浅析BIM技术在建筑电气设计中的应用和发展

马 奇

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司, 上海 200092]

0 引 言

以Revit软件为代表的BIM平台为建筑电气设计工作提供了很多便利。尤其在比较复杂的建筑结构的项目中,能够帮助电气设计人员解决很多棘手的设计问题,优化设计思路和设计成果。BIM技术所拥有的价值不止步于设计施工图,也能够为后续的项目施工,尤其是项目进入运维阶段后,为业主方提供一个高效的管理平台。本文以某美术馆项目为例,简述基于Revit软件的BIM技术在建筑电气设计阶段中的重要作用,以及为项目的运维带来的价值和意义。

1 工程概况

某工程原为水泥厂,改造完成之后作为美术馆使用。项目总体分为A区、B区、C区、D区4个区域。地上建筑共计4层,单体高度为22.85 m,地下室1层,深度-6.00 m,采用框架结构和剪力墙结构。原有的建筑功能区域包括中央大厅、雕塑创作体验区、艺术家驻留创作基地、艺术商店、办公及设备房间等,新建区域包括人行天桥、环形平台、艺术长廊。

2 电气设计阶段中BIM技术的优势

2.1 解决管线碰撞

由GB/T 51447—2021《建筑信息模型存储标准》[1]中表6.7.2针对电气专业特有元素类型的定义可知,电气设计作为机电设计的重要组成部分,所包含的电缆桥架、电气设备、电缆段、灯具、太阳能装置、变压器、通信设备、网络设备等与给排水专业、暖通专业的管道、设备必须协调有序,能够使得设计路由最优化,现场便于安装。项目采用基于Revit平台的BIM技术,通过软件的协作作业模式,实现三维可视化设计。在设计过程中,实现施工模拟,提前感知未来可能发生的管线冲突,及时规避设计风险,减少设计图纸不可预知的各专业的冲突,同时也降低后期设计修正的工作量。

管线安装冲突区域在模型中翻折,规避碰撞问题。解决管线碰撞模型如图1所示。

2.2 降低设计难度

2.2.1 解决设计信息整合的问题

该美术馆项目为改建工程,原有的结构基础需要保留,由于原建筑建造年代久远,时间跨度较大,原设计图纸与现场实际存在明显差异,无法在原有图纸上完成后续的改建设计工作。所以该项目前期采用三维扫描成像技术,将现场实际建筑、结构实际构造生成BIM模型,机电设计过程中可以根据该模型开展工作,减少很多信息不对称所带来的麻烦,同时降低设计师的工作难度和工作强度。

2.2.2 降低复杂区域的设计难度

该项目构造不用于常规项目,构造复杂,部分功能区、走道空间狭窄,但为满足项目使用功能所需要配备的管线繁多,对空间净高的要求也很高。采用BIM技术,在Revit平台上实现三维模拟施工建造,可以直观地看到管线的空间排布情况,找到造成净高不足的原因,优化管线数量和路由,在保证使用功能不变的前提下实现对建筑净高的控制,不影响项目交付之后给参观者带来空间舒适度。以A区4F咖啡厅为例,该区域业主要求不做吊顶,管线安装在桁架内,不能在钢结构下方安装。该区域存在消防水管和电气桥架,还需要考虑钢梁开洞的尺寸和高度,平面图无法直观有效地表达安装方式,在BIM模型中,模拟施工安装,可以有效地降低此类区域的设计难度。桥架和水管穿梁三维模型如图2所示。

2.2.3 解决管线未预留孔洞的难题

项目框架结构和剪力墙结构已经完成建造。在常规设计中,电气需要贯穿结构的位置,需要电气设计师提给结构设计师,留好管线穿出穿入的孔洞。但是,该项目原先孔洞位置已经预留完毕,而且重新开凿孔洞会造成对结构的破坏。基于这种考虑,BIM结构模型根据现场的实际构造,将孔洞的尺寸、高度等信息表达在模型当中,电气设计师根据模型中已经存在的孔洞信息,合理利用这些孔洞,优化管线路由,在这些位置穿入穿出结构墙体,既能保证电气系统的连通性,也不会破坏结构的安全性。

2.3 便于深化设计工作的展开

2.3.1 机电深化设计的BIM应用流程

在完成施工图设计阶段后,项目现场实施过程中,需要根据设计文件开展机电深化设计,根据GB/T 51235—2017《建筑信息模型施工应用标准》[2]中图5.5.2所示,机电深化设计BIM应用典型流程如图3所示。

