BIM机电设备深化设计案例：BIM在建筑施工中的革新

时间：2023-08-29 理论教育版权反馈

【摘要】：对建筑各专业深化设计要求十分严格，尤其是纷繁复杂的机电系统，传统二维深化设计手段已经无法满足项目精细化的需求，因此BIM技术在机电深化设计中的应用显得尤为重要。BIM设计的主体是产品，通过选择管道、管件、阀门及机器设备等模型，在三维信息模型中显示尺寸、定位及安装高度等要求。

1.项目介绍

某项目位于非洲北部某沿海城市，建筑面积17300m²，地下2层，地上7层，定位国际四星级酒店标准（见图4-76）。项目初步设计由意大利FABRIS&PARTNERS完成，由中国建筑股份有限公司在该国的分公司承建。对建筑各专业深化设计要求十分严格，尤其是纷繁复杂的机电系统，传统二维深化设计手段已经无法满足项目精细化的需求，因此BIM技术在机电深化设计中的应用显得尤为重要。

图4-76 某项目整体效果模型

2.深化流程（见图4-77）

图4-77 建筑机电深化设计的流程示意图

3.深化设计中的难点

1）某项目设计方（监理方）、业主及承包商来自不同的国家，而且设计依据主要是欧洲标准，这无疑给深化设计增加了难度。首先，深化设计团队要对欧洲标准中的相关技术条款深入了解并能正确应用；其次，项目当地的一些地方规范和习惯做法也是深化设计的另一部分参考依据，这也需要团队成员能够灵活把握；最后，深化设计的深度和标准也是一项全新的挑战，因为不同的监理方要求不一样，所以即使是同一个地区同类型的项目也不能完全当作参考依据和设计过程的标本，只能是结合项目的相关技术条款和设计团队的理解来完成。

2）项目监理方明确表示严禁一次结构的二次开凿，这就要求机电一次结构预留预埋做到准确定位而且不能有遗漏，传统的深化设计手段已经不能满足该项目的基本要求。

3）项目的施工周期紧张，因此施工管理中的各个环节的正常运作方能保证项目整体的顺利推进。海外项目中机电专业的材料采购周期比较长，这就要求一次采购必须做到高效，进而要求机电专业必须及时准确地提供项目所需的材料和设备清单，以保证安装计划的顺利实施，这无疑又给深化设计增加了一大难题。

4.BIM解决方案

（1）BIM模型的创建

由于各专业的深化设计工作都在同步进行，所以建筑结构也没有准确的信息模型，因此在选用深化设计软件的时候必须要具备能简单搭建建筑结构模型并能随着建筑结构专业的深化成果及时更新的BIM软件，最终选用了日系软件Rebro。

Rebro是由日本株式会社NYK系统研究所开发的一款建筑机电专用设计软件。软件分建筑、结构、空调风管、空调水管、给水排水及消防、建筑电气等功能模块，可通过网络及时更新产品数据库或自建网外阀门管件和设备数据库。建筑、结构、机电相互联动，及时调整，通过易于理解的方式探讨模型，可按照业主需求制订策划方案；通过模型图片初步确定屋面或机房的机电设计方案，将有利于现场的顺利施工；通过三维管线综合可避免返工带来的高成本，促进协调将现场的不合理及铺张浪费降至最低限度。

建模的流程是先搭建建筑、结构的三维模型，然后在建筑结构模型基础上输入暖通空调、给水排水、电气、消防等专业管线信息，最后根据各专业要求及净高控制条件对管线进行合理的布局和优化。在管线综合调整的过程中会不断地更新机电模型，使得各专业管线排布更加合理。

