付錢，費用層層申報。

4 結束語

深化設計是歐美及日本建筑機電施工的重要依據(jù)，國內(nèi)對此尚且重視不足。 如今BIM 技術的應用遲遲不落地，也使得政府和行業(yè)協(xié)會認識到，深化設計是提高施工質(zhì)量、降低建筑施工成本的必要階段，普及推廣已經(jīng)迫在眉睫。 深化設計市場潛力巨大，深化設計軟件的開發(fā)和使用也應該順應未來的市場需求。