浅析BIM技术在建筑机电设计的应用

郭艳

摘 要：随着科学技术的发展，BIM技术的出现必将颠覆CAD技术在建筑设计行业的统治格局。本文阐述了BIM技术的理念、在建筑机电设计应用中的突出优势、存在缺陷及发展前景。

关键词：BIM技术；建设项目；建筑设计

中图分类号：TU17 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）15-0137-02

CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）诞生于二十世纪60年代，随着CAD的诞生，世界各国的土建设计行业进入到快速发展期，使我们的土建工程由手工绘图走向电子绘图的时代。舍弃绘图板，将手绘图纸转变成在计算机中创建的2D数据，可以说是工程设计领域第一次革命[1]。随着人口的增长及城市的发展，建筑物的设计为了满足使用的需求，建筑设计逐步复杂化及多功能化，设计难度的逐步增大以及设计图纸质量要求的逐步提高，传统的二维设计模式（CAD绘图）在建筑建筑机电专业（包括水、电、暖三个专业）存在着协调性能较差、在地下室综合管线设计上出现相互重叠导致地下室净高不满足消防规范的要求、在实际施工过程中出现管道标高出错导致施工后需做穿梁处理等问题，在使用二维图纸设计与施工相配合的过程中需要不断的调整，导致了施工进度的缓慢，因此二维设计方式正逐渐被新出现的设计技术（BIM）所取代。BIM（Building Information Model）是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，它将建筑业业务流程以及实际工程中容易出现的问题通过三维的模式更清晰的表达出来，简化施工困难，从而提高整个行业的工作效率。

1 BIM技术在建筑设计中应用的优势

1.1 模型可视化

目前我国大多数设计公司在进行设计建筑方案时采用的是“SketchUp”软件，又名“草图大师”，是一款可用于创建、共享和展示3D模型的软件，但此软件在建筑设计中仅用于建筑方案的制作，建筑设计各个专业（包括建筑、结构、机电专业）的初步设计、施工图、竣工图等建筑设计过程通常都是用Auto CAD进行完成。Auto CAD设计完成的设计图纸通常是是二维平面的图纸，视图的直观性相对比较差，尤其是当机电专业进行设计时，容易出现管线碰撞、设备交叠，导致实际施工过程中的大量重复性修改及核对。BIM技术则能够很好将建筑的三维立体效果进行可视化，在设计时可将各个专业的设计同时汇集到一个文件里，实现三维可视化，让设计者能方便分析各专业内部和其它专业的空间模型的正确性与合理性，以便对工程项目做出更完整更准确的分析和预估，避免机电专业管线的碰撞及设备交叠等问题，同时也意味着设计者在设计的过程中不仅要考虑本专业设计的合理性与是否能能够满足于规范的要求，必须兼顾与其他专业的配合，尽可能的避免出现设备碰撞与交叠等问题而导致后期的修改量增加。从建筑工程的设计到施工的整个过程中，建筑信息模型可以实现集成管理，能将建筑工程的管理行为模型与建筑物的信息模型进行结合，在一定范围内，建筑机电设备模型可以模拟实际的建筑工程机电建设行为，例如：给排水的消防管道是否与暖通的风管重叠或碰撞，电气的桥架与管道的标高是否合适等。

1.2 工程中各专业协作性

一个建筑项目的设计、建造和管理是一个极其复杂的过程，它需要项目团队中所有成员之间自由的交流与协作。BIM技术提供综合的通信和数据共享，为所有的项目经理提供方便。在BIM内部协作上，良好的通信协议可以降低项目协同错误造成的风险，可提高团队协作能力。复杂和大型的建筑项目需要通过在团队成员间共享BIM模型，提高协作效率[2]。BIM模型是基于使用软件Revit建立的，Revit不仅可以建模，实现三维可视化，还可以使用软件Revit进行碰撞检测后准确的查阅到碰撞的位置，针对碰撞的位置进行修改，减少了无目的寻找的工作量。在建筑设计中出现的问题能够通过Revit技术中协调数据环节，将建筑设计中不协调的数据自动查找并生成出来，减少了建筑设计中的不协调数据的产生，大大提高了设计工作的效率。

1.3 优化建筑内综合管线的设计及设备的放置

BIM三维绘图这个软件的突出优点是使所有专业在同一个模型中工作，这样就更加方便的在设计工作实时发现问题。对于使用Auto CAD进行二维平面设计的建筑工程，通常由于各专业设计者在设计绘图时疏于沟通，从而导致管道碰撞与交叠问题，例如风管、桥架、消防管在设计中出现在同一位置交叉，机电三专业设计时没有考虑其他专业而导致在同一位置设备在同一标高上的相互交叉碰撞，又或者是设计师在地下室同一位置上电气专业设置了桥架，水专业设置了消防管道，而暖通专业设计了风管而导致三个专业的设备重叠等问题，这些就是施工中常遇到的碰撞與交叠问题，像这样的碰撞问题的协调解决就只能在问题出现之后再进行解决，此时建筑工程就得暂停此项安装，等设计单位复核图纸后进行修改后才能接着进行安装，无形中就降低了工程效率，延误了工程的工期。在建筑物的的设计过程中，建筑的各个设计专业可以同步在BIM操作平台上进行，可同时整合各个专业的设计生成模型，对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据，提供出来。BIM的协调作用也并不是只能解决各专业间的碰撞问题，它还可以解决例如：地下室综合管线的布置及净空高度要求的协调，风管与梁碰撞的问题等。

