BIM正向设计在机电工程中的应用与研究

王尧 乔维昭

摘要：由于国家政策的大力推行，现阶段BIM技术在各类工程项目中应用越来越多，BIM技术应用的主流依然是以单专业翻模为主， 而翻模只是BIM发展的一个过渡，各专业开展BIM正向设计较困难，而BIM正向设计以工程理论、方法和过程模型为指导，旨在提升企业自主创新能力和设计制造的一体化能力。本文以选取杭州地铁项目为研究试点，提出“三维设计、二维表达”贯穿全专业三维设计的建模思路，以“BIM 设计模型+ 设计说明+ 图纸目录+ 出图说明”的形式固化与提交，提出以一种机电工程BIM设计协同管理和正向设计方法，对机电工程BIM技术进行初步应用与研究。

关键词：机电工程;BIM正向设计;设计流程

一、 前言

相对于传统二维设计，三维正向设计将逐步占有更大的市场。BIM的初衷是直接在三维环境里进行设计，利用三维模型和其中的信息，自动生成所需要的图档，模型数据信息一致完整，并可后续传递，也可以说这就是BIM正向设计。经过实际项目的检验，充分应用探索者BIM正向设计解决方案，将大幅提升项目整体设计效率。BIM正向设计作为BIM技术的重要发展方向，其前景是无穷的，但是它的实现是需要我们的辛勤努力的，它的各方面所存在的问题也是需要我们来解决的。

二、本项目正向设计流程与方法

三、应用项目介绍

杭州地铁9号线一期工程项目位于杭州市余杭区，建筑面积为51115.03㎡，占地面积3997.28㎡，建筑层数为14层，建筑高度为63.05米的一类高层建筑，耐火等级为一级。设计使用年限为50年，设计内容有给排水系统、弱电系统、及通风空调防排烟系统。

四、BIM正向设计实施应用

1、BIM强调的是信息传递和共享，讲究的是各专业协同，因此在前期的准备阶段和方案设计阶段很重要。该项目以Rebro软件为基础来设计机电模型，在建筑结构平面图基础上，用Rebro代替CAD，以土建导入的reb格式文件和土建dwg格式为参照，风水电各系统分别绘图，同时风水电各专业相互参照设计建模。使用“先建模，后出图”的正向设计BIM技术应用方式，目的是保证图纸和模型的一致性，减少施工图的错漏碰缺。虽然BIM正向设计往往是建筑先开始的，因为方案只有建筑需要认真设计，但只有建筑做正向，初设中后段时候就会变得很艰难，结构和机电不一起做，建筑单做的意义就不大了。拉结构和机电一起推正向虽然压力会很大，这是全局性的，各个专业都不能少。

2、在模型绘制前，需先确定综合管线排布原则。综合考虑各专业的管线分布情况，先暂定机电各专业管路的标高原则，空间原则确定后，分专业进行机电模型的绘制，包含机械设备、管路和末端构件。在整体方案确认后，各专业工程师在方案模型的基础上展开各自负责专业的施工图设计工作。绘制给排水系统及风管系统时，通过管道介质流量和风管风量的计算，从而选择机电系统类型、规格参数，同时根据建筑图纸及甲方提出的各系统需求点位，对消防、电气、给排水、等专业系统总容量进行计算，满足设计要求，完成各专业系统图及初步的管路规划图。同时各专业工程师分别对所需要的各类模型构件进行整理，机电各系统类型、材料属性、管道连接方式等的定义。项目负责人对各专业提交信息进行汇整，对各系统色彩定义、材质选择、图层建立、三维视图等做统一规定，各专业工程师依规定执行。当集成的三维链接了信息之后，设计人员就会有个更快、更高质、更充分的设计过程，风险得以减小、设计意图得以维持、质量控制得以改进、交流更加明确化。

