公共建筑机电设计中BIM技术的应用

徐天芳，梁 珂，胡 伟

（中国矿业大学 建筑与设计学院，江苏 徐州 221116）

0 引言

BIM也就是建筑信息模型，主要是利用建筑三维设计软件以及工程设计软件，从而建立出“可视化”的数字三维模型，这一个模型能够为生命周期之中的开发商、设计方、施工方提供一个虚拟的建筑。通过这一个模型，就可以针对项目进行建筑设计，做好建筑施工，并且开展建筑的运营管理，进而满足项目成本的节约，同时也能够提高效率。

1 建筑工程中机电系统深化设计

1.1 设计参数收集

按业主提供的技术标书和设计变更指令，根据国内外设计标准，结合建筑物中的各区域功能要求，确定建筑物各区域的设计技术指标，收集各系统国家相关行业的设计规范和已获业主批准的设备制造厂家的设备性能参数。

1.2 确定各专业的设计方案

各专业设计负责人在项目总工程师的组织下，建立专业之间配合、协商、会商制度，在符合国家设计规范的前提下，明确设计深化的原则、范围、要求，确定各专业的设计方案。设计方案中既要保证业主提出的各项技术指标都能得到满足，又要在保证工程质量的前提下降低安装工程造价，同时设备参数表和计算书要单独列出。

1.3 绘制机电系统设备布置及各种管线的综合布置图

各专业设计深化后的施工图完成后，同时还应绘制各管线的平、剖面综合布置图，用不同的颜色标注各种管线，如吊顶内、管廊、管井、机房等部位各种交叉管线，平、剖面综合布置大样详图。做到既能合理充分利用空间和支、吊架布置各种管线，又能避免各施工专业各干各的，造成不必要的工程返工。

2 公共建筑机电设计BIM技术应用的优势及流程

2.1 优势

一般来说，公共建筑属于采用中央空调的，集商业、办公、旅游、通信、科教等于一体的公共建筑。但是，公共建筑本身的结构以及管线的排布相对复杂，利用CAD的设计无法满足建筑工程设计的具体要求，而复杂的空间关系以及建筑构件，就会对建筑工程的施工进度以及质量带来影响。并且因为设计所出现的变更也是比比皆是。BIM技术的出现，就可以将这些问题妥善的解决[1]。

在传统模式下设计公共建筑，其本身的设计图纸内容非常的复杂，并且在设计的过程中还会出现变更与修改，并且在这一个过程中很容易面临设计疏漏。一个公共建筑的设计图纸可能上百张，但是图纸信息无法做好设计的交流与沟通，并且对于后期的保管也会带来较大的影响。在进行施工的时候，施工人员需要参考若干张图纸，但是也未必就一定能够准确的进行施工，这样就可能造成施工浪费。

但是在公共建筑设计中应用BIM技术，其设计内容就会统一到一个模型之内，截取模型中的任意一个部位，就可以获取部位需要的全部设计信息和内容，进而造成遗漏或者是缺失。在进行图纸管理的时候，通过BIM技术就可以做好图纸信息的高效管理，实际上，建筑模型就是将设计内容作为有效的载体，进而从模型之中获取图纸信息。针对施工而言，BIM技术可以提升施工进度，进一步缩减施工成本浪费，最终提升施工质量。施工人员在现场施工的时候不需要施工图纸，只需要利用移动终端，将需要施工部位的模型直接打开，这样就可以观看相对应的设计内容，让施工人员更好的领会设计意图，确保能够一次施工，避免出现返工的现象。同时，在存在建筑模型之中，就可以应用BIM技术做好各种模拟或者是管理维护，这样也可以提升公共建筑本身的可持续性。