1.4 优化建筑工程

整个建筑工程的设计、施工、运营过程是一个不断优化的过程，优化和BIM并不存在实质性的必然联系，但在BIM的基础上可以将优化做得更好更合理。建筑工程设计模型受信息、建筑物的复杂程度以及设计时间的限制。对建筑模型进行优化必须具备准确的信息，而BIM模型提供了建筑物所需的几何信息、物理信息、规则信息等实际相关信息，还提供了建筑物变化以后的实际存在。建筑物的设计复杂到一定程度，参与建筑物设计的相关人员本身难以掌握所有相关信息，必须借助相关设备及计算的帮助。现代超大型超高层建筑物的复杂程度大多超过参与人员本身的能力极限，BIM及与其配套的各种优化工具提供了对复杂项目进行优化的可能。BIM对建筑设计的优化可以进行以下工作：（1）项目方案优化：将项目设计投资回报进行分析，能预估设计变化对投资回报的影响，这样开发商对设计方案的选择就不会单一追求建筑物的外观形状，通过投资回报分析使得开发商确切知道选择哪种项目设计方案更有利于自身的需求；（2）特殊项目的设计优化：例如玻璃幕墙、屋顶、水景景观、大空间等局部的特殊设计，这些内容虽占整个建筑的比例不大，但在投资和工作量的比例与前者对比却通常大很多，且存在着施工难度大和施工困难等问题，对这些内容的设计施工方案进行优化，可以带来显著的工期和造价改进。

2 BIM技术在建筑工程中的前景与存在的缺陷

近十年来，BIM技术在美国、日本、香港等国家和地区的建筑工程领域取得了大量的应用成果，目前国内不少具有前瞻性与战略眼光的设计院及施工企业尝试应用BIM技术来提升项目管理水平与企业核心竞争力，甚至于一些工程项目的招标中明确指出要用BIM技术进行建筑设计。由于建设项目从设计到施工整个过程中参与单位众多，信息传递流程和时间长，传递方式多样化且复杂，由此造成信息丢失及传递过程中信息缺失而导致工程造价的提高。BIM技术应用的最大价值在于打通建筑的全生命周期。随着三维建筑信息模型数据从规划、设计到施工、运营维护各个阶段不断得到完整、丰富、整合与升级，其核心价值如何可持续设计、海量数据管理、数据共享、工作协同、碰撞检查、造价管控等也不断地得到发挥。通过BIM建筑模型技术，可以将建筑物建设整个周期中各阶段的数据进行高度的整合，保证不同阶段的信息能按时按质传递到之后的相应阶段，从而使建设各方的各专业工程师能获取相应的数据，及时跟进项目建设与管理，从而达到协同设计、管理与交流的目的。由于使用BIM技术比传统的CAD技术设计建筑工程优势突出，我们国家的一线城市的设计院正大力推广使用BIM技术，把一些复杂且工程周期相对较长工程的工程应用BIM软件进行设计，设计效果得到了业主方及施工单位的一致认可。使用BIM进行建筑设计相较于CAD进行建筑设计有较大的优势，但就我国目前情况来说并不能实现所有工程都使用BIM进行设计，原因在于各设计单位的设计人员能完全熟练独立使用软件Revit进行设计的员数量有限，其次由于使用软件Revit设计时各专业的相互协调调整模型以达到施工要求需要设计周期相对较长，最后是目前使用软件Revit进行建模做的设计存在着高版本的不能另存为低版本，设计方将图纸传阅给施工方时，施工方必须按照相同版本的软件Revit才能打开，并且在低版本的软件Revit建立的模型在高版本的软件Revit打开的过程有时出现数据丢失的现象，因此这些问题的存在都是导致BIM技术还没有能够大力推广的原因。

3 結语

随着国内建筑设计领域的发展，BIM技术已经初步应用于建筑工程行业并彰显了其巨大的商业价值，但对于目前BIM的应用现状还存在很大的局限性，对BIM引领的建筑工程领域的革命所应创造的经济效益和社会效益只是冰山一角。BIM技术在建筑工程领域代表着新技术、新方向，新技术的发展与推广需要社会及行业各方面的支持才能达到质的飞跃，BIM技术的发展必将迎来建筑工程行业的又一个春天。

参考文献

[1]凌械.关于中国BIM应用前景的思考[J].理论探讨，2009，（02）：152-152.

[2]姜剑峰.BIM 技术在建筑方案设计中的应用研究——以青岛理工大学黄岛校区图书馆方案设计为例[D].青岛：青岛理工大学，2012.