BIM技术在建筑电气设计中的具体应用

摘 要：近年来，随着BIM技术的不断推广和日趋成熟，BIM技术已广泛应用于建筑电气设计中。BIM自带的信息和数据，给建筑电气设计带来了便捷，也为建筑电气工程设计的发展提供新的思路和方向，全方位升级与改善整体设计效果。简要分析建筑工程电气设计环节中采用BIM技术的优势，并对BIM技术在电气工程中的应用进行分析，旨在推动我国建筑行业BIM技术的快速发展。

关键词：BIM技术;建筑电气;电气设计;具体应用

中图分类号：TU85;TU17                               文献标识码：A                               文章编号：2096-6903（2022）07-0001-03

0 引言

BIM技术是一种数字信息的应用技术，具有可视化、协调、模拟、优化等优点，可用于设计、施工和后期运营管理全生命周期[1]。建立以BIM技术为载体的项目管理信息化，设计中能及时发现问题、进行优化、减免碰撞;建设中可以显著提高项目质量、缩短工期、降低建造成本[2]。我国政策要求超过一定规模的政府投资项目必须采用BIM技术设计，各地政府都在完善BIM技术应用标准和实施指南，不断推动BIM技术发展。随着BIM技术的发展，BIM技术已广泛应用于建筑电气设计中，通过碰撞检查、三维直观显示等技术方法，给建筑电气设计提供更直观和准确的数据信息，通过不断优化设计，避免冲突，有效地提升建筑电气设计的技术水平，提高项目设计质量，推动行业的发展。

1 建筑电气设计的主要内容

建筑电气设计是指民用建筑中的电气设计，分强电和弱电两个部分。其中，强电包括变配电、照明、动力、防雷接地等;弱电包括火灾自动报警及消防联动、安全防范、综合布线、有线广播及扩声、会议等智能化等。

除系统设计外，还要考虑电气设备安装和线路敷设。常见的电气设备包括变配电设备、配电箱、母线槽、桥架、线管、开关插座、灯具、弱电、火灾报警等，种类繁多，数量惊人。电气设计的系统也相对复杂，设计过程中需要充分考虑建筑、结构、给排水、暖通等专业对电气设计的影响，需要大量的设计沟通和协调工作。

2 BIM技术在建筑电气设计中的应用优势

BIM技术主要是对建筑项目进行模型构建，以数字化仿真将建筑物信息进行展示，以指导建筑全寿命周期的信息化运作[3]。采用BIM技术的最终目的是要提高项目设计质量和效率，减少返工和整改，有效避免施工配合工作，保證施工进度，节约项目资金[4]。

建筑电气设计中利用BIM技术进行辅助设计、管线综合、计算和分析等，可有效提高建筑电气专业设计精度;通过碰撞检查、三维显示可使设计不断优化，保证设计达到预期效果。因此，BIM技术在建筑电气设计中的优势是明显的，主要体现在以下几个方面：

一是通过专业之间协同减少提资工作。建筑电气设计过程中需要大量的数据和沟通。除专业内部提资外，还需与建筑、给排水、暖通、结构等专业相互提资和沟通。BIM技术的协同性，让设计、沟通、出图全部在同一模型空间进行，实现设计资料的快速和实时互提，并提供更有效的沟通渠道，确保电气设计的效果能够达到施工标准。

二是可进行三维可视化设计和展示，便于理解和沟通。传统二维设计通常需要根据平、立、剖面来构建三维模型，不同设计人员对图纸理解程度有很大差别，会给沟通带来一定的问题，效率低下。而BIM技术三维可视化设计更能直观、有效地提高设计人员之间的沟通效率，快速发现问题并解决问题，大大提高工作效率和设计质量。

三是通过碰撞检测发现专业间碰撞。与传统CAD比较，BIM技术的最大优势是可以进行碰撞检测，在设计阶段中的管线综合使得设计阶段管线碰撞量减至最小，可以避免施工过程中的一些不必要的现场问题和变更，有效地减少设计人员施工配合的工作量。

四是利用模型的数据进行计算、模拟、分析、统量。BIM技术模型中包含有大量的信息和数据，可以应用于设计中的模拟分析和计算。BIM技术模型能够传递和体现从设计、施工、竣工到运维的全过程。虽然传统二维设计也能进行模拟分析，但也需要重新建立一个模型，会有大量建模的工作量，BIM技术分析和计算可以直接采用绘图时建立的BIM技术模型中的数据进行模拟分析和计算。同时，BIM技术还在数据统计方面有明显的优势。BIM技术模型可以通过设置约束条件快速统计出各项目工程量，并能应用于设计、施工、运营等全过程。