总体来说，在公共建筑之中应用BIM技术，其优势主要归结于：①能够有效的解决因为设计内容过于复杂，从而造成图纸数量庞大，不容易保存管理的问题；②解决共享与传递设计资料之中出现疏漏，进而导致同一部位的设计存在不一样的情况；③解决施工之中因为图纸原因造成的返工或者是出现的成本浪费，进而提升施工的效率；④解决后期管理或者是维护时候因为设计资料不全造成的影响[2]。

2.2 流程

（1）了解CAD设计图纸。目前，很多设计院依旧会先进行CAD图纸的绘制，然后将其转换成为三维模型设计。目前，BIM设计人员对于CAD设计图非常熟悉。在熟悉图纸的时候，就可以对工程项目的基本情况有所掌握，这样也能了解项目的整体设计规划。

（2）创建项目样板。在BIM设计图纸的时候，项目样板是标准，仅仅依靠软件本身的系统项目样板文件设计，是无法满足其标准的。BIM机电设计之中有很对与专业性设计相关的内容，在设置的时候无法满足专业设计的需求，并且在设计的初期阶段，还需要做好项目样板的进一步完善，这样就可以满足出图质量和设计效率的要求。

（3）BIM机电设计。在上述步骤结束后，就会进行机电模型设计与创建。BIM机电模型设计主要包含了给排水、暖通空调等一系列的设计。在设计过程中就需要掌握大量的内容作为设计的支撑要求。BIM机电设计主要包含了消防管道、给水管道、排水管道、通风管道等一系列的设计。

（4）优化机电模型设计。在模型优化的过程中，并不是重新的进行设计，这和CAD模式下的工作方式有一定的差别。在这里需要进行优化，主要是基于碰撞检测这一基础条件，按照相应的标准与规范来修改模型，这样就可以将建筑结构与管线之下的碰撞问题解决，从而对机电施工图设计进行优化，最终完善机电模型。

3 某大型公共建筑BIM机电模型设计与应用分析

3.1 项目概况

某大型公共建筑的总面积达到140000余m2，地上建筑一共25层，地下建筑一共3层，建筑的总体高度为99.45m。

3.2 模型链接及创建

在模型创建之中选择Revit系列软件进行：第一，直接选择Revit软件建立模型，进行相应的设计。第二，基于传统的CAD图纸，在设计图纸的基础上来进行三维建模。经过分析，本公共建筑选择第二种方式。

3.2.1 BIM建筑模型链接

按照已有的CAD设计图纸，首先创建建筑结构模型，其结构模型主要包含基础设计、各个楼层建筑结构设计、幕墙设计以及景观设计。其建筑结构模型见图1所示。这一结构能够成为后期机电设计的基础。作为机电设计师，按照建筑结构模型连接，基于这一基础，就可以进行机电专业方面的设计。

图1 项目建筑结构模型Fig.1 Project architectural structure model

3.2.2 BIM机电模型设计

在机电设计的时候，首先需要做好工作机的确定，在建立模型的时候，就需要按照显示的设计内容来进行合理的使用选择[3]。

设计视图需要针对系统来做好划分，如排水系统、空调通风系统以及电力系统等。每一个视图，会有不同显示样式的设计。协调平面本身作为综合各个专业的视图，就可以直接将设计的模型显示出现。

基于BIM机电模型来进行团队划分，每一个设计师需要将各自的设计任务完成，然后在机电专业负责人的中心文件与设计好的本地模型之中同步，然后做好模型的汇总，并且将各个楼层设计模型相互链接起来，通过软件三维显示，就可以查看三维视图，具体见图2所示。在三维视图之下，就可以随意的更换角度，仔细的观察模型，特别是针对重点部位的设计。

图2 机电模型三维视图Fig.2 3D view of electromechanical model

在完成建筑结构模型以及机电模型设计之后，就需要在同一文件之中将完整的BIM建筑信息模型完成。

3.3 模型应用

随着BIM模型信息应用的不断发展，BIM模型在三维动态漫游以及BIM图纸指导现场施工之中的应用越来越成熟。

3.3.1 三维动态漫游

在BIM技术之中，BIM三维动态漫游是一个重要应用。通过三维动态漫游，就可以对每一个设计细节更加直观的观察。Revit软件本身就带有漫游的动能，可以直接导出漫游动画，但是其本身不够精细，只能进行简单的观察。目前，有很多常见的三维漫游软件以及平台，如本项目选择使用的三围漫游软件Fuzor软件[4]。

