BIM技术在办公楼机电工程设计的应用

摘要：分析了传统机电工程设计中的弊端和BIM技术在建筑施工设计中的优势，将BIM技术应用到某办公大楼机电工程设计中，把不同类型的管线位置布局、连接方式等进行三维呈现，根据三维漫游检查的结果进行排查，及时调整设计方案，提前避免了机电工程施工时发生的管线交错冲突，降低了工程变更数量，提高了施工效率和效果。

关键词：BIM技术；办公楼；机电工程；三维模拟

1引言

在建筑施工设计过程中，机电管线的设计极为复杂，管线的类型多、设计布局又多并排或交错、施工规范复杂等[1]。使用传统的CAD图纸设计在施工中容易出现管线相碰的问题，这种情况造成的返工，出现工程的设计变更和修改以及工程量的调整等一系列问题，往往会造成延误工期、增加成本等管理问题。近年来BIM技术在建筑工程中得到了一定程度的应用，在建筑工程设计、施工、管理等方面都发挥了一定的优势，特别是施工时的技术交底，可以直观地用电脑看到模拟图，在工程算量过程中可以更精确地进行预算和用量的比较，使整个建设全周期能够高效、准确的完成，在使用过程中得到了业主和施工方等人员的肯定[2]。在机电工程中同样也可以发挥它的优势，主要体现在可以将不同类型的管线位置、连接方式等进行三维呈现，把不同类型的管线位置布局、连接方式等进行三维呈现，根据三维漫游检查的结果进行排查，及时调整设计方案，提高施工现场的生产效率[3]。将BIM技术应用到某办公大楼机电工程设计中，把不同类型的管线位置布局、连接方式等进行三维呈现，根据三维漫游检查的结果进行排查，及时调整设计方案，提前避免了施工过程中这些可能存在的碰撞和冲突，节约成本，避免浪费，同时剖切三维及漫游等方式能够很好地为后期施工提供三维可视化依据，提高施工效率。检查净高，剖切模型，筛选出净高不符合规范的空间位置，有效避免施工完成后净高不足的问题。

2设计准备

某办公大楼工程建筑面积为43620m2，高度为98m，地下3层地上24层，为集地下停车场地上办公区为一体的办公楼，总体为框架-核心筒结构。本工程的机电工程设计工作包括弱电、强电、给排水、排烟和通风空调。特别要注意是，该办公大楼采用的是中央空调系统，设有中心能源站由3台热量Q=4000kW的水换热机组及变频泵组提供能量转换。机房等对温度和湿度有特殊要求的地方采用恒温恒湿机组进行通风供给。对于办公区，采用吊顶中央风机盘管式空调器和全热回收新风换气机组设计，保证温度调整。首先BIM工作组的人员进行BIM模型的构建，特别是机电工程中的管线和设备。设备、配件模型根据实际选用品牌在族库管理体系中确定，如无匹配设备，根据提供的电子样本自建相关设备族、配件族[4]。完成各专业模型链接组装，模型包括精确的土建结构模型、所用机电管线主管道（一般为大于DN50的管道）。最后在软件中进行相关管线的冲突检测，并进行漫游检查，对问题进行分析并修改设计图纸。

