BIM技术在智慧化能源站设计中的应用研究——以雄东区域能源站为例

林婵，张越

（1.中国市政工程华北设计研究总院有限公司合肥分公司，合肥 230000；2.青岛市市政工程设计研究总院有限责任公司，山东 青岛 266000）

1 引言

BIM 是以从设计、施工到运营协调各阶段的项目信息为基础而构建的集成流程，它具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性5 大特点。能源站项目建设过程中，专业多，设备管路错综复杂，碰撞冲突容易出现，从而导致工期延误，给工程管理带来诸多困难[1]。

BIM 技术的应用，不仅能提高设计质量，减少图纸中错漏碰缺的发生，使设计图纸符合施工现场的要求，并能辅助工程施工管理，更好地适应数字化智慧化城市建设的发展需求。

2 项目概况

雄东片区位于河北雄安县县城东侧，是河北雄安新区先期建设的区域之一，能源站项目位于雄东片区B 社区。工程新建能源站7 座，新建供热站27 座，新建入廊热力管线约7.774 km，其中能源站为全地下构筑物。能源站在设计过程较常规建筑设计而言复杂且具挑战性，表现如下。

1）空间紧凑，管线错综，结构复杂，任何一处设计纰漏都可能造成后续施工困难。

2）各构筑物彼此紧密排布，施工图要能反映各单体与相邻构筑物间的联系，施工图的绘制复杂。

3）构筑物防火疏散通风等一系列安全性措施十分重要，必须周全考虑。

因此，为顺利完成该工程，采用BIM 技术，借助三维设计手段来解决设计上遇到的难题，并在实践中实现如下目标。

1）协同。采用BIM 软件，各专业借助项目服务器在同一平台协同设计，实时将修正内容上传至服务器，使得各专业即时互通，避免了因沟通不及时造成的纰漏，大大提高了设计精度。

2）同步。建立的三维模型与图纸关联，只要修改模型，对应的平面图、剖面图自动同步更新，避免了在出现变更时，部分图纸出现漏改的情况，极大地提高了设计效率。

3）虚拟现实。三维模型直观、立体，相比于二维设计，构筑物内部构造一目了然，错综复杂的管线在高程上的交叉、碰撞等问题也易于发现并更正，减少了因设计疏忽造成的不必要的设计变更。

4）自动生成剖立面图。模型建成后，可随意角度进行剖切，实时生成相应位置剖立面图，极大减轻设计人员的工作量的同时，也保证了图纸的准确性。

5）工程量统计。参数化模型搭建后，可精确统计土方量、设备信息及管材耗量。

6）施工辅助。通过浏览虚拟模型，配合局部复杂结构的3D剖切图，设计人员可与施工方进行顺畅沟通。

3 工程应用

3.1 BIM数字化应用平台与专业从业人员构架

3.1.1 人员架构

工程专业从业人员构架如图1 所示。

图1 工程专业从业人员构架图

3.1.2 软件平台

各专业对应BIM 应用软件类型如表1 所示。

表1 各专业对应BIM应用软件类型

3.1.3 建模前准备

1）要明确项目需求。项目开始时，编制符合项目需求的信息模型策划书，具体内容如下：项目概述、应包含项目类型、规模、需求等信息、工程信息模型信息命名、分类和编码，以及所采用标准名称和版本。

2）明确建模深度。为更直观地阐明模型深度与模型工程信息的关系，引入模型深度等级的分类方式，各专业工程模型深度应由几何深度等级和属性深度等级组成。工程模型建模深度等级分为4 个等级。根据《雄安新区规划建设BIM 管理平台数据交付标准》对阶段进行划分，其中L1 对应BIM1-2 规划阶段，L2 对应BIM3 设计方案阶段，L3 对应BIM4 施工阶段，L4 对应BIM5 竣工阶段。

3）制定建模规则。划分模型单元，将各专业系统进行分类。

4）统一项目模板。设置出图模板并且要建立完备工程图库，如图2 所示。

图2 热力Cel l 库设备模型

3.2 设计施工

3.2.1 精细化设计

基于施工图模型内的所有内容进行碰撞检测服务，通过三维方式发现图纸中错、漏、碰、缺与专业间的冲突，从而预检施工过程中可能出现的问题，提前解决，避免工期延误或返工。图3 所示为建筑、暖通专业所建模型剖面。

