智慧建筑机电施工图深化设计软件探讨

石川星明

(北京东洲际技术咨询有限公司，北京 100176)

0 引言

因国内外对机电深化设计的深度要求存在差别，导致了国内外施工质量和BIM 是否落地的差异，建议相关部门积极推进机电的深化设计工作，如在深化设计工作中，选用高效率、高精细度、通用性强、同时又具备便捷性的机电施工图深化设计软件，以推动机电施工图深化设计的普及。

1 机电BIM 软件与机电施工图深化设计软件的比较

1.1 BIM 应用背景与现状

自从2011 年5 月20 日住建部发布《2011－2015年建筑业信息化发展纲要》第一次提出BIM 技术的应用以来，中国的BIM 技术推广经历了10 余年的过渡准备期。 近些年来设计院、施工单位、咨询单位等相关BIM 实践者试图通过BIM 技术提高工程集成化程度，创造新的效益，但最终在建筑设计及施工过程中暴露出BIM 技术不落地的弊端。

1.2 施工图深化设计背景

施工图深化设计就是可完全按照此图纸施工并直接安装设备的施工图设计(shop drawing)。但国内外的施工图设计有着较大的不同，所以，中国的施工图被称之为 working drawing 或者construction drawing，为了与之区别，在中国与国外深度相当的施工图就只能叫施工图深化设计。 长期以来，国内的机电施工图形成了独特风格，更类似于一个工程的机电工作流程(working)，如果工程真的按照施工图进行施工，就缺少很多重要参数，其中很重要的就是空间综合和施工安装细节。 例如:(1)对机电各专业之间进行管线综合协调；(2)对各专业的采购设备与管线、管线与管线之间的安装和连接空间与实际尺寸进行吻合；(3)对机电管线的预留预埋设计进行确定；(4)对管线的支吊架、抗震支吊架进行精细化设计；(5)对施工图中索引的标准图进行个性化调整；(6)对机电设备与管线的装配式安装、集成化设计进行流程策划及预制加工图制作；(7)根据精装修的设计要求进行机电末端点位及安装路由的调整。

以上内容就是机电施工图深化设计的主要工作，需要在施工阶段去完成。 同时，设备及管材的确定、土建施工的实际误差、装修设计的研讨，都制约着深化设计的进展。

长期以来，施工单位也在做类似深化设计的工作，但只是局部性地解决问题。 机房需由专业的机房施工团队自行绘图并安装；管井和走廊，则需要各个班组画详图、开协调会等，总之，施工没有深化设计过程是很难进展下去。 在国家标准《建筑工程设计文件编制深度规定》中，规定了建筑工程设计一般分为方案设计、初步设计和施工图设计三个阶段，而在《建筑信息模型设计交付标准》中，则规定了建筑工程设计应包括方案设计、初步设计、施工图设计、深化设计等阶段，首次明确将深化设计阶段提到了国家规范的层面上。 但是，深化设计的内容和图纸表达方式都没有相对应的标准，基于此现状，笔者联合行业同仁编制了T/CIAS－2－2020《建筑机电施工图深化设计技术标准》，系统地规定了机电深化设计的流程、技术要求和出图标准。

1.3 BIM 软件与深化设计软件的差别

深化设计是将达不到施工安装深度的施工图，设计完善到可以进行直接指导施工的程度，这种深化设计工作自从有了工程设计以来就存在，过去的手工绘图、计算机辅助绘图，都少不了深化设计这个环节。 BIM 技术是近些年建筑行业出现的一次新的技术革命，通过BIM 设计软件把建筑、结构、机电、总图等专业设计提升为可直观理解的3D 数字化模型，基于BIM 模型生成高质量的设计施工图纸，为后续的高质量施工、监理和运维奠定基础。也就是说，有了BIM 软件，深化设计工作会变得简单、直观、准确。 如果使用了BIM 软件进行设计，其设计成果或者设计图纸还不能满足施工安装的需求，那只能说是深化设计没有按照深化设计的标准进行完善和出图，除了认知因素外，还有可能是软件功能达不到出具深化设计图纸的功能。 与深化设计软件相比，BIM 设计软件与之存在以下差别。

(1)BIM 的概念和机电深化设计的概念不同。BIM 即建筑信息模型，重点是信息＋模型；机电施工图深化设计是对建筑机电设计进行综合协调、细化完善、优化校核的过程。 设计者可以使用BIM 软件进行深化设计，以提高效率、精度和设计质量，但深化设计工作并不一定需要BIM 软件才能实施，可以手绘图纸或使用二维CAD，或者更专业的施工图深化设计软件。