（2）管线的干涉检查

在保证项目系统及功能的基本前提下，结合建筑、结构及室内装饰等其他专业的具体要求，对机电各专业管线进行综合协调和深化设计，遵循小管让大管、有压管让无压管、安装难度小的让安装难度大的基本原则进行初步的管线综合调整。完成初步调整以后再利用Re-bro软件进行干涉检查，生成干涉检查清单，如图4-78所示。对应清单编号和CG模型实际干涉情况将机电专业内的问题沟通协商消化掉并在三维模型中做调整处理，而涉及与其他专业冲突的地方，则结合建筑结构及装饰要求，先对机电专业管线路由进行合理的调整和优化，如果仍然不能有效地解决相关的碰撞问题，则只能调整机电设计方案或者建议相关专业做调整。并以书面报告的形式澄清工程问题并附上调整方案和效果图片，请监理方或设计院做明确的回复，然后再调整方案模型，最终实现项目整体布局的合理性。

图4-78 干涉信息——平面位置&CG效果

此项目首层的大堂属于大空间区域，由于空间较高且采用玻璃幕墙结构，冬夏季围护结构及日照条件对空间内部的空调负荷影响较大，因此原设计巧妙地采用风幕的设计思路在靠近幕墙的区域设置上送下回的空调风系统，回风管需要预埋在建筑垫层内。在解决风管预埋时垫层厚度不足的问题时，借助Rebro进行三维效果模拟，截取效果图片（见图4-79）附上文字报告及深化团队的方案建议，以技术问询单的形式提交给监理方，最终获得了监理（设计）方肯定。施工承包商对深化团队的工作给予了高度的评价。

图4-79 平面与三维视图对照示意图

5.BIM技术在深化工作中的价值

经过项目深化设计的应用分析，BIM技术与传统的二维深化方式相比体现出明显的使用价值：

（1）表达方式的优越性

传统二维设计的主体是线，通过线条的叠加、组合在二维投影中表示管线和设备，而且阀门管件等信息也仅用特殊的线条符号加文字描述来表示，这样使得原本就比较专业的设计更加抽象，不利于施工者快速读懂图样，从一定程度上降低了施工人员的安装效率。BIM设计的主体是产品，通过选择管道、管件、阀门及机器设备等模型，在三维信息模型中显示尺寸、定位及安装高度等要求。采用三维可视化的设计手段可以使工程竣工时的真实画面在施工前展示出来，表达上真实直观，对施工人员来讲更能准确地把握设计意图，高效地完成安装工作。图4-80为平面与三维模型的真实比对效果。

图4-80 平面图与三维模型真实比对

（2）预留信息的科学性

传统的二维设计过程中，机电专业所需的建筑结构预留预埋条件很难准确地提出来，仅仅依靠二维平面综合各专业信息提供准确的预留预埋条件确实需要耗费大量的时间和精力，而往往由于无法整体考虑系统水平及竖直管线的路由而造成后期管线安装的时候出现部分不必要的交叉和拐弯的问题，一方面增大了系统的阻力，另一方面也在一定程度上增加了安装成本。

而采用BIM技术下的可视化设计和管线综合调整能够科学合理地提出建筑结构预留预埋的机电条件，通过建筑模型展示隐藏的结构过梁及构造柱等信息，能够准确地确定预留孔洞的尺寸和位置，保证了一次预留预埋的准确性，并且通过项目实际经验反馈采用BIM技术深化设计后提出的预留预埋条件在后期机电施工中有极高的准确率，这在一定程度上节省了施工成本，而且最大限度地保证了建筑结构的稳定性。图4-81为机电管线的结构预留模型。

图4-81 机电管线的结构预留模型

（3）管线综合的高效性

传统二维设计的管线综合工作的一般模式是先分专业核算管线参数、优化调整管线路由，然后基点复制到同一张平面上，通过肉眼进行观察分析，并结合工程经验将重叠的机电管线进行排序，设置安装高度。在调整管线路由的过程中由于机电系统纷繁复杂，管线比较集中的地方交叉碰撞的情况较多，通常解决某一点的碰撞问题连带别的区域又出现更多的碰撞。而且在调整过程中还要考虑结构等信息，这无疑更增加了深化工作的难度，常常是花了大量的时间和精力，但是给出的参考价值并不高。而采用BIM技术进行管线综合工作就显得事半功倍，首先设计人员将需要综合的管线模型化，赋予设备管线专业信息，然后将各专业管线录入到同一操作文件下利用三维碰撞检查功能可以及时全面地发现存在问题的点，将施工过程可能出现的问题在模型中提前暴露，然后通过一定的避让和调整原则合理布置设备、优化管线路由，以保证后期施工过程的高效性。

