机电专业BIM设计流程的应用研究

2017-09-07 来源：作者：张弋丹

本文摘要：目前我国BIM技术的发展尚处于发展阶段,为了推动BIM技术在机电设计中的发展应用，本文以BIM技术在机电设计中的应用为基础，以Bentley公司AECOsim Building Designer软件为设计平台，对机电专业BIM设计

1 引言

1.1     BIM设计的发展现状
BIM（Building Information Modeling建筑信息模型），是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对该工程项目相关信息的详尽表达。建筑信息模型是数字技术在建筑工程中的直接应用，以解决建筑工程在软件中的描述问题，使设计人员和工程技术人员能够对各种建筑信息做出正确的应对，并为协同工作提供坚实的基础。建筑信息模型同时又是一种应用于设计、建造、管理的数字化方法，这种方法支持建筑工程的集成管理环境，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率和大量减少风险。BIM设计是应用各种BIM设计软件，进行建筑施工图的设计，其实际上是对所设计的建筑工程的真实模拟，它包含了实际建筑物的所有真实信息，即从建筑工程项目的策划、设计、施工、运营到拆除的全建设工程生命周期内的生产和管理的数字化。BIM设计使建筑、结构、机电等各专业基于同一个模型进行工作，实现真正意义上的三维集成协同设计，使各专业能够更好的配合，及时解决设计中遇到的问题，极大的避免了施工中的浪费。
1.2     传统机电设计存在的问题
传统机电设计还处于基于CAD软件的二维的设计模式，CAD技术曾从手工绘图中解放了设计人员，大大的提高了设计效率。但它仍然只是一个二维绘图工具，无法成为智能设计工具，其主要存在的四方面问题有^[4]：
工作效率低
传统的机电设计，设计人员必须将设计的三维结构构思好，再用线条绘制表达二维图形，加上各种尺寸标注，工作量大而且繁琐，无法将精力完全集中在机电设计的优化和创造性构思上。
可视化差，交流困难
二维的设计图纸难以反映复杂建筑空间中种类繁多、数量巨大的各工种管线和设备全貌，可视化差，交流困难。
设计中常与其它专业发生冲突
机电各专业设计的内容数量多，功能复杂，设计周期短，实际工程中容易与结构梁及机电本身的位置发生冲突，有时甚至需要反复的管线综合，常常会引起工程返工、延期、影响美观，造成不必要的损失。
资料信息管理困难
设计过程中需要的大量原始数据和规范等还是依靠手工查询，对于大型复杂项目的设计，捉襟见肘。由于没有统一的管理系统，大量的基础设计资料分散在每个设计人员中，难以对其进行系统管理，而且数据的出错率大大增加，数据的一致性和设计质量得不到保证。
1.3     软件选择
Bentley公司的AECOsim Building Designer虽然市场占有率不是很高，但其底层核心是受到建设行业普遍认可的三维设计平台MicroStation，行业延展性较强，数据兼容性较好。依托项目文件管理平台ProjectWise，能实现各专业，各阶段人员实时参与，实时协同的BIM工作模式。
2         服务器项目管理平台搭建与维护
2.1     项目文件管理的必要性
随着项目的进展，项目过程文件逐渐增多，尤其在项目数量繁多的情况下，项目间来回工作，若没有对项目文件有一个良好的管理，不仅仅会在寻找文件上浪费大量项目时间，同时也极易造成协同间发成不必要的错误。
对于文件和文件夹属性自带的是远远不够的，管理平台可以制作文件与文件夹的属性模板，针对不同的文件类型给予不同的属性样板，将需要经常浏览的信息可直接放在属性中，以便自己与别人的查看文件内容以外的信息。
对资源整合归纳、合理有序的归档不仅方便查找，而且还方便对经验教训进行总结。这就需要我们建立目录清晰明了的文档结构树，并将文件分类归纳，既可保证事隔一段时间后仍可以很快的找到所需文件，而且在工作协同时，方便其他专业即使在本专业人员联系不上的情况下迅速找到本专业文件。使用管理平台可以把文档树规范化，每次新建项目可自动生成规范的结构树，而且还可以制定文件命名规则，统一文件名称。
对于协同期间的文件间连接关系维护也是非常重要的，在平台维护下，不仅可以在文件名修改和文件位移的时候继续保持参考关系，而且可以以树状图形式直观的看到所连接文件关系及文件位置。
2.2     权限及流程管理
在项目协同期间，对于人员的权限管理是非常有必要的，可以避免不必要的误操作，对于有人员流动的项目要时时更新人员权限。文档可以记录对其进行更新的人员以及更新者对其进行的操作，不仅可以加强文档的安全性，而且方便管理人员在不打开文件的情况下了解到项目进展情况。
3         适时对接建筑结构信息模型

