BIM技术在建筑设备课程中的应用研究

杨云

摘 要：BIM技术在许多行业中发挥着突出作用，其在数据可视化、三维可视化等方面的表现也十分突出。原有的教学技术无法满足和实现学生未来职业需求和目标，BIM技术将会在建筑设备中发挥更多可能。紧跟教学改革的脚步，BIM技术在建筑设备课程教学中的应用也会体现出越来越多的价值。文章论述并分析了BIM技术在建筑设备工程中的应用，并深入探究BIM技术在建筑设备课程中的应用。

关键词：BIM技术;建筑设备课程;教学应用

城市化发展迅速，高楼建筑平地而起林立于城市大陆。建筑技术的成熟发展需要建筑设备发挥重要作用，及时为建筑的建设提供坚实的物质和技术后盾。作为建筑行业的产品，建筑的数量和规模不言而喻。建筑行业的数据处理较为复杂，而且缺少直观的形象，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术正能克服这一难题，BIM技术可以搭建完善的数据收集整理平台，能够将建筑设备等建筑行业信息与内容很好地进行统计、分析。BIM技术是中国建筑业信息化发展的重要内容，且全国各地政府都在陆续发布2020年新建工程应用BIM的项目，占据90%的规划。本文将从建筑设备课程的定位与BIM技术的关联出发，分析BIM技术在实际工程中的应用，并联系建筑设备课程的实际教学理论探究建筑设备课程的教学发展。

1 建筑设备课程的定位分析与BIM技术的发展状况

1.1 建筑设备课程的定位

建筑设备课程是建筑施工和工程管理类专业的主修课程之一，设立这个课程的意义在于帮助学生在从事建筑施工和管理工作时，能够掌握建筑给排水、供电系统、燃气供应系统、采暖通风、建筑供配电与建筑照明（电话通信系统、有线电视与闭路电视系统、消防与防盗监控系统等）设备工程的专业知识，帮助学生学习专业的基础理论和技术以把握基本的建筑设备课程理论。如今建筑设备行业变得更迅速，技术也在不断进步[1]。学校在向学生传授建筑工程设备的系统组成基础内容、基础工作原理时，应及时关注、了解设备系统的发展方向与趋势，接触最新形势与信息，并将这些内容与信息传达给学生。BIM技术作为新兴技术，正符合如今建筑设备课程的教学需求。

1.2 BIM技术的现状

BIM理念首创自乔治亚理工大学的Chuck Eastman教授，意义在于能够实现建筑工程的可视化和量化分析，提升工程建设效率。

BIM是一个设施（建设项目）物理和功能特性的数字化信息，能够共享知识资源，分享工程设备的相关信息，为项目从建设到拆除整个生命周期中的所有决策提供依据[2]。2002年，Autodesk公司提出了BIM理念且推出了自己的BIM软件系统，并在全世界范围推广开来。从而使BIM从原来的理论理念转变成了能用来解决实际问题的数据化的工具和方法。

BIM技术的研究经历了3大阶段：萌芽阶段、产生阶段和发展阶段。1.0阶段以模型创建、模型可视化、碰撞检测为主，2.0阶段的应用更加广泛，比如前期的设计分析、后期的施工、运营管理。从手绘时代到CAD时代，再到如今的BIM时代，发展潜力不可估量。目前，国内工程建设项目主要是粗放型管理模式，依靠经验管理，缺少数据作为有力支持。在BIM技术的应用方面，我国与国际水平还有一定的距离。

在项目的不同阶段，不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同作业。借助BIM技术，设计人员能够在整个项目时期获取同等有效的信息，能够查看项目在现实中模拟后的外观，帮助设计人员生成更加精准的施工图纸。

1.3 BIM技术的前景

BIM技术已成为施行建设工程项目生命周期管理的重点技术，掀起了建筑行业天翻地覆的改革。BIM技术搭建的数字模型贯穿于建筑建设的整个生命周期，汇总了所有不同的建筑信息并加以整合，进行建筑项目的设计、建设和运营管理[3]。BIM技术将会彻底颠覆建筑业原有的思维方式和作业方式，设立全新的设计、建造和运营相关行业规则，从根源上处理工程项目规划、设计、施工、运营各阶段的信息遗失问题，保证工程信息在项目生命周期内的有效使用和管理，大幅提升工程质量和施工效率，增加建筑行业的效益。

