BIM技术在建筑设备工程中的应用价值分析

赵家敏 刘亚基

（云南开放大学，云南 昆明 650223）

建筑设备是现代建筑的必要组成部分，是为建筑物使用者提供生活和工作服务的各种设施和设备系统的总称。建筑设备不仅关系到建筑物的使用功能，而且还影响到建筑物的经济性。建筑设备主要包括建筑工程给排水、供配电、电气照明、防雷接地、智能化、通风采暖等系统，这些系统功能好比人的神经、血管和内脏等，使建筑物具有强大的生命力。建筑设备及管线在建筑物内部交叉布置、相互连接、明暗排布，在安装施工时经常发生碰撞，在竖向上发生净高与避让冲突。应用BIM技术软件的碰撞检测、净高分析、孔洞预留等功能，可在设计建模和模型深化阶段提前解决设备与设备、设备与结构等在实际施工中可能发生的各种交叉碰撞问题。

1 BIM技术概述

BIM技术又称建筑信息化模型，应用于工程全生命周期，通过三维数字技术将项目策划、设计、实施、运营和维护等所有信息整合在一起，使项目参与各方都能更快捷、方便地参与其中，更好地掌握项目信息。

在建筑设备工程中常用的BIM技术软件包括Revit、MagiCAD、 品 茗HiBIM等。 其 中，MagiCAD广泛应用于给排水、消防、通风、电气等建筑设备专业的建模与深化设计，为建筑设备工程师提供设备各系统模型搭建和管线综合深化设计、支吊架、算量、出图等工程实践应用，还能为用户提供流量叠加、管道压力分布、系统平衡、噪声等计算功能，协同产品库文件及数据中心实现建筑设备管线安装，优化整体BIM解决方案。品茗HiBIM机电插件软件涵盖建模翻模、标准出图、工程算量、设计优化等多种功能，在支吊架、机电预制、管线出图、综合优化方面的碰撞检测、净高分析、管线避让、开洞套管等功能强大，通过对BIM模型快速拆分，并形成管线长度统计表，满足施工现场预制装配等需求，能有效提高工程师的建模和深化设计效率，有利于提高模型精度和全模型应用。

2 BIM技术应用价值

建筑中的各种管道都在增多，如建筑给排水、消防、采暖、空调、电线等管道。要使这么多管道在建筑设备安装过程中不发生碰撞，且整齐美观，必须在施工前进行模拟安装，对管道进行碰撞测试、调整、优化，这对提高施工质量，减少施工返工率和成本，避免后期出现重大失误有着非常重要的作用。以往的建设项目对于设备管线碰撞问题需要花费资金去拆装、返工，应用BIM技术，可以避免出现这样的浪费。在BIM三维模型的基础上，可以对各专业进行深化设计，保障给排水、电气、暖通等各系统综合排布合理，及时发现各专业之间的碰、漏、错等问题。BIM技术在建筑设备中的应用价值主要体现在以下几个方面：

（1）利用BIM技术模拟建造过程。通过BIM技术模拟施工演示，可提前发现施工过程中工序错乱造成的返工、窝工等现象，以及现场布置不合理造成的二次搬运等问题，减少资金和时间成本损失，有利于城市管理信息化和智能化系统建设。

（2）利用BIM技术优化设计。在项目规划设计阶段，利用BIM技术进行方案比选、协同设计、碰撞检查，特别是对大型公共设施开展能耗分析、安全疏散分析等，可优化后期运营阶段紧急状态下发挥安全疏散系统的价值。同时，通过BIM技术数字孪生完成各系统设计建模，在现场完成三维数字模型建造，并协同多专业优化设计，规避缺陷，降低损失。

（3）利用BIM技术实现可视化交底。在建筑施工之前，利用BIM技术可视化功能采取图文并茂的形式对重要、复杂的节点位置和工序进行交底，使施工技术交底更直观、更形象，有利于加快施工进度和质量，特别是一些复杂设备管线安装顺序及节点位置连接方式，通过三维模型图像展示出来，可以使施工重点、难点可视化，提前预见问题。

（4）BIM技术出图与计量。应用BIM技术进行工程项目建模正向设计，可提高后续专业协调和出图效率，特别是在施工、造价和运维等阶段的信息共享、协同设计等应用价值较高。利用BIM数据库功能，可真实提供造价管理工程量数据，通过计算机快速统计、分析各种构件，可获取准确工程量，有效提高工程项目成本估算、概算、决算等造价全过程的管控和精细化管理。

3 BIM技术应用价值分析

传统CAD设计模式存在图纸冗杂、错误率高、变更频繁、协作沟通困难等缺点，而BIM设计模式能较便捷地解决这些问题。在工程设计阶段，建筑师通过BIM技术，利用三维可视化空间角度及逻辑思维设计优化与协调变更，能让业主更直观地了解项目投资收益及成果。目前，政府已开始强制要求在项目中使用BIM技术开展可持续施工、精益化施工、智慧化管理施工、建筑产业信息化。在工程质量技术要求和市场运营成本越来越高的背景下，在建筑行业中积极推进BIM技术的应用，是未来建筑行业发展的最佳选择。