3.1获取建筑、结构信息

三维设计的理念与二维设计截然不同，设计的方式方法也不同，但一个基本的理念被沿用了下来：机电的设计都要基于建筑和结构的信息模型，在他们的信息模型的基础上进行设计。
所以无论何种建筑，都要在建筑专业提供了正确的信息模型之后，机电的设计才能得以正常进行。
获取轴网标高：
事实上如果设备专业和建筑专业同处一个工作环境中，轴网和标高均为协同共享，在设计过程中，由于所需的工作平面比较多，可以通过建立ACS坐标的方式来快速选择和切换工作平面。
如果设备专业和建筑专业没有同处于一个工作环境中，则需要手动来建立轴网和标高，这里比较倾向于使用草图模式来建立轴网。
参考模型：
在处理完轴网和标高之后，就可以将建筑模型参考进来。参考时注意正确的调整嵌套的层级。在参考完建筑和结构模型之后，再调节一下参考文件的显示样式，就可以开始设计工作了。
平面图纸：
建筑的模型，即使使用出图规则的功能，仍然不能满足常规我们出图的要求，因此，这里就需要建筑专业提供二维的CAD平面图来作为机电专业的底图。
在处理的过程中，机电专业较为关注的除了建筑模型的空间关系之外，还有一些梁、柱等结构构件的位置和尺寸信息需要关注。
对于机电专业而言，结构模型的信息要求不高。接到结构模型之后，处理方式类似于建筑模型的处理。

3.2反馈建筑结构专业条件

前期条件主要为水暖电各专业的进线位置，制冷机房、消防水泵房、变配电室、消控室或值班室等房间的位置和具体的要求。要跟建筑专业设计师落实是否达到相应的规范要求。这一点与二维出图相同，这里就不再赘述了。
后期条件主要分为提设备洞口和管道桥架洞口。
1)        提消火栓、百叶、电箱等设备洞口
机电专业的设备洞口大多是在设备已经就位的情况下才会提出，这时只需将机电的信息模型提供给建筑专业即可。建筑专业将暖通、给排水和电气的图纸链接进建筑信息模型中，将所有百叶消火栓和电箱等设备在建筑的模型中打开显示，其他则关闭。建筑等专业在无异议的情况下，在相应的位置开洞处理，标记洞口尺寸等。这样就完成了设备开洞的步骤。
2)        提风管、水管、桥架洞口
风管的洞口都要提出与建筑专业协商，水管提洞情况较少，桥架洞口一般只提较大尺寸的，如300*300以上的洞口，过小的洞口在施工时现场开洞即可。
其实设计过程中机电专业是将条件提供给建筑专业，建筑同结构商量条件，最终确定条件如何实现。如基础的提交采用制作一个简单的单元，提供简单的尺寸要求，其上的设备重量则提取自设备中的参数数据，为了保证数据的提取，应保证设备的单元信息录入到Datagroup中，这样才可被建筑结构正确的读取。
4         分析与计算
AECOsim Building Designer内置的AES计算工具基于美国ASHRAE的负荷计算标准，采用热平衡法进行负荷计算。该工具可以自动识别建筑的围护结构，空间类型，读取建筑构件的面积、体积等数据并进行计算。
在AES中，如果有预先设置好的空间参数、材料、人员时间表等计算数据模板，就可以非常快捷的计算出房间的冷热负荷，作为设计依据。

AES中围护结构设置

空间参数设置

5 机电内部协同工作

6.1工作模型的拆分

6.1.1拆分原则

由于Bentley系统对于文件关联的追溯性较强，大型的项目就要拆分成多个级别分开建模。目前机电专业拆分模型可以按照建筑功能分开建模，具体拆分区域，可以和建筑等专业相统一；也可以分系统（分为给水系统、排水系统、消防系统、照明系统、弱电系统等）建模。这两种建模方式各有利弊，不同的项目性质可以采用不同的方式。如体量较大的建筑物，建议分区域建模，如系统工艺性较强，建议分系统建模，这样可以提高设计的效率。

