BIM技术在能源站设计阶段中的应用研究

文_贺文倩 曹亮 谭文腾 远大能源利用管理有限公司

能源站建设过程中，最核心的就是机电安装工程，其中最容易造成经济损失的往往是设计与施工不符引起的返工、拆改等。规模越大的能源站，设备管路越是错综复杂，碰撞冲突越容易出现，极易出现返工的可能性，从而导致工期延误和较大的经济损失，而BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图等特点，是解决碰撞冲突的强有力工具。通过BIM技术，将暖通、土建、给排水及电气等专业建立在同一个三维模型上进行协同工作，我们将得到一个综合了所有专业的建筑信息模型。

1 BIM技术简介

1.1 BIM的概念

BIM是以3D设计概念为基础的，把建筑内各专业的信息数据作为基础信息进行模型的搭建，同时可以把工程的规划、设计、施工、后期运营乃至建筑寿命终结的信息作为数据整合至这个三维建筑信息模型的数据库内。各个阶段的专业人员都可以通过该BIM模型进行协同工作，能有效提高工作效率和信息统一传达、节省时间等多方面成本，实现设计的可持续发展。BIM技术将工程各个阶段的所有信息进行有效整合，进行协同合作，建立的信息模型可被建筑项目各参与方普遍使用，帮助项目团队提升决策的效率与正确性，它可以避免“信息孤岛”和“信息断层”的现象。

1.2 BIM的特点

可视化：通过BIM模型的建立，施工人员能够更清晰地了解设计人员的设计理念，更好地理解施工图纸。专业、抽象的二维图纸通过BIM技术的建立模型，更加易懂、直观，使得非专业人员与专业设计师沟通更为便捷，以及各方对项目是否满足需求的判断更加明确、快速，决策更为准确。

协调性：BIM技术能将各专业原本独立的系统在同一个三维模型上进行整合，不同专业的设计人员基于同一模型同一设计环境进行协同办公，能及时进行信息的传达，避免了沟通不及时造成不必要的设计错误，提高了设计的效率。

模拟性：BIM将原本需要在真实场景中实现的建造过程与结果，在数字虚拟世界中预先实现，提前把控现场情况。

优化性：综合可视化、协调性、模拟性以上三大特点，使得设计优化更加便捷，从而能够更好进行施工管理，进一步保障实际施工的可操作性。

可出图性：基于各专业审核确定的BIM模型，其对应导出的工程施工图及明细统计表能最大限度保障工程的准确性和高质量。

1.3 BIM的内容和价值

CAD软件是建筑师、工程师们从传统手工绘图转向计算机辅助制图的重要工具，CAD二维制图提高了制图准确性和工作效率，相比于手绘图纸更易保存、修改、分享等，从而实现了工程设计领域的第一次信息革命。CAD二维制图虽然有如上诸多优势，但在多年的运用中仍发现有很多欠缺的地方，比如在各个专业和环节之间的信息沟通依然存在断层，使得各参建单位和工程建设的环节没有关联。随着科技的发展，BIM作为一种新型建筑信息模型，既包含了建筑物各专业的全生命周期的信息数据，又包括建筑工程管理行为的模型，BIM 技术将两者进行高度融合，从而避免了信息断层实现集成管理。

对于工程设计单位来说，BIM技术在方案设计、扩初设计、施工图、所有专业设计协调等环节发挥重要作用，使设计成品更加合理、更加可实施、更具科学性。对于工程施工单位来说，BIM技术在前期进行碰撞检查（减少返工和拆改）、模拟施工（多专业工种同步施工）、宣传展示（三维效果渲染动画）、知识管理（工程材料、施工做法、工程经验等）环节都提供了强有力的技术支撑，提升了企业的市场竞争力和核心技术实力。对于运营单位来说，BIM技术在空间管理、设备设施管理、隐蔽工程管理、应急管理、节能运营管理环节提供了各种的数据支持，为运营提供主动预警服务，避免了被动式、救火式服务，大大提高了运营服务质量和满意度，也保障了用户的实际使用安全和舒适性。

2 BIM技术在能源站设计阶段的应用

能源站建设过程中，最核心的就是机电安装工程，机电安装是工程项目最为复杂和繁琐的一个步骤。按照传统的二维出图，图纸上的预留孔洞和碰撞检查全凭设计人员的经验和技术团队的审图检查，如果审图之后依然未发现的碰撞问题遗留至施工层面，将带来诸多拆改和返工问题，造成大量浪费。BIM技术利用三维可视化这一特点将工程的每一处会发生碰撞的地方进行三维碰撞检查，直观审图，提前避免碰撞的发生，让施工方工作起来既方便又快捷。