五是设计尺寸更加精准和细致。BIM技术模型为三维数据模型，可以从一个模型数据按照不同用途生成平面图、立面图、剖面图、详图等多种图纸。同时，生成的平面、立面、剖面具有整体性和关联性。对模型进行修改时，相关图纸均会实时反映修改内容，有效地避免了平面、立面、剖面相互矛盾的情况。

3 BIM技术在建筑电气设计中的发展趋势

建筑电气设计中，应用BIM技术的现行基础主要有应用标准以及应用软件。在应用标准方面，目前建筑电气设计应用BIM技术主要是参照《中国BIM技术标准体系CBIM技术S框架》以及一些地方标准。而各个设计单位也针对其应用制定了一些导则，如《BIAD-BIM技术项目实施导则》、《BIAD-BIM技术项目应用指南》等。在国际范围内，BIM技术应用中可参照标准主要有国标NBIM技术S以及英国的AEC（UK）BIM技术标准。在应用软件上，建筑电气设计中，所用的BIM技术软件主要是Autodesk公司研发的Revit系列软件。在实际设计中，许多设计人员一般会同时使用Revit与CAD两个软件。此外，Autodesk公司研发的Naviswork三维模型浏览软件也可用于建筑电气设计中，其主要作用是实施碰撞检测、三维漫游以及制作三维动画。而在这些软件中，Revit软件通常被用作整合平台来开展协同设计。

应用BIM技术进行建筑电气设计，需要合理分配各阶段设计工作量，重点关注方案选择和优化。BIM技术在电气设计中，较为成熟的应用有管道的综合设计，碰撞检查用于查找碰撞位置并对其进行优化。BIM技术建模将增加初步设计阶段和施工图设计阶段的工作量。

电气设备越来越丰富，也给族库建设带了更多的工作。构建电气族库时，除三维实体外，还应配置设备的电气参数、设备安装和线路敷设等。目前，使用的电气族很多为自建族，族中尺寸、参数和图例等均需逐步完善。

系统图种类形式复杂多样，目前阶段无法采用BIM技术绘制出匹配的系统图，为BIM技术的正向设计带来了一定的困难。

为能让整个项目有条不紊地完成，需要对整个项目的BIM技术操作流程进行标准化，对各专业全过程设计的相关参数设置进行统一，总结一套合理的BIM技术应用操作流程，形成一个完备的标准体系。并通过标准的操作流程和标准体系知道建筑电气设计的BIM技术设计，提高设计效率。

4 BIM技术在建筑电气设计中的具体应用现状

BIM技术是目前建筑全生命周期内的最优解决方案，从设计、施工到运维管理可做到无缝共享信息。目前，国内BIM技术设计主要分两种：一是BIM技术的全过程设计;二是后BIM技术设计，也称为BIM技术纠错。目前，国内电气专业进行全过程BIM技术设计还是很少的，采用BIM技术出图的一般有电气平面图、剖面图、大样图等，而系统图仍采用传统CAD出图。BIM技术出图约占电气专业施工图的70%左右。BIM技术在建筑电气设计中的具体应用主要有下述几个方面：

4.1 照明系统设计

在民用建筑项目中，往往同一功能的房间会比较多，传统电气设计只能一个一个地进行照度计算，并根据计算结果布置灯具。在BIM技术的照明设计中，可以通过房间名快速定义照度标准，并可以利用模型中的信息（房间名称、长、宽，灯具安装高度等），选择灯具类型、光源，即计算房间照度，并按照度计算结果对房间进行自动布灯，快速完成照明设计。

4.2 配电系统设计

在布置设备时可以顺便定义设备功率和回路，BIM技术可以直接统计各回路负荷，并进行负荷计算，为配电系统设计提供依据。BIM技术还可让配电系统的整体或局部展示，并进一步通过模型模拟技术完善和优化变配电设备的布置。

4.3 设备布置及碰撞检测，管线综合的精确设计

建筑电气设计中，电气设备与梁、墙、给排水设备、暖通设备之间经常发生打架、碰撞等问题。目前常用的碰撞检测办法有两种：一是采用BIM技术自带的碰撞检查程序检测，运行速度快，方便快捷;二是利用专业检测软件（如Navisworks）检测，需要对整个模型进行整合，功能更多，导出的碰撞检测报告中有构建ID号、位置、图片等信息，非常直观，便于查找修改。Navisworks还可以进行软碰撞校审，发现间隙碰撞、空间碰撞等，可以软碰撞检测给设备管线留出足够安全间距和检修空间。Navisworks碰撞检测报告如图1所示。