3.1 设计方案比选与计量

建筑设备工程管线连接标准化程度低、数量型号多，为用户提供的比选方案少，针对用户提出的要求修改难度高，工程量大。而应用BIM技术的三维立体模型展示，可快速找到并修改系统模型参数，并根据用户需求输出多套比选方案。通过模型数据共享方式可为后续修改、协调提供捷径，为用户提供更直观的沟通交流模式，最终实现设计最优效果。同时，运用BIM技术将各专业设备构件智能转化，结合平台数据库，可真实获取造价管理工程量数据，使用计算机快速统计、分析各种设备管线，有效减少烦琐的人工操作和潜在错误，实现工程量与设计文件的一致性；通过BIM 技术获得准确模型，可使工程项目的成本估算、成本比较、材料管理、竣工决算等造价全过程管控和精细化管理更精准，提高设计阶段的成本控制能力。

3.2 协同与深化设计

机电设计师分别参与不同建筑设备系统的设计工作，对各专业系统设计整体协调因素考虑较少，如果后续施工过程需要二次协调拆改，会造成大量时间及成本上的浪费。通过BIM技术的协同设计，所有专业设计师可依据统一设定的颜色、样式等设计标准和平台进行设计，建立各自专业的三维设计模型，实时在平台上进行汇总整合分析，有效减少各专业之间沟通不畅导致的错、漏、碰、缺，真正实现所有信息图元的统一性，可实现一处修改其他自动修改，提升设计效率和设计质量。同时，可以根据BIM模型对复杂节点进行深化设计，输出剖面图、三维图片等，发给各个专业的施工安装人员，指导现场施工，减少返工现象。另外，使用BIM技术对大型公共设施进行能耗分析、光照分析、安全疏散分析等，可为后期运营维护阶段的安全疏散系统提供较大的指导价值。

3.3 碰撞检查与管线综合

建筑土建专业设计师在设计时不会为建筑设备管线专业系统预留孔洞，在管道管线安装时需要重新开孔穿管，这不仅增加了施工及恢复工作的难度，还增加了施工安装时间和成本。通过BIM技术的碰撞检测，可将各专业建立的三维设计模型进行合模，并检测分析，提前准确找出各专业在空间上的系统设计碰撞冲突点，形成碰撞数据报告，提供给建设、设计、施工及监理等单位，并组织各专业设计人员进行会审协商，提出设计调整解决方案。同时，碰撞检查与预留预埋、高程调整、管线综合等功能组合使用，可依据规范和算法自动实现翻弯、绕弯、调整管线高度（见图1），自动优选安全验算；在机电和土建专业结合做深化时，自动生成洞口和套管（见图2）；在管线安装之前，自动标注、定位、避让等，确保设计方案的可实施性和图纸的可建造性。

图1 管线调整

图2 墙体开洞

3.4 出图与会审

在传统CAD二维平面图纸中，图纸信息修改不便，图纸修改会连带影响其他关联图纸信息变动，出现错误也无法识别出来，这会影响图纸设计质量的提高。同时，在二维平面进行图纸会审枯燥乏味，不能全面地查找图纸错误。通过BIM-3D技术的出图性，可在BIM模型中实现二、三维联动，利用BIM模型数据源实现模型到图纸的自动更新；同时，各专业的BIM工程师可利用中心文件工作集开展图纸变更、自动审图、可视化审图等应用，提高工程设计质量和效率。随着国家对BIM正向设计标准的出台和推进，将从工程全生命周期起始阶段的设计建模开始改变，可为后续造价、施工、运维等阶段的信息共享、设计协同、出图会审、效率提升等带来较大便利，减少施工阶段的返工现象，缩短工期。

3.5 可视化技术交底

传统的安装施工技术方案通过纸质材料表达操作思路与做法，会出现技术方案无法细化、不直观、交底不清晰的问题，导致施工质量不高，返工、误工现象时有发生。在施工前，通过BIM-4D技术的可视化功能，可对重要、复杂的建筑设备管线安装连接位置和工序，借助虚拟动画以图文并茂的形式多方位地呈现施工技术交底过程，将工序节点造型形式及注意事项以立体三维模型直观地展示给施工人员，使施工过程中的重点、难点部位可视化，提前预见问题，确保工程安装质量。

3.6 模拟建造

由于大部分施工现场可使用的场地少、材料多、设备杂，如果施工现场布置不规范，或设备材料堆放混乱，会导致多次搬运、返工现象频繁发生。通过BIM-5D技术的模拟建造，可在BIM平台将工程项目的相关模型与文件进行链接加载，生成三维可视化虚拟施工动态模拟流程，以此实现场地动态布置和可视化现场监管等功能，还可随时直观、快速地对比施工计划与实际进展，及时发现工作缓慢的环节，快速组织参与方有效协同。同时，通过BIM数字化、可视化技术结合施工方案、施工模拟和现场视频监测，可减少建筑安装质量和安全问题发生，减少返工和整改情况。

4 结语

建筑设备工程涉及专业较多，由人工检查设备管线交叉冲突费时、费力，且错误率高，无法及时发现碰撞点。通过快速搭建BIM模型，生成设备清单出量，指导支架型钢材料采购、支吊架预制加工及现场安装，实现所见即所得，将问题形象、直观地反映给各参与方同步协商解决。通过BIM技术与虚拟现实、3D打印等新技术集成整合，可在未来的智能建筑领域，甚至建筑智能建造方面，为生产者大幅度降低建设成本，提高材料及能源的使用效率，实现节能减排的效果，为实现“双碳”目标发挥重要作用。