基于某項目設計實踐的BIM應用分析

文／劉書言 上海悅安置業(yè)有限公司 上海 201600

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項目遭遇到設計不完善、工期拖延、造價突破預算、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，實現(xiàn)建筑設計綠色化的重要手段，顛覆了機電專業(yè)傳統(tǒng)的 設計施工理念，更確切的說是從方案到設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，成為了解決設計、施工、運營等全生命周期各個階段難題的有效工具[1]。

1、BIM在機電設計過程中的應用

BIM是建筑信息模型的簡稱，利用其輔助機電設計和安裝，能減少諸多不必 要的麻煩和重復性工作。BIM的應用應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方互相溝通。

在項目的初期設計階段建筑、結(jié)構(gòu)、機電等各專業(yè)設計師、造價預算工程師 等可以在共同的平臺上協(xié)同工作，轉(zhuǎn)變各個專業(yè)比較松散的設計過程為同步的緊 密聯(lián)系的協(xié)同設計[2]。首先BIM在設計初始階段可以通過自己相關軟件的計算功 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，無需進行重復建模就可以優(yōu)化建筑和機電的設計方案。

其次在設計過程中設計人員可以根據(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，隨時對設計過程中的各類問題比如設備空間、預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技術的應用對于設計階段的材料統(tǒng)計以及每個復雜區(qū)域各個方向的剖面圖繪制等繁瑣重復性工作可以一鍵生成，極大的提高了設計人員的效率，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)設計師都能看到其它專業(yè)的模型和數(shù)據(jù)，方便在設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過程中應用BIM技術之后各個專業(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，更好的指導施工并制定施工準確的施工計劃和材料造價預算。設備供應方尤其是預制構(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導可以更好更快的理解設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[3]。

2、BIM在項目實踐中的應用分析

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。該項目在前期設計階段運用BIM技術進行反向設計，即先利用CAD進行二維設計，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雜區(qū)域進行管線綜合，核對每一處建筑和結(jié)構(gòu)預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，以及材料清單和預留洞核對等工作，然后在施工階段根據(jù)BIM的模型指導施工方進行施工配合。由于每個不同的設計單位、不同的設計人員出圖質(zhì)量有所差別，所以BIM建模時就需要注意施工圖的版本、施工圖上設計人員的設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：

表1 BIM建模規(guī)則

運用BIM技術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。

圖1 BIM全專業(yè)模型

2.2 管線碰撞

由于在目前的設計流程下各個專業(yè)的設計人在進行自己專業(yè)機電設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。

圖2 機電管線和梁碰撞

圖3 機電管線之間碰撞

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)設計人員在設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致結(jié)構(gòu)專業(yè)承重等重新計算和設計，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)設計人員在進行本專業(yè)設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，這些碰撞在二維設計中是在所難免的，不可能要求也無法要求設計人員 做到不發(fā)生碰撞，但是通過運用BIM技術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)件以及相關設備等的碰撞，導致這些碰撞發(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)在設計時沒有考慮到其它專業(yè)的管線和設備布置，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)，然后各設計人員可以對當前問題及時進行解決，并且管線越復雜的項目越能體現(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雜的位置為地上空間的走廊和特定區(qū)域、地下設備用房以及其周邊。

本項目的利用BIM技術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)的基礎上根據(jù)預定原則進行管道調(diào)整優(yōu)化，最終達到機電管線布置既美觀合理，各區(qū)域凈高完都達到設計預定要求。

由上可以看出BIM在方案和施工圖設計階段優(yōu)勢明顯，可以把建筑、結(jié)構(gòu)、機電完整的整合到一起，較大的減少了設計人員的重復性繪圖勞動、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

設計階段完成進入施工階段后，設計工作并沒完全結(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、設計標準變化、現(xiàn)場條件變化等因素導致原設計變更，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技術運用效益

BIM技術應用效益無疑是所有從業(yè)人員關心的主要問題之一，因為這是任何一種新技術或新方法得以被行業(yè)普遍采用的必要條件。對設計院來說采用BIM技 術的協(xié)同設計后首先設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，與原本預計5個月的設計周期相比設計階段時間減少了12%，同時降低了人力成本開銷，比如設計人員現(xiàn)場出差費等，采用BIM技術后部分收益如表2所示：

表2 BIM技術的項目收益

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)件和設備都能提前采購和預制，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的降低機電設計和安裝合同總額，達成一個共贏的局面。

結(jié)語：

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

（2）通過 BIM 技術使項目各合作方都能受益，達到共贏。