4.4 三维可视化简化沟通

BIM技术的可视化能以三维立体虚拟模型的形式呈现设计成果。可以通过三维模型快速了解设计意图和其他专业的设备布置，及时发现设计图纸中存在的缺陷和碰撞，并不断优化设计。基于BIM技术的电气设计，电气设备、桥架、灯具、箱体等均具有三维可视性，有利于电气设计人员与其他专业进行沟通协调。三维可视还能应用在项目施工、运维管理等阶段。

4.5 简化平立剖的绘制

虽然BIM技术建模会给设计工作增加一定的工作量。模型一旦建立，可以通过模型生成平面、立面、剖面，二维标注后可完成图纸，减少绘图工作量。例如，通过模型直接剖切生成剖面，再二维标注即可完成开孔埋件的剖面大样图，节省绘图和对图的工作量。

4.6 工程量统计

BIM技术能够帮助设计人员进行模型统量，即在模型中按照设计阶段要求统计电气工程量。统计的工程量精细、精准，能直接用于概预算、材料采购、审计等工作。BIM技术统计的工程量还具备实时性，会随着设计的调整过程实时更新。

5 BIM技术在建筑电气设计应用中仍存在的问题

5.1 计算机硬件和网络环境的限制

工程建设项目规模比较大时，构建数以万计，信息量非常庞大，BIM技术运行的响应相对缓慢，BIM技术对计算机硬件配置要求非常高。另外，BIM技术项目需要在大量设计人员同时工作，对网络环境的要求也非常高。

5.2 BIM技术设计流程发展的限制

现阶段我国的BIM技术设计还停留在翻模阶段，缺乏对BIM技术全面和深入的认识。通常是先完成二维设计，再BIM技术建模。碰撞检查也停留在初级阶段，没有充分利用BIM技术的优势。只有真正的通过BIM技术 “正向设计”，设计过程中及时发现问题，才能避免在施工过程中出现严重问题。

5.3 增加设计时间

BIM技术要求各专业在设计时十分准确，要求设计人员具备更高的專业技术水平。同时，电气BIM技术建模中电气设备、智能化设施等种类繁多，数量众多，设备布置时要综合考虑设备的安装位置和高度，由此会增加一定的设计时间。

6 BIM技术在建筑电气设计应用过程中完善措施

6.1 营造良好的BIM技术协同环境

BIM技术需要多专业、多人同时协同设计，应通过硬件设施，打造一个良好的BIM技术运行环境。此外，还需要碰撞检测软件、性能分析软件、BIM技术核心软件以及虚拟现实软件、造价软件等，形成一个全面的、系统的软件平台。建设完善的网络基础环境，有利于形成良好的沟通和交流渠道，更好地展开信息交流。

6.2 制订标准明确的设计流程

建筑电气设计应用BIM技术，需要对设计流程进行规范，结合电气设计内容的进行研究，不仅要重视电气设计的设计原则，还应充分考虑电气设计和建筑整体的诉求，达到最好的设计目标。同时，要对其他相关专业的知识展开协调和综合研究，提高专业之间的交流和沟通效率，能够提高设计工作的效率。

6.3 更精准的尺寸，更精细的设计

传统电气设计更注重系统设计，往往容易忽略设备安装、线路敷设等精细设计。示意性地表示电气设备，用线条表达管线的敷设，存在精度不足的问题，无法将设计的细部内容充分反映出来。BIM技术设计可以对测量以及布局准确控制，确保建筑电气细部能够精确表示。

7 结语

随着社会的发展，绿色建筑、装配式建筑、节能环保等要求逐渐占据主导作用，智能化系统、设备、线路等越来越多，给建筑电气设计带来了更多困难。

上述研究表明，BIM技术在建筑电气设计的应用已成趋势，BIM技术的三维模拟与可视化，能给人真实感与直观的视觉冲突;能快速算量，提升施工预算的精度与效率;能虚拟施工，进行碰撞检查，能大大减少返工和整改，降低施工成本与周期;能优化的设计图，保证设计图的可操作性与质量。BIM技术在建筑电气设计中具有良好的应用前景，只有积极提高BIM技术水平，制定BIM技术建筑电气设计的流程和标准，才能极大地推动电气设计行业和BIM技术的发展。

参考文献

[1] 朱明璞.建筑电气设计中BIM技术的应用和分析[J].工程技术研究，2020，5（20）：179-180.

[2] 姜昊.建筑电气设计中BIM技术的应用现状及发展趋势展望[J].建材与装饰，2020（7）：140-141.

[3] 彭松龙.BIM在建筑电气设计中的应用研究[J].智能建筑与智慧城市，2021（11）：39-41.

[4] 李东旭.建筑电气设计中BIM技术应用研究[J].建筑技术开发， 2020，47（1）：53-54.

收稿日期：2022-03-04

作者简介：易俊（1986—），男，湖南涟源人，硕士，工程师，从事水利、市政、建筑等工程等电气设计及研究工作。