Fuzor软件作为一款虚拟现实的BIM软件平台，可以满足与Revit软件双向的实时无缝衔接，也就是通过Revit软件所建立的模型，就可以与Fuzor实现同步的更新。在软件之中也可以将模型的设计参数全部显示出来。

并且在Fuzor之中，可以做好视角的任意设置，比如直接进入建筑物的内部，对建筑结构设计进行观察。直接点击建筑构件右上角，就可以对构件之中的详细信息进行检查。

类似的，直接将机电模型和建筑结构同时的导入，就可以实现BIM全专业模型三维动态漫游。但是考虑到项目过于庞大，再受到电脑软硬件配置的制约，就无法将模型的漫游效果完全展示出来。再加上时间的改变或者是天气等外界因素，就会对不同环境下的效果产生模拟。

3.3.2 BIM指导施工

BIM指导施工主要是基于BIM模型的应用，无论是二维平面图，还是三维图，都是非常精细化的图纸，在图纸之中包含了各种齐全的标注，相当于在图纸中呈现了未来的实际建筑，施工单位只需要根据图纸来施工，就不会有浪费的现象发生。BIM图纸一般通过利用详细的二维平面图作为主体，再配合上三维模型。另外，利用BIM导出IFC格式，再配合上AdobeReader9，就可以将三维设计图导出来，但是这一功能还不够完善，应用还有一定的阻碍[5]。

因为设计图纸较多，但是受到篇幅的限制，所以在设计图纸的时候，只呈现了一层设计图纸，图3为给排水系统标注图。

图3 给排水系统标注图Fig.3 Shows the water supply and drainage system

4 结束语

总言之，本文以某公共建筑作为实际的案例进行分析，对于BIM机电模型创建的过程进行详细的介绍，做好针对性的优化设计，希望通过这样的方式可以减少后期施工之中出现的问题。再配合上三维动态漫游技术生成漫游图，进而生成漫游文件，讨论BIM指导施工的方法与作用。

对于建筑产品而言，设计是从建设意图转变成为实际产品的核心环节，其设计的效率以及设计质量会对后期的各种进度产生直接的影响，这样也会对建筑总体的生产效率带来影响。随着“科学技术是第一生产力”的概念提出，科学技术受到建筑业的广泛重视，相对于传统CAD设计，BIM是全新的设计思路和设计理念的相互结合。BIM这一种全新的技术，相比传统设计，是否有优势存在，是否能够引领建筑设计，是否能够将建筑施工带入全新的模型，在设计领域之中推广是否存在实际的价值，这就成为本文研究的初衷。

总体来说，BIM技术的应用，相比传统的技术，能够解决大型公共建筑因为设计内容过于复杂所造成的图纸数量庞大，不容易保管的问题；并且在共享与传递设计资料的时候，也可以防范设计不易的问题；解决因为施工图纸问题而造成的成本浪费和返工的现象，进而提升施工的效率与施工质量；方便后期的管理与维护，不会因为设计资料不全，造成影响。

[1]常坤.建筑机电节能设计工程存在的现状问题因素及改进措施[J].门窗，2016，12.

[2]曹艳.建筑机电施工过程中创新技术的应用研究[J].建材与装饰，2016，46.

[3]陈亮.基于体验设计的机电产品设计方法研究[J].内蒙古煤炭经济，2016，21.

[4]章梦晨.基于BIM的机电安装工程深化设计应用研究[D].广州大学，2016.

[5]潘佳良.城市综合体机电项目设计管理研究[D].北京交通大学，2016.