6.1.2文件命名规则

合理的文件命名可以加快文档查找浏览以及识别的速度，而且应当在项目开始初期就将命名规则定义完成，机电专业的命名规则应与建筑和结构专业的对应，专业间区分可用P代表给排水，M代表暖通，E代表电气。

6.2机电专业模型搭建

6.2.1机电设备单元的制作要求

AECOsim可用于制作机电设备的单元分为多种格式，普通单元cel，复合单元bxc，参数化单元paz，以及利用vba编程得来的参数化单元，其中需要根据设备类型的不同选择合适的单元制作方法，才能在工作中提高效率。
对于普通设备，比如风机水泵之类的设备，建议使用复合单元，使用它的原因是设备形体通常比较复杂，根据需要的设备来制作合适的形体，并配上合适的二维符号，既能满足它在三维视图中的样式，又可以满足出图中的要求。
对于阀门管件这类设备，建议使用vba编程得来的参数化单元，因为它通常需要和管道进行匹配并且通常布置在管道上，因此使用vba制作的构件更能满足要求。
电气专业另外的要求就是设备需要参数化，一些电箱尺寸很灵活，总不能每一种尺寸的电箱都做一个复合单元来备用，所以就要做成可以在设计中随意修改paz格式的参数化单元，为设计师提供方便，提高效率。

机房部分三维模型

生成的二维图纸

6.2.2参数的设定

BIM的核心是信息，BIM软件在信息的储存和管理的能力还是很强的。一些信息可以用来在图纸以及设备中进行表达，这就要求模型背后的数据必须合理及有效。

Datagroup属性编辑
AECOsim的Datagroup功能提供了很多构件属性编辑功能，让我们可以更高效的完成构件属性的编辑和管理功能，里面既可以让属性驱动图形，也可以对属性进行筛选并输出设备表，这方面比传统CAD设计手工统计设备表要高效的多。
6 三维设计中图纸校审
校审工作是整个设计工作中不可或缺的重要环节，是减少设计失误的最重要的一环。设计院一般要求内部经过校对、审核、审定三个校审环节，并且为了满足质量控制标准，各级校审意见都必须进行书面记载并存档。
传统的设计方式中，设计完成后，设计人员将图纸打印出来后送交校审人员，审核人员将意见和批注的图纸一同交由下一级校审，直至审定完成，设计人员根据校审意见修改并收集校审意见存档。
在进行BIM设计的过程中，同样可以按传统的方式将纸质文件提交给校审人员以完成校审工作。由于协作设计本身基本网络平台，项目参与人员可以方便地访问设计成果文件，所以校审工作也可以通过电子文件进行，并且利用软件的功能自动化，减少一些工作量。
在利用电子文件进行校审时，校审人员按照约定的时间访问完成的设计文件，在有问题的地方标记并标明问题内容。校审完成后标记和意见均保留在设计文件中，下一级的校审人员可以避免提出同一个问题，减少工作量。
全部校审工作完成后，可以自动生成用于阅读和存档的电子表格，打印存档。
7 结论
随着全球信息化水平的快速发展，传统二维CAD设计的弊端也越来越突出，BIM技术在我国的应用也显得越来越迫切。然而目前我国BIM技术的发展尚处于发展阶段，需要不断的探索研究。
建筑设计在很长的一段时间里仍将脱离不了图纸，也就是说图纸是建筑设计中非常重要的一个环节。我们在使用BIM技术得到二维图纸应尽可能的满足传统的设计图纸显示要求和绘图习惯。三维设计在结果上和传统设计出的图纸是一致的，但与传统的二维设计不同的是，我们所得到的二维图形是靠三维模型生成的，而不是靠手工绘制的。
BIM是对工程项目信息的数字化表达，它是信息技术在我国建筑行业中应用的新方向。由于我国建筑设计行业在BIM应用方面还存在着诸多障碍，要实现BIM技术的普及还有很长很艰辛的路要走。本文是在实际项目基础上，进行探索总结归纳而得到的成果，无论是在认知还是应用方面，都具有一定的局限性，为了推动BIM技术的继续发展，我们只有结合BIM技术在我国的发展现状，继续不断的深入探索研究，认真学习、努力实践，尽快走出一条适合我国BIM应用的发展之路。