以下结合某大型医院建筑的能源站设计实例，对BIM技术在能源站相关应用情况进行分析。

2.1 项目概况

本工程为江苏某医院工程，医院总建筑面积25万m2，包括医疗综合楼（含后勤保障楼）、行政科教楼、感染科楼、附属站房及锅炉房等。本工程能源站设置于院区西北角，面积960m2，供能覆盖全院区25万m2，提供区域内用户多种能量形式（包括冷、热、卫热、电）的需求，冷热源设备提供最大冷负荷为31091kW，热负荷为11563kW，卫热负荷为6931kW。站内包含发电机余热机成套机组、溴化锂直燃机组、磁悬浮电空调、离心式热泵机组、泵组、变配电室、燃气表间、水处理间、控制室等，其中给冷、热、电主要设备布置的机房面积约600m2。因能源站内设备繁多，管线走向错综复杂且管径大（最大管径为DN800），预留设备安装空间狭小，还需预留参观通道，导致能源站机房管线布置难度增加。

2.2 BIM技术在能源站中的应用

2.2.1 快速模拟设备布置，节省空间

本工程能源站预留给设备布置的空调较小，除设备管道布置外还需要预留3m宽的参观通道。冷热源设备配置的输配水泵为卧式水泵，进出口方式为侧进侧出，如果水泵横向摆放，占地面积增大，且泵组之间的距离较小，没有足够的检修空间；如果水泵竖向摆放，由于泵组之间间距狭小，无法正常进行水泵进出口管道的安装。现利用BIM技术进行模型，将水泵统一朝左斜22°排布（图1），错开泵组之间进出水管道的位置，使得泵组之间的中心距有1.9m，预留了足够的检修和安装空间，同时斜向摆放相比竖向摆放可以预留更多的参观通道的宽度。在有限的空间内模拟泵组及对应管道的布置安装，避免了设计后与现场不符带来返工，满足了现场实际施工的要求，且机房排布效果整齐美观。图2为能源站三维模型右视图。

图1-a 水泵斜置平面图

图1-b 泵组进出口连接三维图

图2 能源站三维模型右视图

2.2.2 管道布置三维可视，避免碰撞

碰撞检查是在指在施工前对图纸上的不同专业物件的交叉和冲突部分进行检查，并提出有效的整改措施，避免后期施工变更的一项重要环节。在能源站机电安装过程中常见的碰撞有空调管道穿梁、空调管道与电气电缆桥架布置冲突、管道与管道之间标高相同引起的碰撞等。如果前期做好碰撞检查这一环节，将能降低设计变更及成本超限的风险。

以该医院能源站为例，站内设备繁多，管道走向复杂，主干管管径大，最大处管径可达到DN800，提前在revit软件上进行绘制模型，再配套使用navisworks软件进行漫游检查管道碰撞十分有必要。根据碰撞检查情况，不断调整管线的空间布局，以达到最合理的综合排布效果，同时提前与前端研发、现场施工、后期运营人员沟通，确定好最终方案。这样的设计模式不仅可以避免后期施工环节遇到的碰撞问题，还能减少因为返工带来的成本增加，缩短工期。

能源站整体三维模型图见图3。

图3 江苏某医院能源站BIM三维示意图

2.2.3 优化设计出图及施工指导

相比于传统CAD等二维制图软件绘制的平面图、立面图和剖面图，基于BIM技术的revit软件拥有更强大、快速的出图功能。利用revit等其他BIM软件，经过模型建立、碰撞检查、模型修改更新等步骤确定最终施工图（模型）后，对应的二维平面图和不同位置的剖面图可以同步导出，而且更加精准，并能直接指导施工。能源站内局部管道深化模型图见图4。

能源站内局部管道深化模型图

2.2.4 出图出量精准，控制成本

应用BIM技术，基于revit软件建立三维模型，在图纸方案优化确定的同时，三维信息模型的数据库也在同步更新，平面图、剖面图、三维图、设备及管道明细表等都可以快速导出，可以为造价人员提供编制所需的明细表（工程量清单），减少了相关技术人员根据二维图纸提取材料用量的工作量，以及避免了由于人为因素引起的潜在错误。因此BIM技术的自动化算量功能可以摆脱人为因素，快速得到客观准确的数据。配合实际施工进度，控制采购的准确度，实现物料的精细化管理，减少材料浪费，从而达到节约成本的目的。

3 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。我们可以看出建筑设计行业从二维设计到三维设计的转变是一种必然趋势，BIM技术在能源站暖通设计中实现了三维模型这一革新进步，通过三维模型的可视化、碰撞检查一系列特点，设计师能在前期设计阶段进行优化，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，从而有效的降低人工及材料浪费，控制成本，缩短工期。

当然BIM技术现阶段还在大家的认可和学习过程中，还有巨大的应用价值等待着深入发掘。同时随着BIM相关政策的推广，该项技术将是让机电安装传统行业获得新生的必由之路，相信BIM技术也将成为机电施工企业的核心竞争力之一。随着信息化时代的发展，BIM技术将会在能源站暖通设计阶段得到广泛应用，在整个建筑行业的全生命周期建设中迅速发展，并将会引领工程设计领域的第二次革命。