1.4 BIM技术的优势

用BIM技术实现项目管理信息化开放化，能够加快项目生产速度，提升工程品质，缩短工期，降低工程成本。

1.4.1 三维渲染，宣传展示

三维渲染动画，能够直观地展示作品，给人视觉上的冲击。BIM模型建成后，能够成为二次渲染开发的基础，提升了三维渲染的精准度与速度。

1.4.2 快速算量，精度提升

BIM数据库建立后，会与5D数据库形成关联，帮助专业人员快速计算工程量，提高工程预算的准确度。同时，也能为施工管理提供有力支持。

1.4.3 精确计划，减少浪费

工程数据太大以至于施工单位无法进行精细化管理，也不能及时满足资源需求，传统的做法是经验管理。BIM能有效避免这一现象，让管理人员及时了解、掌握工程基础数据，更好地制定人、材、机资源分配计划。减少浪费，合理分配有限的资源，获得最佳利益。

1.4.4 多算对比，有效管控

BIM数据库能够获得任意时间点上的工程信息，经过计划与实际的消耗比对、分项单价比对等，就能清楚了解到项目的盈亏程度、消耗量是否合理等，方便规划控制项目的成本。

1.4.5 虚拟施工，有效协同

BIM技术还能实现可视化与时间维度的结合，对施工进度进行预先模拟，将施工计划与实际施工情况进行比对，帮助工作人員协同工作，有效控制施工进度和细节。

2 BIM技术在建筑设备工程中的应用

2.1 工程规划阶段

从长远的角度来说，工程最终还是由业主获得最大的收益。BIM可以有效地提高设备工程的产品质量，增加建筑售价，比如降低返工率、合理规划管网、增加高楼层高，能够对多个方案进行预先模拟和演示，然后对比分析，获得最佳方案，还能减少工程工期，严控成本和投资。

对于施工方来说，如果可以把握BIM技术，就能得到更大受益。在工程投标的时候，商务标段能够应用BIM技术在短时间内获得精准的计算量，技术标段能够展现具体的施工过程，并预演施工，进行施工的进度管理等。

2.2 工程设计阶段

在建筑设备工程的管线系统设计中，多使用Revit软件，准备两个以上的方案进行选择，方案中要有AVI格式和3D漫游的视频文件，之后进行比较[4]。设计结果中要包含工程量计算、日照及采光分析、能耗预算、声环境分析等。这比传统的设计方式有着更多的优点，比如减少工期、设计调整的大量减少，为之后的施工准备了明晰、直接的设备建设材料，降低了难度。

2.3 施工阶段

BIM技术在建筑设备工程的施工阶段主要负责为本工程搭建竣工模型，也是工程竣工之后进行运行和保护的重要依据。施工过程中的模型需要通过管线碰撞的全面检查，如果不同专业之间和内部都能没发现管线或是零件之间不发生碰撞的情况，那么在安装过程中就能降低因管线产生交织而做出设计变更的概率。一定要将施工模拟的情况和实际施工进度进行对比分析，针对施工的模拟，从之前预备的不同方案中选出最好的方案。实时监控并更新施工现场的人员、用材、机械设备。还可以预先留置需要的洞口，这样能够更加精准地根据需要的长度下料。同时利用BIM模型能够更精准地获取到管线位置的具体信息，便于施工人员准确定位，在一定程度上给管线的预制以及相关设备的预制带来了非常大的便利[5]。BIM模型可以较为准确地获取墙体与楼板洞口的位置，为土建施工人员预留洞口提供了信息和定位，最大限度满足了安装施工的需求，从而很好避免了再次开洞所带来的损失。

2.4 维护阶段

BIM技术为工程建立了协同管理平台，只需要把维护阶段必需的材料文档，如施工班组、竣工验收签单、检验合格报告、产品生产清单等信息导入至BIM的模型中，与模型中的零件相互对应连接，就能保证资料可以随时回顾且保存完整。模型和实际一定要保持一致，信息变动需要尽早更新。工程设备在实际的运行与维护时期要保证能及时与厂家沟通，方便在第一时间发现问题后能获得解决，不影响设备的正常使用。在未来的绿色节能建筑建设中，模型的改造也能获得足够的信息，更快速地确定需要进行节能改造的位置，有效节省时间，在满足绿色改造控制指标的前提下，完成最终的改造。

3 BIM技术在建筑设备课程中的应用

3.1 BIM技术在建筑设备课程中的应用

建筑设备的课程内容主要由4大部分组成，分别是建筑给排水、燃气系统、暖通系统以及建筑电气。而建筑设备课程的教学之所以有相当大难度，主要在于以下几个方面：建筑给排水的制图识图与给排水的系统设计;燃气系统的制图规范、管线排布和系统设计;暖通系统类型、设备种类、识图及系统设计;强弱电系统、防雷及接地系统、室内供配电系统形式和系统设计。

