BIM点亮智慧建造

自二十世纪七十年代美国学者查克·伊斯曼博士提出BIM概念以来，该技术已在全球建筑业中引起广泛重视。我国BIM应用的推广力度也正逐步加强，2014年北京颁布的《民用建筑信息模型设计标准》、上海发布的《关于在本市推进建筑信息模型技术应用的指导意见》以及于2015年实施的新版《绿色建筑评价标准》将应用建筑信息模型（BIM) 技术列为创新项等，都充分说明了该技术的先进性。

暖通专业作为建筑机电设计的重要一环，有着计算量大，管线复杂，设备繁多的特点。从BIM技术的角度看，无疑正是信息量大的体现。因此，如何高效利用BIM软件，BIM技术如何与原有二维设计对接，如何利用BIM技术进行协同作业，提高工作效率，如何推广该技术都将是一项考验。

笔者以一个实际项目的初步探索实践为基础，总结梳理了BIM技术的应用特点，并将其与传统二维CAD设计进行了对比，为相关设计企业与人员提供技术参考。

BIM实践概述

图1 中交总部项目建筑效果图

以中交集团南方总部大厦A座办公楼项目为例，该工程位于广州市，建筑面积153790平方米，地上43层，地下3层，主要功能有办公、商业、餐厅等，地下空间为停车库与机电机房。建筑效果如图1所示。

项目选用Bentley公司的ProjectWise（三维协同），AECOsim（BIM建模）以及Navigator（碰撞检查、校对审核、动画浏览）三款软件组成的工作平台进行了全专业的BIM应用，整楼总装模型如图2所示。

在使用BIM技术进行项目操作的实践过程当中，逐渐发现暖通专业CAD与BIM既有相通也有不同的地方。这就需要设计人员一方面进一步巩固自己的专业知识，彻底搞清设计原理、绘图表达等一系列问题，不照搬照抄；另一方面，则要改变固有的观念与习惯，克服最开始对三维建模以及相应信息输入的畏难情绪，对增加的工作量也要有所预估了解。暖通专业BIM与CAD应用特点对比如表1所示。

图2 中交总部大厦A座BIM总装模型

表1 暖通专业Bentley BIM软件与CAD软件应用特点对比

图3 BIM项目三维协同文件目录

笔者将根据表1中所列的BIM技术在项目实践当中的平台环境、建模过程、成果展示以及协同作业等四个方面的应用特点加以分别阐述，并总结相应的操作经验，以供参考。

平台环境

BIM技术的核心即为信息整合利用，提高效率。因此，解决各专业之间的信息孤岛问题是其重要目标。从这一意义讲，三维协同平台可以说是BIM技术实行的基础。暖通专业人员在运用BIM软件进行相关工作前，首先就要树立起在三维协同平台中工作以及基于嵌套参考关系的文件构架意识。

三维协同平台。利用运行于网络操作系统上的工程信息内容管理系统，使项目组各专业人员在同一平台下进行设计工作，无疑是BIM技术实施的基础。借助诸如ProjectWise这样具备权限管理、工作环境配置、项目文件组织架构等一系列标准化设计功能的软件，就可以实现信息高效、安全交互的目标。

BIM的所有信息应存储在服务器当中，并设置合理的工作目录，使得项目组中的每个成员都能够方便地找到所需的信息模型。同时又能够对不同类型的人员设置不同的读写权限，例如：重要的轴网文件等只有建筑专业人员方可改动，设备专业只能进行参考。中交项目文件目录如图3所示。

除了文件存储方式，协同平台还具备统一工程信息的作用，例如：图框、字体样式、工程单位制、构件属性、切面图符等一系列在二维设计中可能存储在每个项目成员个人电脑中的信息都可以被标准化，统一到BIM软件的工程种子文件当中，在项目运行过程中被所有成员调用。

基于参考技术的Bentley文件架构。确保项目运行在三维协同平台上之后，基于参考关系的BIM文件架构就具备了实施条件。针对暖通专业人员来说，较之CAD文件结构的一些习惯需要有一定程度的改变。

一般来说，BIM暖通的文件分为3个层级，分别是：整楼总装文件，楼层文件和分系统模型（如排风系统、排烟系统等）。BIM建模工作量主要发生在底层的分系统模型层级上，并通过逐层的参考，从而组装成楼层文件和整楼文件。其文件关系如图4所示。

