机电工程一体化信息模型构建技术

幸 智， 朱 毅， 孙文彬， 刘 丁， 陈向东

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司， 四川 成都 610072)

0 前 言

随着技术的发展，BIM在工程设计、建设和管理方面的地位越来越重要，并在工业和民用建筑行业得到广泛应用，但在水电行业，很多设计院对机电BIM投入了大量的人力、物力进行研究、摸索，但仍存在以下问题：

(1)目前BIM设计大多停留在三维模型展示阶段，无法使用BIM软件生成及交付符合国家标准的二维施工图纸。

(2)相较于设备资源库成熟完整的建筑行业，水电工程中的机电设备种类繁多，数量庞大，且各厂家的尺寸规格差异巨大，应用于水电工程机电BIM设计的设备资源库极为匮乏。

(3)相较于传统CAD，BIM设计流程有诸多不同，比如三维模型校审、模型固化等，加之参与水电工程设计的专业较多，各专业的BIM应用进展和技术水平不一，造成设计效率低下，BIM的优势得不到体现。

针对以上水电行业BIM设计的三大难题，以笔者为主的“机电BIM设计专业应用开发及基础建设”课题组，以Revit软件为BIM设计平台，以传统水电工程CAD制图标准为参考，研发定制了让BIM模型生成符合国家标准二维施工图纸的软件环境，建设并管理了水电设计中种类繁多、数量庞大、结构复杂的机电设备专业资源库，同时在BIM设计实践中，对BIM设计流程进行了完善、更新，制定了与BIM设计匹配的管理规定及作业导则。本课题成果真正将BIM技术融入机电专业设计生产中，实现了设计效率和质量的双重提升，开启了超越传统CAD制图的新一轮水电设计方式的变革。

1 总体思路及实施原则

为实现水电工程机电专业BIM正向设计，规范制图标准，提高设计效率及品质，需对 Autodesk Revit软件进行专业化定制和二次开发，通过对软件进一步扩容、优化、更新，使其内部属性满足水电工程专业设计技术和标准要求。基于此，本课题制定以下五个实施原则：

(1)满足项目需求。所建立的BIM模型需满足项目实施标准，BIM设计产品需满足项目应用。

(2)符合制图规范。所出图纸能满足传统二维制图标准，并使图纸更规范、细致、美观。

(3)减少重复工作量。通过模板化最大限度地减少设计人员重复设计工作量。

(4)保持灵活性。在减少重复工作量的同时，预留手动接口来处理设计中的特殊问题。

(5)适用于专业间模型传递及整合。专业样板文件需满足BIM模型的通用传递性以及专业间模型的协同整合。

2 机电一体化信息模型构建技术

为保证机电专业BIM设计成果的统一性、完整性和准确性；促进全体设计人员规范化、标准化的实施BIM设计；满足BIM设计全生命周期管理以及提高BIM设计效率的目的，本课题完成了以下三部分工作：

(1)Revit水电工程专业化定制。

(2)机电设备资源库建设。

(3)完善更新BIM设计流程。

2.1 Revit水电工程专业化定制

将水电行业机电专业众多的标准规范，以Revit软件可识别的方式输入对应参数，导入水电行业103本标准规范，定制了全新的图形界面、图案、线形线宽、尺寸标注、焊接标注、图纸字体、轴网、剖切、注释、各型管路、管件、管材、剖面模板等功能模块。同时，本课题开发定制了Revit软件材料表自动识别、自动分类统计机电专业的设备及材料功能(未开发前Revit软件是不能识别水机专业的设备及材料)，避免了传统设计中常出现的图纸材料量统计不准、错数、漏标等人为失误(见图1)。

图1 Revit水电工程专业化定制

大量的标准输入及定制，使Revit软件符合水电行业技术规范，成为适用于水电行业机电专业设计的BIM软件。在定制的Revit机电工程环境下建立的BIM模型有实际意义，其生成的二维图纸包含表达了传统CAD图纸的设计内容，具备技施蓝图的要求。因此，具有同样的实用价值和法律效力。

2.2 机电设备资源库建设

在以Revit平台实施BIM设计过程中，资源库中的设备族数量和质量直接影响着设计效率和品质，高质量族积累越多，效率就越高。每个设备族的建族过程包括样本筛选、族几何构建、族参数、公式逻辑构建和族测试。参数化专业资源库示意见图2。

机电专业族库的基础建设采用参数化建模方法，以真实设备的样本数据为基础，将数以千计的设备族精简为83个参数化族和40个项目应用族，适用于2 452个场景，使设计人员在BIM设计过程中快速、准确地提取优质的设备模型。其中水力机械专业设备资源库模型内容涵盖了8大设备系统，包括阀门、油气水设备、消防系统、自动化元件、起重设备等，满足了常规水电站BIM设计的要求。

图2 参数化专业资源库

2.3 BIM流程完善优化

BIM设计有别于传统的二维设计，不仅软件、操作不同，而且设计思维思路也与传统CAD差异巨大。故本课题组认为，在BIM设计过程需总结一套专有设计流程，设计人员按照BIM设计流程进行工作，才能获得BIM设计的最大价值。因此，BIM设计流程和BIM管理办法的定制是BIM设计中不可缺少的一部分。

在传统CAD设计流程的基础上，结合BIM设计的特点，制定了《常规水电项目招标技施阶段三维设计出图分类管理规定》《机电样板文件的制定标准和管理维护规定》《机电族库的创建标准和管理维护规定》《机电BIM建模和BIM出图的标准和管理规定》和《BIM设计校核、审查导则》5项BIM设计管理文件。这些既是BIM设计的生产管理规定，也是BIM设计专业生产导则，更是BIM设计标准的支撑，它们是水电行业机电专业BIM设计的基础建设，在后期的实践中要正确地维护、保护本项目创造的成果，形成一套完整的措施。

3 创新与特点

本课题基于Revit设计平台，研发定制了符合水电工程机电专业设计需求的BIM软件，具有以下特点：

(1)BIM机电专业化定制。参考现行相关出图标准和专业技术标准，为水电工程机电专业定制了BIM设计软件环境，使Revit软件的默认设置符合水电工程机电专业设计要求，其成果满足机电专业相关规范。

(2)BIM正向设计。实现了从三维模型展示到三维出图，用BIM模型生成及交付符合国家标准的二维施工图纸。目前该成果已全面运用于两河口水电工程、加查水电工程机电技施设计中，从真正意义上实现了可生成三维施工图纸的BIM正向设计。相较传统CAD图纸，使用BIM模型生成三维图纸效率更高，更加清晰直观，图纸质量、效果焕然一新，获得业主的一致认可与好评。

(3)参数化资源库。建设了以设备厂家样本数据支撑的、以参数化技术构建的机电专用资源库。参数化的族库减少了重复建族的时间成本，提高了资源库的使用和管理效率。

4 结 语

目前，在国家尚未出台水电行业BIM设计标准的情况下，本课题成果是水电工程BIM设计基础建设的重要内容，也是新一轮水电设计领域机电专业的技术革新，也将促进BIM技术在水电设计领域内的进一步推广与应用。

在逐渐超越传统CAD设计的潮流过程中，本项目成果符合现有行业标准规范的样板文件、丰富优质的水电设备资源库和完善的BIM设计流程，实现了设计效率和质量的双重提升，其价值将会在不断发展的BIM设计中显得越来越明显。