(2)BIM 软件和机电深化设计软件的交付物不同。 严格意义上，机电施工图深化设计只需要出具满足机电施工或加工的图纸，而BIM 软件的交付成果较多(详见表1)，其重点在数字交付上，理论上BIM 是可以提交各阶段的图纸，但其深化设计阶段的图纸和模型，应该是满足施工安装要求的深度要求，如果达不到模型、图纸、现场施工的一致，BIM 的成果数据就是假数据，达不到深化设计工作所要求的精度与细度。

表1 BIM 交付物的代码及类别

(3)BIM 软件和机电深化设计软件的目的不同。 BIM 软件是为了追求信息和模型全生命周期的连续性和完整性，而使用机电施工图深化设计软件是为了建筑机电设计图纸对机电施工的指导性和准确性。

(4)BIM 软件和机电深化设计软件的适用性不同。 通用 BIM 软件有 Revit、 Bently、 Dassault(CATIA)、ArchiCAD、Trimble(Sketchup)，机电专业BIM 软件有Rebro、MagiCAD 等；高效机电深化设计的软件有Rebro、Tfas、CADEWA，可用于做机电深化设计软件有Revit、鸿业、 Tfas、鲁班软件、MagiCAD、AutoCAD。 BIM 软件和机电深化设计软件是可以相互渗透的，将深化设计的理念融于BIM 软件之中，是BIM 落地的必经之路。

2 机电施工图深化设计软件的技术要求

尽管机电施工图深化设计可以使用BIM 软件以外的其他手段来完成，在BIM 时代的今天，还是要将机电深化设计软件的技术要求扩展到与BIM技术匹配的通用要求上，在提高深化设计的效率和设计质量的同时，也能促进BIM 软件技术的落地，也就是说，机电施工图深化设计软件需要在满足机电BIM 软件的要求之下，还能够独立地完成机电深化设计全过程的操作及深化设计出图要求。

2.1 机电施工图深化设计软件应该是一款BIM软件

在笔者看来，BIM 时代将终结机电二维设计的思维模式，机电设计将在模型空间里对各专业的系统、空间和相关信息及模型集于一身，将过去需要几个专业完成的包括信息整理、概预算数量统计等在内的工作融合到模型中，通过BIM 软件空间和实物展示功能的操作，可以让设计人员很快了解机电系统与土建之间的空间关系，有助于减少深化设计的人员成本。

因此，深化设计软件应具有BIM 功能，并满足以下条件:(1)轻量化运行、操作简单便捷、可实现空间的可视化等基本要求；(2)可进行计算模拟、基本构件库、碰撞检查、材料统计、动画漫游等操作；(3)可进行机电BIM 模型的信息的输入，包括设备厂商信息、设备参数、连接方式等；(4)能够快速对应设备的采购信息和模型的制作、替换以及属性信息的导入；(5)机电BIM 模型用于工厂预制加工时，应满足管道和风道分节、下料、统计工程量、提取加工图等要求；(6)根据工程需要和现场安装条件，能够按照工厂制作工艺快捷地绘制预制加工图纸；(7)应保证模型和图纸的一致性。

2.2 机电施工图深化设计软件应该便于进行管线综合

深化设计环节中管线综合是解决机电各专业空间合理问题的关键工作，任务繁杂、周期长、受制约因素多，以及建筑项目、装修设计、设备采购及设计系统的变化都会影响深化设计的进度，增加深化设计的工作量，而软件方便综合调整，能把设计师从繁重的建模工作中解放出来，把更多的精力用在专业综合的推敲上。

2.3 机电施工图深化设计强调的是深化图纸

尽管BIM 技术的应用越来越普及，但只要机电安装还需要看图施工，工厂加工还需要参看加工图纸进行加工制作，那么施工图与模型的一致性就很重要。 笔者不认为传统的二维施工图是唯一的施工图表现方式，或者也可以说，传统的施工图表现方式已经落后于时代。 在《建筑机电施工图深化设计技术标准》的标准中，特别规定了BIM 模型条件下的图例表达方式，平面图、剖面图和放大图的设备和管线以实物型体投影表示，必要时可附加信息标注，可对设备、管线和器件进行自定义图例(其含义不应与现行国家制图标准相矛盾)，并以此来推进国家的BIM 时代的施工图制图标准的改编。 图1是施工深化图的管井大样的平面图，与施工图表达方式的不同在于，管线的实物尺寸优先，其定位、预留洞和支撑构件等的表现非常清晰，管道的安装空间维护空间考虑周全，对施工阶断具有非常好的指导作用。