图3 燃气锅炉房BIM模型剖面

3.2.2 材料统计

在BIM 模型建立过程中，对构建材质进行准确定义，在模型建立完善之后，可进行各专业材料统计。便于实施材料购买计划，控制施工进度。

同时，材料清单列表内容与模型实时联动，在出现设计变动的情况下，更改BIM 模型结构或者某些构建材质，材料清单中的材料统计量及工程量都会随着模型的变更而变动，操作便捷的同时还能够保证算量统计的准确性[2]。

3.2.3 施工进度模拟

利用Navisworks、Fuzor 等软件实现项目的仿真建模，4D模拟以其直接可视化的特点可以清晰地展现施工过程中的场地、设备、人员与可能出现的矛盾与缺陷，以增强项目的可执行力。现场模拟可与实际施工现场情况进行相互联系，实时反映实际施工进度，工程实施过程中是否出现拖延时间、工期延期等现象在进度表中一目了然，便于工程管理部门宏观调控，并从中调整工作平衡；施工模拟还可以起到指导施工的作用，对于复杂的施工方法及新型施工方法，能够起到很好的教程作用，便于施工人员快速学习、准确掌握并正确施工。

3.2.4 出施工图

应用BIM 软件在精准建模的前提下，可进行出图，包括三维轴测图、二维平面图、立面图（见图4）、剖面图（见图5）、透视图等，图纸可与模型实时联动，更改模型则图纸可自动更新，无须设计人员逐一进行手动更改，减少因设计变更而引起的工作量，同时降低图纸出现错漏的概率。

图4 换热站房BIM模型生成立面图

图5 换热站房BIM模型生成剖面图

3.3 技术交底

将BIM 技术应用于三维技术交底中，结合传统二维图纸与三维BIM 模型，可摆脱CAD 时代的识图难的问题，尤其在复杂节点或者复杂构件的技术交底上，三维模型具有毋庸置疑的优势，从而达到指导施工的目的。

3.4 虚拟漫游

项目汇报时可以导出虚拟漫游文件，向建设单位展示项目的全貌，同时还可以在线进行测量和信息读取。让建设方、施工方、监理方均能直观地感受到项目的情况，比以往的3D建模的可视化效果更好。

3.5 全景展示

将BIM 模型导入渲染软件，在模型基础上添加真实的自然环境，如植物、人物、动物、车辆、天空和水等环境效果，如图6 所示，可渲染出高品质的视频与效果图[3]，呈现出项目完成后的精致场景，在设计完成时即同步呈现出理想的虚拟可视化景观解决方案。

图6 可视化景观效果

3.6 智慧运维

为服务本项目后期智慧运维需要，在重要监测点安装相应传感器等设施，并为项目后期智慧运维系统的接入提供技术支持，并且保证应用技术的前瞻性，确保在长期的发展过程中，智慧平台具有可持续发展性。

智慧管理平台可实现项目运维期间的数据采集与实时监控，能够及时发现问题，并为管理人员提供解决建议，便于管理人员决策。

同时为更好地融入雄安新区规划建设BIM 管理平台，项目在BIM 建模期间可根据《雄安新区市政工程BIM 模型成果技术导则》《雄安新区市政工程数据对象编码技术导则》 对模型进行信息挂接，完全按照标准进行模型的建立与交付，如图7 所示。

图7 智慧管理平台

4 结语

本文通过设计实例，简要分析了BIM 技术在能源站设计阶段中的应用。随着大数据时代的发展，BIM 技术在能源站建设和运维领域完成了三维建模的又一次创新与进步，利用了三维建模的可视化、碰撞检查等一系列特性，设计者可以对前期的设计阶段进行调整，避免了能源站后期施工过程中因设计与现场施工不协调造成的拆改和返工，从而有效降低人工及材料浪费，控制成本，缩短工期，同时为智慧化城市建设提供了基础保障。