（4）采购、预制参数的可靠性

传统机电深化过程中，有专门的采购人员按照平面图进行材料统计，这种方式效率低、人为因素影响较大。部分材料由于单价较高在材料统计时担心过多的浪费成本所以采取多次采购的方式，这样在一定程度上是保证了数量的准确性，但是也同时带来了延误工期、增加供货运费成本等一系列问题。而一些单价比较便宜的材料一次采购量又远远超过了项目实际需要量，最终造成不必要的浪费。而运用BIM技术在机电深化过程中能非常精确地提供材料及设备清单，而且提供的设备及材料参数都是基于实际施工模拟而来的准确参数，只需要操作软件里的材料统计项，就能将各专业不同型号的材料、管件阀门、机器设备等信息生成详细的清单供采购部门参考执行。

在项目的机电深化设计工作中，利用BIM技术进行建模、检查、分析调整，不仅通过三维模拟技术实现了可视化的精准设计，还有效提高了后期的安装效率，通过施工过程中的重点和难点区域的三维效果展示，极大地避免了施工过程中的拆改和返工带来的材料和劳动力的浪费，对缩短工期、提高工程质量、降低工程造价将产生积极的作用。

结合BIM技术在机电深化设计的应用实践，再进一步思考如何将BIM技术应用并推广到工程项目的全过程中，通过搭建建筑全专业的信息模型并贯穿项目各个阶段，监管机电各系统的运行数据，最终实现提高。

某项目机电设备安装应用案例

1.概况

此项目位于自新路南侧、玲珑路西侧。本项目由一栋超高层办公楼、四层地下室、高层商业裙房、西北侧景观廊下沉广场等四部分组成。本项目主要功能为甲级办公楼、大型商场、地下停车场等。其中，办公塔楼为30层，最高高度为140.20m，建筑高度（屋面）约为132m；商业裙房为地下1层～7层，最高高度约为43.16m，建筑高度（屋面）约为39m；地下部分为4层。本项目建筑面积约187702.42m²，其中办公部分为74046.78m²，商业部分为46472.94m²，地下车库为67182.7m²。

2.项目组织机构

针对本项目的特点，挑选具有相应资质、丰富的类似高级民用建筑工程机电安装经验的技术管理人员组建项目管理部。项目管理部有健全和行之有效的质量管理体系、职业健康安全管理体系和环境管理体系；必须熟悉、正确理解和执行与本工程有关的国内外施工规范、标准。不仅能迅速阅读施工图，而且能完善施工图设计并提出施工图设计中存在的问题及解决问题的办法；项目部成员具有从施工准备到保修服务全过程地理解业主要求的意识和行为，满足并超越业主期望；有很强的施工过程控制的能力，确保工程质量目标实现。

劳务层实施专业队负责制，优选技术素质高且有高等级智能化高层民用工程机电设备安装施工经验丰富的施工队伍参与，同时储备一定数量的劳务人员，视工程需要，随时组织劳务层人员有序动态调配。

项目部配备具有高效、安全的完成建筑安装工程的一切装备，其中包括机电设备的吊装机械、机电系统的调试仪器仪表、机电系统的安装工具及计量器具。

3.B3层冷冻机房工程情况简介

B3层冷冻机房层面积约765m²，空间高度8.45m（包括B3层及B2层2层层高），夏季总冷负荷16680kW，共设置有5台离心式电制冷冷水机组，如图4-82所示。