图4.2 综合排布

3、全专业设计BIM协同

正向BIM协同设计中，正向是相对于逆向而言的，即设计核心的相关工作在BIM的工作框架下完成，以BIM的思维和工作方式进行设计工作，尤其是專业内协同和专业间协同，设计相关信息通过BIM模型承载，通过该模型，完成设计阶段的逐项应用。各专业模型均绘制完成后，需对模型当中的碰撞点进行检查。在协同设计过程中，需要约定专业内和专业间的协同工作方式，以及专业间工作流程，通过协同设计的并行工作优势，可以保证专业间的信息传递及时有效。 而正向BIM协同设计，可以允许同专业人员在同一个文件上同时操作，专业间不仅传递图形，同时传递属性，重复内容即时专业间各自创建重复表达，重复表达的内容也是联系并联动的，例如建筑可以基于结构楼板在同标高位置，创建有面层的楼板，符合各自的表达需求，而在结构或建筑任一专业调整楼板高度时，另一专业都会获得消息提醒，并允许另一专业选择跟随或要求其改回。在本项目中，暖通系统管道尺寸较大，需要协调的工作也较多，因此统一由暖通专业对机电管线碰撞处进行调整，再记录反馈给各专业工程师进行二次校核。机电各专业工程师根据其他专业的意见修改调整管路模型，实现了各专业之间设计过程中的高度协调，提高了专业间设计会签效率，更加高效的把控项目设计的进度和质量。提高了设计完成度和精细度，减少了设计盲区，让模型服务后期施工成为可能，这也是BIM正向设计的最终目的。

4、自建族库

在Rebro软件中，自带的设备构件和族库往往不能满足实际项目需求，因此各专业工程师在梳理好各自系统所需构件后，按设计需求建置相应的设备和材料相关族库并添加信息。5、二维图纸

全专业模型协同步骤完成后，可进入下一步二维图纸的输出。出图之前，要充分了解熟知设计出图规则，二维图纸的表达应清晰、完整、统一。由于Rebro软件本身出图标注功能达不到出图标准且美观度不足，因此在模型上标注好基础的定位和标高数据后，需在导出的CAD图上做二次加工，继续添加文字标注信息并调整图面至出图标准。经过模型整合后导出的图纸跟以往的施工图相比，添加了管线的空间定位（平面及标高）信息，且对管线较多的区域（如走廊）可单独导出三维及剖面图纸，以利于后续指导现场的安装。

6、工程量清单

通过Rebro软件自带的出量功能，可根据参数设置条件来筛选分别提取设备和材料的工程量清单。由于机电模型文件直接导出，工程量与施工图纸内容一致，减少了人员计算工程量时对图纸主观误差。虽然基于模型的工程量不包含材料的损耗，但仍可作为后续成本计算和项目管理的可靠依据。

五、问题与总结

本项目对BIM机电工程的正向设计进行了尝试，这次的正向设计仅针对某些地方做了出图，而且出图方式也有几种。我们发现，通过试点项目的BIM正向设计，解决了以往项目BIM技术应用中的两个问题：首先，提前介入时间。BIM技术在设计阶段即参与其中，BIM技术可视化的特点方便各专业技术人员进行充分有效的讨论，最大程度降低后期出现二次设计变更的可能性。其次，专业工程师可直接用Rebro软件绘制。在以往工程施工过程中才会出现的问题提前在模型绘制过程中发生，有利于问题的讨论，图纸的即时修正，也在很大程度减少了施工中因专业间协调而引起的变更和返工。另一方面，BIM正向设计在实施过程中也遇到了各种问题：比如专业工程师对软件操作不熟悉，设计目前没有统一标准，设计前期无法确定任务书所有的细节问题;效率问题，建模耗时长、管线排布优化不理想等;BIM正向设计的成果如果要延续到施工过程，还需要施工团队的精细化管理。若施工人员仍是用以往粗放型的管理方式，谁先做谁有理的心态来执行，那BIM的成果在项目中必然是无法成功实践的。想要提高施工现场的精细化管理水平，除了需要借助现代化的新技术手段和工具，更需要项目各方积极参与，明确自己的一份责任，付出自己的一份努力。同时也证明了BIM正向设计是行业的发展趋势，正向BIM设计也就逐步被各大设计单位采纳并应用到了真实项目的设计当中去。