2.3.2 为深化设计提供参考

后续施工深化工作可以根据施工图设计模型展开深化设计工作,由于在设计阶段已经考虑到现场可能遇见的管线冲突、结构预留等问题,所以在设计文件提交给业主、施工单位时,可以由BIM模型提供现场安装参考剖面等信息,施工单位可以根据模型的路由作为有效参考,在此基础上进行优化,在满足国家标准的前提下,优化机电管线的空间排布方位更好地服务于项目的建造。管线安装参考剖面1、剖面2分别如图4、图5所示。

2.4 运维管理的优势

BIM的核心是信息传递、信息管理、信息应用[3]。BIM技术应该为项目的全生命周期服务。基于BIM的运维管理能让BIM技术实现进一步增值,包括项目空间管理、机电设施管理、应急保障管理、低碳节能管理等。

2.4.1 空间管理的应用

BIM模型具有参数化、可视化的特点,所有空间位置信息可以通过计算机读取和调用,方便工作人员进行空间管理工作。如果电气线缆、桥架出现故障,方便维修人员快速定位损坏部位的空间位置。在项目建造完成交付使用之后,可以将BIM模型运用到该美术馆的日常空间管理工作中。

2.4.2 机电设备管理

通过BIM技术,可以将原来各自独立运行的机电系统以及相应的附属设备整合在同一平台进行技术管理和控制,业主可以通过BIM平台了解各设备的运行状态。如该项目的屋宇设备,可以将电气、暖通、给排水的设备进行集中管理。

2.4.3 应急保障管理

采用BIM技术作为支撑的运维管理平台,不仅能对事件发生位置及时进行三维定位,同时也能起到预防危急事件发生的作用,即通过对事故易发位置的实时监测等手段,及时预处理,避免应急事件的发生。该项目如发生火灾事故时可以通过模型规划事故现场最安全的逃生路径,通过广播告知现场人员,及时安全撤离。

2.4.4 低碳节能管理

采用BIM技术,可进行日常的能源管理,采集能耗数据,分析能耗流向,改进能源管理措施,避免能源的浪费,及时对无效的能耗进行调整。例如,在无人员参观的区域,关闭部分灯具,或者降低亮度,减少电能的损耗。

3 存在的不足之处

3.1 没有利用BIM的所有优势

该项目设计周期短,时间比较紧张,因此并没有采取三维正向设计的思路,而是采取了伴随式设计的管理方式,虽然很大程度上节约设计时间,但是设计图纸和BIM模型会反复修改,造成不必要的人力成本。伴随式设计流程如图6所示。

3.2 无法完成全部系统图的设计

鉴于Revit软件的自身属性,在设计和绘制电气系统图时,相对于AutoCAD并没有很大的软件优势,甚至会呈现出效率较低的情况。因此,电气系统图的绘制仍旧采用AutoCAD软件来完成。

4 结论与展望

4.1 结 论

该项目采用了BIM相关技术,使得项目自立项之初开始,就充分发挥了该项目技术的优势,解决了复杂结构的机电管线碰撞问题,在设计阶段就伴随着管线的优化改进工作,提高了项目的可实施性;采用新技术,降低设计图纸的错误率,便于在改建工程中,保护主体结构的完整性、安全性;为后续项目施工提供非常便捷的参考依据,解决了复杂区域的机电施工难点;为业主在项目投入使用之后的维护运营提供了基础材料,便于业主管理。

4.2 展 望

BIM技术已经成为重难点工程的必备技术之一。随着建筑业市场信息化进一步的发展,设计师将来会以建筑信息模型(BIM)、整合地理信息系统(GIS)和物联网(IoT)等技术,结合城市的多维度信息模型数据,构建城市信息模型(CIM),使未来的项目建设与城市的生活空间一起成为城市信息有机综合体。

5 结 语

以Revit为代表的BIM技术平台作为工具,所具备的软件优势会随着技术的进步而变得不再那么显著。改变平台和技术的使用环境、使用范围、使用方式才能使得它发挥更大的优势,因此不仅要满足项目本身的需求,同时也要随着信息化的进步而发展,更好地为人们的生活服务,为社会的发展和技术的进步提供新的思路。