通过上述多层级的文件架构，确立了中交项目从B3层到43层的暖通专业文件存储层级，具体内容如图5所示。

由上述实例可以看出，BIM工作要求暖通人员改变固有的文件操作模式，但仍然基于专业系统的划分。因此，专业人员在了解层级概念的基础上即可迅速上手，进行操作。

图4 基于Bentley的BIM文件层级架构

图5 中交项目文件层级实例

建模过程

BIM技术在三维空间当中进行建模是与CAD二维绘图较为不同的一种方法。在实际项目的操作过程当中发现BIM暖通建模主要可分为：1、风管，水管等自定义管道的定位与几何尺寸的建模；2、暖通专业信息的录入；3、自定义设备的建立与修改。

几何建模。虽然BIM是在三维空间当中进行建模，但对暖通专业人员来说，在掌握工作平面以及坐标系锁轴（类似CAD正交在三维空间的拓展功能）等技巧的基础上，对于大部分平面布置和高度控制都能与CAD操作的经验对应起来。工作平面的操作界面如图6所示。

当确定好相关的工作平面之后，只需使用BIM软件内置的管线建模功能，输入管径，并配合锁轴功能，确保管道在正交的情况下绘制，即可完成大部分建模工作。另外，将鼠标放置于专业构件上，即可显示其相应属性，例如：风管所属的系统，管径尺寸以及顶、底标高等，如图7所示。

完成绘制以后，可以使用诸如复制、旋转、镜像以及阵列等一系列操作对构件进行修改布置，唯一与CAD不同的是这些命令可以在Z轴方向进行操作。

专业信息输入。在BIM进行实体建模输入几何控制参数的同时，其实还需输入大量的专业工程信息。其中部分信息在CAD中是通过标注文字以及设计施工说明来进行表达的。例如：管道的坡道，保温厚度等。在BIM软件当中，这些信息被整合到统一的构件信息输入窗口之中，并在模型中予以展示。以风管为例，其BIM信息输入窗口如图8所示。

这些信息在BIM文件当中都可以清晰表达，并且对于其他专业有更为直观的参考意义。

图6 BIM建模空间工作平面设置

图7 BIM管道建模界面

图8 风管BIM信息输入窗口

图9 自定义离心风机箱调用界面

自定义设备库。暖通专业设备种类规格繁多，在目前BIM软件本地化还不够彻底的情况下，缺少设备无疑是推进暖通专业BIM工作的一个难点。笔者认为，基于方便实际操作的目的，应将BIM暖通设备分为三类，即：参数化设备；规格化设备；外部导入设备。例如：组合式空调箱这类由不同功能段构成，规格灵活多变的设备可以做成由若干几何参数控制，能够由用户输入长、宽、高等信息自主调节的设备；而诸如风机、水泵这类，几何控制参数极多，但规格能进行统计梳理的设备应做成规格化设备，方便专业人员调用；最后像制冷机这类构件极为复杂，而复用性较低的设备，应考虑由厂家提供3D模型导入到BIM文件之中。

中交项目当中的离心风机箱就是利用参数化软件建模，一次性自动生成多个规格的风机，并通过规定其平、剖面切图图符，性能参数等一系列定制工作而形成的一个风机设备库，从而满足了项目的需求。BIM调用离心风机箱的界面如图9所示。

图10 离心风机箱BIM模型

选择需要的离心风机箱信号，即可直接将风机调用至分系统模型之中，并附带设备性能信息，如风机全压，设备电量等。同时，当某些参数不符合要求时，也支持用户进行自行修改。风机外部的线框为定义的平、剖面剖切图符，当三维展示不需要时可以关闭显示，风机箱BIM模型如图10所示。

成果展示

BIM软件可以输出三维模型、二维切图、浏览动画和施工模拟等一系列的成果形式。同时，它也能够对模型进行轻量化发布，以满足校审，展示等需求。

模型展示。BIM技术为工程信息的表达提供了三维平台，针对不同的表达目的，软件可以通过分系统模型的可视性开关，不同的显示方式（如线框、透明等）加以表现，并利用层层嵌套的参考关系条理清晰地组装出暖通系统级、楼层级、整楼级等一系列的BIM模型。中交项目的机电专业整楼模型如图11所示。

同时，BIM软件也能够对模型进行轻量化操作，专门作为校审或展示使用。例如：打印成三维的U3D模型，插入到PDF中进行查看，如图12所示。

图11 中交项目机电专业整楼模型

图12 PDF展示轻量化暖通、结构模型

动态切图。BIM技术通过动态切图将三维模型和二维图纸关联起来，提高了模型的利用率，也更为清晰高效地表达了工程信息。

当完成BIM三维建模工作之后，还需对相应的平剖面进行切图，形成二维图纸。BIM技术虽然以三维视角为其建模方式，但它并不是放弃二维图纸，与此相反，BIM兼顾3D模型与二维图纸，也惟有如此方才能够更全面清晰地表现设计意图和工程信息。如图13所示。