3机电项目安装管线综合设计

机电设备安装管线综合是BIM应用的重头戏，通过管线综合三维呈现，可以为弥补设计中遗漏的管线、缺少的管线或修改冲突碰撞的管线提供可视化依据，并结合安装规范，在三维环境中呈现与土建工程相交接的位置情况，可以有效地进行系统优化，并把修改意见提交给设计师进行施工图的修改[5]。在设计阶段，BIM应用可以为后续的施工提供可视化的三维立体的施工依据，并进行精确的工程量统计，可以做出三维场景动画进行项目的过程管理，为项目的规范管理提供技术支撑。3.1三维呈现。本项目机电管线三维呈现，在Revit2018软件中完成，根据施工图的CAD电子文档，先进行层的拆分和打散，再逐层进行三维呈现。特别注意要先进行管线的电气设置，在美国标准的基础上新建国内标准的线管，要区别有配件线管和无配管线管，充分使用软件中的现有族进行复制和修改。在三维视图下放置管线时，要时刻注意属性栏和选项栏，注意添加垂直、更改坡度等设置，并在相关位置进行标记。机电管线三维呈现完成后，可以生成三维漫游模式，如图1所示。进行主观视角的查看，主要核对所布管线的属性信息，对比设计规范要求核查布线高度是否高于装饰吊顶高度，甚至可以模拟机电施工进场的场景，在施工前进行三维可视化技术交底。3.2综合天花设计。设计方案确定后，先建立综合天花设计的BIM模型，可以在现有的相关灯具、喷头等设备的族里进行复制新建，对于小于DN50的管线模型精度要达到LOD300以上。结合设计技术参数，在软件中将构件信息进行梳理，特别是跟土建中墙体和楼板的高度偏移设置、管线的高度调整、灯头盒和接线盒的设置等，各个构件之间要位置协调，而且还要考虑综合天花的使用情况和照明光线的设置，这些都可以在三维呈现下进行调整和检测。3.3车库管线设计。车库排布除了要满足标高要求，还要整齐美观，方便施工。桥架一般贴梁留50～100mm的间距安装，水平间距100mm，注意强弱电桥架有条件水平间距留出300～350mm，桥架遇风水等成排管线冲突尽可能利用梁窝上翻，上翻45°接头，上翻200mm左右，视情况定。喷淋支管一般贴风管定排布（上喷）。车库大部分是排风管、侧排风口或下排，一般风管放在最下层，灯线沿风管安装方向安装即可，高度同风管高。管线穿墙一定要注意土建构造柱、门窗过梁等。如遇管线较多，管线尽可能排布在车位上空，让出行车道。根据相关规范，消防车道土建高度一般较高需注意，一定要满足消防验收要求（高4100mm、宽4000mm净空间）。3.4桥架及配件的绘制。在机电工程项目中很大一块是桥架的绘制，比如CT300×150电缆桥架，在CAD图的照明平面图、电力平面图和弱电平面图中通常会有共用桥架的存在。在绘制桥架时，同样要关注属性栏、选项栏和功能区。在属性栏中要注意管线分组，需要对内外弯头、T形三通、四通等进行配置，要满足“先下后上”原则。选项栏中要注意桥架的尺寸，如果没有相对的尺寸，需要到管理选项卡下找到MEP设置中的电气设置来新建尺寸。功能区中的放置工具和标记工具，设置标记引线，同时要灵活应用自动连接功能。在地下室绘制桥架时，要注意桥架的标高位置，根据设计规范要将两根DN150消火栓主管和两个弱电桥架布置于3.150mm标高位置，如图2所示，这样绘制出的桥架会更加合理美观。

4排查及优化

机电管线三维模拟排布完成后，利用ClashDetective工具可以进行强化碰撞检测，在设计过程中可以持续检测。先添加测试，选择被检测的物体建立选择集并定义检测规则，比如有些墙体之间的碰撞不进行检测、在同一层或者同一单元的项目进行忽略碰撞。然后进行定义选择集设置，可选自相交参数进行内部碰撞检测。在机电工程中经常要求管线之间的距离要大于某个值，在检测碰撞过程中可以设置间隙碰撞参数来检测管线之间的间隙是否达到设计要求。在软件中通过不同颜色呈现排查结果，对检测结果可以进行省略和核准操作，并改变状态。在碰撞检测后还要进行漫游审查，使用的软件是NavisWorks。选择好要漫游观察的起点位置，在软件视点选项卡中有真实效果功能，点击四个勾选选项，就可以在场景中进行漫游检查了，主要查看机电三维绘制模型中的布线位置是否合理、规范是否执行等。在整个设计图中排查出间隙碰撞点128个，硬碰撞点1291个，几处检查出来的碰撞点如图3所示。通过对碰撞点的核准和检查，对三维呈现结果进行修改，并对照二位设计图纸进行修订和标注，最后输出更完善合理的设计图纸。在本项目中，利用BIM软件有效地优化了设计图纸，减少了施工时碰撞引起的工程变更等问题。在施工中，可以充分利用设计期间建立的三维模型进行施工校对。在后期的施工过程中可以结合二维码技术做出三维场景动画进行项目的过程管理，为项目的规范管理提供技术支撑，也可以为管理人员验收提供直观的标准。

5总结

利用BIM虚拟建造技术，根据设计施工图进行预安装，对设计合规性和符合性进行检查、复核。把不同类型的管线位置布局、连接方式等进行三维呈现，根据三维漫游检查的结果进行排查，排查出间隙碰撞点128个，硬碰撞点1291个。及时调整设计方案，提前避免了机电工程施工时工程数量变更，提高施工效率和效果。

参考文献：

［1］叶炜，程凯.BIM技术在乌鲁木齐高铁火车站设计中的应用［J］.建筑技艺，2015（1）：30-33.

［2］李强.BIM技术在地铁机电系统施工阶段的应用初讨［J］.黑龙江科技信息，2019（9）：35-36.

［3］刘鹏，毕晓茜，胡绍振，等.浅谈BIM技术在施工项目进度管理中的应用［J］.价值工程，2016（26）：50-52.

［4］周康康.BIM技术在机电设备施工过程中的应用探讨［J］.建筑标准化，2019（8）：40-42.

［5］吕友斌，周前国.BIM技术在地铁机电安装施工中的应用［J］.山西建筑，2020（4）：190-194.

作者:曹天蕊 单位:太原城市职业技术学院