CAD图纸虽然能够标明不同设备的具体图例，但是建筑设备包含的专业信息非常多且难以记忆，给作为初学者的学生带来了很大难度，而标注的信息也无法很好地展现出设备的实际样貌。二维图纸在建筑实物的直观几何反映上存在一定的局限，这给参与的甲乙方施工人员识读二维图纸增加了难度，也会出现识读错误。但是利用BIM技术建立的建筑设备模型能够自动建立与设备相对应的图纸文档，可视化强。教学中，在原有的案例教学中加入BIM技术，可以让学生了解建筑设备的时候有实物图作为辅助，学生能够及时获取和深入理解系统理论知识，也能更好地学习制图设计。

3.2 BIM技术在设备施工类课程中的应用

实际上设备系统材料的种类非常多，并且在性能上也不尽相同，在一定程度上给施工、运行以及维护等环节带来了极大的困难，传统的设备施工类课程教学中理论知识部门内容较多，导致学生无法很好地理解和消化，从而在施工方面无法熟练应用，无法与实际进行结合。在传统的设备施工类教学过程中，教师采取的教学方式主要以讲授、实训、参观等形式为主，但是在实践当中只能接触到非常有限的部分，一些相对较为复杂和重要的施工环节都无法被有效地展示出来，导致了设备施工类课程的教学效果无法达到预期的教学目的。

将BIM模型与施工的整个过程相结合，实现可利用BIM技术实施现场漫游、工程预制化加工、机电管线综合、虚拟施工以及现场装配化施工等操作。课程教学通过对实施工程进行仿真模拟，从而帮助学生更直接地掌握施工的具体方法，便于学生熟悉施工的整个过程和工艺流程，确保工程的建筑质量要求，并针对重点的施工区域如：地下室的管线布置、水泵房等进行仿真模拟施工，这样妥善地改变了传统教学模式当中所无法实现的教学任务。

3.3 BIM技术在建筑设备课程毕业设计中的应用

工程学科的学生在毕业前一学年必须要完成专业的毕业设计内容。建筑设备课程的毕业设计要求学生绘出施工图，并编写该设计的设计说明书。

建筑设备工程在铺设管道网络时有相应的规范要求，比如管线要依墙铺设，会经常出现与通道、竖井、机房等位置相冲撞的情况，还有穿柱、穿墙等复杂问题交织出现。今后的建筑设计中也还会继续出现类似的现象，如果设计调整没有及时让负责不同部分工程的工作人员了解到，就很容易出现连续的设计调整、错误、遗漏等问题，延长工期。

过去的毕业设计中很少涉及设计调整的情况，在今后的毕业设计，需要更加靠近现实情况，才能帮助学生更有效地掌握专业知识和实际应用。借助BIM技术优秀的虚拟化技术、分析能力和统计能力，运用BIM技术进行建筑设备工程设计可以清楚地判别出管网的碰撞问题，不同专业能够协调精准高效施工。并且即使将来设计发生变更，BIM技术也能自动更新，生成图纸文档，并渲染出相应的效果图，设计成果体现了专业化、人性化优势。

4 结语

在原来的建筑设备工程教学中应用BIM技术，可以帮助教师高效地达成教学目标，让学生能更清晰地了解项目的具体情形，以情境虚拟化的方式模拟工程，轻松高效的学习，增加了教学的新颖性，提高了学生对课程的兴趣。BIM技术的变革对建筑行业与土木行业的发展有着毋庸置疑的重要推动价值。将BIM技术应用于高等学校的教学中，不只是能大力推进专业课程系统的革新，也有利于提高学生的综合素质能力，在帮助教学组织更加科学安排課程以及提高学生学习成果等方面有强大的贡献。结合BIM技术的教学方式，能够将理论和实例有效结合，使学生从数据、三维成像、功能等多角度体会创新课程的学习过程。将来落成的大型建筑项目、标志性建筑会越来越多，传统设备信息不够完善，可视化与协调能力不高，BIM技术的优势将会在建筑行业更加凸显。作为教学工作者，应该紧跟时代的脚步，深入了解BIM技术并熟练应用，探索研究BIM技术适用于教学中的关键部分，为社会提供更多专业、全面的高素质实践型人才。