协同作业

BIM技术基于参考关系的文件架构和工作模式能够有效地促进各专业之间的协同作业。特别是在需要各专业紧密配合的管线综合方面，BIM平台利用自动碰撞、标记等功能切实减轻了专业人员的工作量，同时也降低了错误率。

专业协同。以中交办公楼项目为例，该项目采用的Bentley AECOsim软件，能够对参考关系进行细致地操控，包括：更新状态、显示开关、嵌套深度、透明显示、可否修改等一系列功能，满足切图、展示等复杂的需求，参考关系如图14所示。

图13 走道多专业剖面、三维轴测图

作为一名暖通专业人员需要参考结构专业的梁、板、墙、柱，这样就能够直观地进行管线布置，充分利用梁格，斜坡，甚至网架空间。同时，由于采用了实时参考，也就意味着可以随时更新各专业的设计动态，那么诸如本专业的冷凝水管、给排水专业的雨水、污水等带有坡度，在平面图中不易表达清楚的重力管就能够在第一时间为其他专业有效获悉，并及早合理安排本专业管道走向，规避碰撞。而结构专业剪力墙留洞等重要提资内容，也能够使用只碰撞剪力墙和暖通专业构件的自定义功能自动检查其正确性。

管线综合。管线综合作为BIM技术现阶段较为成熟的功能，在国内实际工程当中最为常见。笔者在应用的过程发现BIM软件的碰撞功能虽然能够自动化地找出交叉点，但管线综合的排布仍然应该由专业设计人员主导。在中交项目的应用实践当中，管线综合主要分为八个工序：

一是确认建筑净高、主梁高度、走廊宽度以及当层机电各专业的主管尺寸，计算布线空间高度，作为后期工作基础。

图14 暖通专业主模型参考关系

图15 管线碰撞结果列表界面

二是重力管（如冷凝水管、排水管）以及烟囱等不易调整的管道优先布置，让所有相关专业看到其走向，自行碰撞并规避。

三是检查确认机电机房管线出口留洞标高是否正确，特别是后期较难更改的剪力墙留洞。

四是选择典型走道以及预估的不利管段（如相邻的多个机电机房出管处）进行剖面排布，确认当层各专业的原则标高。

五是使用BIM软件碰撞功能对模型进行检查，找出交叉点。

六是对交叉点，特别是一些涉及多专业多管段的复杂节点进行复核，根据避让原则，分析建筑空间，利用梁格、管线翻折等方法解决碰撞。

七是再次使用BIM软件，对修改后的模型进行碰撞检查，直至解决所有主要碰撞。

八是形成碰撞报告，并利用三维抽图功能，对复杂节点辅以剖面切图，轴测图等方式加以表现。

在中交项目当中利用BIM软件的管线碰撞功能，可以选择不同的专业，甚至不同专业中特定的若干系统（如排水管与暖通所有管线）进行碰撞，并形成碰撞报告列表如图15所示。

通过上述列表可以清晰地了解本层管线碰撞的数量，交叉管线所属专业，同时点击结果列表中的每条记录就可以浏览交叉管线的具体情况，如图16所示。

应用总结

BIM技术应用有不同层级，可以针对甲方要求、工程特点、项目阶段逐步深化，不宜盲目求全，将所有信息、构件一次性输入，反而造成信息冗余，部分工作量毫无效益，得不偿失。

BIM技术在暖通专业的应用较之CAD来说是一个先期投入较大，后期自动化较高的过程。但由于直观表达的信息更多，考虑输入和相应不可避免的修改，其工作量无疑是增大的。专业人员需做好心理准备，合理安排工期。

BIM技术基于三维协同平台，信息能够及时地互通。专业人员应习惯该种工作模式，并针对其特点调整设计流程，让重要的，会影响其他专业的信息尽快反应在BIM模型上。

BIM技术作为一项先进的设计工具，尽管功能强大，且自动化较高，但是应用人员还是必须从专业知识的角度出发，尽量合理安排工序，协调在前，不然其返工量会更大。例如：管综工作就该先排布多专业剖面，调整后再进行碰撞，那种一开始就各专业分别建模，最后碰撞检查出成千上百错误的工作方式，并不高效，且缺少对项目的整体把控，变成软件主导人，而非人驾驭软件。

BIM技术具备强大的动态切图，动画浏览以及施工模拟等功能，表达手段更为多样直观。应用人员应主动学习利用这些特点表现专业设计中的复杂节点，提高与甲方以及施工企业的沟通效率。

图16 地下室管线碰撞交叉