然而，施工企业对深化设计普遍不够重视，原因之一是深化设计费用没有支出依据，其次是中国几十年的建筑发展中，大多数项目没有经历深化设计也照样完成了施工，导致企业固步自封。 在住建部提出加快推进建筑装配式技术的应用的背景下，部分企业虽开始尝试装配式施工安装，也基本是以机房展示为主。 在机电施工图和机电预制装配加工图之间，如果没有机电深化设计这个过程，普及机电装配式或机电集成安装几乎不可能。

图1 施工深化图管井大样平面图

3 日本施工图深化设计软件的应用介绍

3.1 软件介绍

在日本，始终几十年如一日的用施工图(shop drawing)指导施工的传统设计施工流程。 机电深化设计主流软件仍是Tfas，占有日本机电软件设计45%的市场份额，但Rebro、CADEWA 等日本机电BIM 软件也正在逐步代替深化设计软件但非BIM 软件的Tfas 客户。 机电软件与建筑软件之间通过IFC 格式进行数据交流。 还有更多的企业仍然沿用着以二维施工图纸为主的软件，为了加强各个软件之间的数据交流，除了DWG、dxf 格式外，日本还自创了BEBridge 格式进行图纸的交互，且大多数机电产品都会在财团法人建设业振兴基金主导的数据库中保存DWG、dxf、BE-Bridge、IFC 格式的设备库文件。

日本的建筑深化设计软件多使用ArchiCAD，也有少量的Revit 使用，即使使用Revit 进行建筑设计，但无论是实施设计还是施工图设计，都不会使用Revit 进行机电设计，因为需要自行对Revit 进行二次开发、建库后再用于工程。 其实，中国在这方面的开发经费远大于采购成熟软件的费用，最终还很难说能够得到一个属于自己知识产权的软件产品。

3.2 设计流程介绍

就民用建筑而言，日本的综合设计院(事务所)并不普遍，都是建筑事务所、结构事务所、机电事务所、电气事务所(以下统称“设计事务所”)等独立的专业事务所占据着设计市场的主导地位。 一个建筑物的设计，要通过诸多的公司协同作业完成，相对于中国各专业之间的协调之外，日本设计同行还多了一层与不同公司进行协调工作的难点，因此，BIM 软件之间的协调和兼容理应比国内困难，但是，这一困难并没有给日本的建筑工程带来任何混乱。所有的工地都是井然有条、管理有序。 设计事务所主要进行方案设计和实施设计(等同于中国的初步设计深度深，但又不是施工图)，施工图(为了同国内概念统一以下称“施工深化图”)是由施工单位和专业进行施工深化图设计的公司分包进行，其深度就是国内提到的深化设计的深度，直接用于指导施工。 各个专业使用各自专业擅长的专业软件进行施工深化图的制作，规定好各软件之间的转换格式，各软件开发商严格遵守软件转换通用格式的规则，计算机辅助绘图时代是DXF、DWG，BIM 时代是IFC，各软件之间都能无缝兼容。

日本施工企业，没有施工深化图纸是不会擅自施工的，哪怕最简单的地漏位置。 施工深化图的设计环节作为日本施工过程中的重要技术环节，是他们施工管理、施工质量、装配式施工能够顺利进行的基础保证。 例如，日本一个10 万m2的建筑工地，施工过程中做机电深化设计，光机电BIM 软件Rebro 就同时需要100 套以上，工作强度和成果精细度不言而喻。 日本的施工深化图连支吊架的预埋都事先做好了，土建施工的同时就进行螺栓预埋，以免后期开凿楼板，所以，日本所有的机电专业软件都有一个支吊架在楼板预埋螺栓的排布功能，而这些软件引进中国之后，几乎没有一家企业使用过这个功能。 此外，日本的施工深化图设计费用是按照每张图纸耗费的平均人工进行收费的，总费用在施工造价的3%左右，施工深化图的质量和效率是影响施工质量和工期的关键，开发便捷高效的轻量化设计软件是市场决定的。 因此，施工深化图无论修改几轮，只要修改花费了时间，就需要支付费用，谁提出修改谁付钱，费用层层申报。

4 结束语

深化设计是欧美及日本建筑机电施工的重要依据，国内对此尚且重视不足。 如今BIM 技术的应用迟迟不落地，也使得政府和行业协会认识到，深化设计是提高施工质量、降低建筑施工成本的必要阶段，普及推广已经迫在眉睫。 深化设计市场潜力巨大，深化设计软件的开发和使用也应该顺应未来的市场需求。