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民用建筑机电BIM正向设计

民用建筑机电BIM正向设计

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1 项目概况


位于我国西部的某超高层建筑,总建筑面积约15万m2,包括1个2层的地下车库、1栋3层的商业裙房(1号楼)、1栋建筑高度171.4 m的超高层办公楼(2号楼)、2栋建筑高度为99 m的高层住宅(3号、4号楼)。该超高层建筑机电施工图设计采用BIM正向设计。


2 机电BIM正向设计开展模式


2.1 前期准备


机电正向设计开始前,需要做好充分的前期准备,准备内容包括样板文件、机电族库、出图标准等。


(1)样板文件。BIM正向设计基于Revit软件,Revit软件的优势在于其三维可视化,软件运行逻辑与传统的CAD出图软件有较大的区别。正向设计通过BIM模型直接导出设计图纸,用于施工图审查等,模型导出的图纸需符合我国施工图常规表达习惯。机电样板文件针对图纸视口、文字类型、线型图案等进行统一约束,规范出图基础设置。


(2)机电族库。BIM正向设计是一个三维信息二维输出的过程,Revit中机电设备、管道附件等族的初始设置,未考虑其二维平面图例是否满足施工图表达的需求。因此,所有的机电设备、管道附件的图需逐一修改其平面图例表达,正向设计的顺利开展需建立一个企业级的正向设计出图库,并随着项目实践不断增补和更新。


2.2 设计流程

机电专业正向设计的流程与传统施工图设计流程类似,区别在于基于Revit的BIM正向设计,各专业是以模型为统一工作平台,专业间提资以及拍图协同过程都是基于BIM模型开展。正向设计工作流程如图1所示。


2.3 协同方式

在超高层项目正向设计过程中,机电专业之间采用中心文件的形式进行设计协同。在企业服务器上设置机电专业的中心文件,各专业设计人员在本地电脑建立中心文件副本,若有模型的更新和修改,可以随时与中心文件同步,其他专业设计人员可以即时查看修改内容。机电专业与建筑结构专业之间,通过模型链接的形式进行协同设计,更新链接即可以查看建筑结构专业的修改内容。


2.4 模型拆分

正向设计项目中,在项目启动之初需要明确机电专业模型如何拆分。机电模型的拆分需根据项目类型、项目体量、机电系统复杂程度进行综合考虑。

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图1 正向设计工作流程


根据不同类型项目开展正向设计实践经验,总结出机电专业在正向设计项目中的模型拆分基本原则。(1)机电专业之间模型不进行拆分。若给排水、暖通、电气专业各自建立专业模型,与传统的二维设计并无本质区别,无法发挥BIM正向设计即时协同的优势,所以不建议拆分机电单专业模型。(2)机电模型可按子项拆分。随着施工图设计的深入,BIM模型的运行会越来越卡顿,影响设计工作效率。因此,根据项目体量大小可以按照子项将机电模型进行拆分,以确保模型运行的流畅度。对于体量特别大的项目,在子项里还可以按照不同单体进行二次拆分。在超高层项目中,项目机电模型共拆分为5个:地下室、1号裙房、2号超高层办公楼、3号高层住宅、4号高层住宅。不同单体模型之间可通过链接互相查看。


2.5 人员配置


由于软件及人员等因素,机电正向设计的人员配置会高于传统二维设计。正向设计要求设计师及专业负责人等不仅要有专业设计能力,而且需要熟练运用BIM正向设计软件。正向设计还需要配置专业的模型审核人员,对专业模型进行合规性核查。对于不同类型的项目,正向设计机电人员的配置略有不同。


以超高层项目为例,该项目正向设计配置机电各专业人员共21人,传统设计一般配置11人即可,正向设计投入人员约为传统设计的2倍,如图2所示。


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图2 某超高层项目机电设计人员配置对比


2.6 设计周期


传统设计模式下,民用建筑的设计周期通常安排得非常紧凑。在现在开展的正向设计项目中,基本是通过加大人员投入平衡设计周期。高层项目建设单位要求施工图60 d拿到审图合格证,该项目通过投入传统设计近2倍的人员,基本达到了设计周期需求,60 d完成施工图设计。


2.7 出图比例


在机电正向设计项目中,受制于软件可操作性和设计周期因素的影响,并不是所有图纸都从模型直接导出。机电各专业平面图和详图等均可由模型直接出图。对于体量较小的项目,可以由模型直接导出三维轴测图替代系统原理图。而对于体量较大或者机电系统较复杂的项目,三维轴测图则会存在较多重叠遮挡,降低图纸的可阅读性,因此目前大体量项目系统原理图仍采用二维出图。


以超高层项目为例,机电专业施工图共计538张图纸,其中直接模型导出图纸302张,约占整个施工图数量的56 %,如图3所示。


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图3 某超高层项目正向设计出图比例


3 机电BIM正向设计的优势


3.1 机房精细化设计


机房设计是施工图设计中机电各专业的重点工作内容。机房设计力求布置合理、空间紧凑。在传统二维设计中,机房布置通常局限于平面尺寸的优化,一般设备进场后存在安装空间不足等问题。利用BIM模型可进行机房的精细化设计,复核设备的检修通道及安装空间等问题,最后可以直接由模型导出平面及三维图纸,以便于现场施工人员理解设计意图。


3.2 协同性强


在机电施工图设计中,管线综合是拍图环节最重要的环节,机电系统的设计是否能契合建筑功能的需求,需要在施工图正式出图前进行验证。


在传统设计模式下,施工图设计和BIM反向验证通常为2个团队,施工图出图后,BIM团队再跟进建模,进行碰撞检测并出具净高分析报告。模型拍图的工作与施工图出图存在时间差,在设计周期紧张时,经常出现BIM团队找出问题,但施工图设计团队来不及修改图纸的情况。而在机电正向设计过程中,施工图设计和BIM是一个团队,可以在施工图设计过程中同步进行模型拍图优化,减少团队间的沟通时间成本,图纸中存在的问题也可以同步在模型中修改,不会存在图纸修改滞后的问题,可以提升机电施工图的设计质量。


4 机电BIM正向设计重点问题分析


4.1 缺乏统一的规范和标准


由于人员投入和设计周期等原因,现在设计院中真正开展机电BIM正向设计的并不多,因此并没有针对机电正向设计制订统一的出图规范和数据标准,少数开展正向设计的设计院,制订的企业级标准也是基于传统的平面设计规范。


现阶段的机电正向设计多采用Revit软件,而Revit软件并不是国内主流的设计软件,其导出的图纸与常规的施工图表达相比在很多细节上还存在差异。在满足二维平面图纸输出的同时,可以尝试引入直观的三围表达,弥补部分平面图纸细节的缺陷,提高模型导出图纸的可阅读性,发挥正向设计的可视化优势。


当前施工图模型送审体制还未完善,如果要开展正向设计,就必须考虑施工图审查的环节。通过机电设计样板的完善,使模型导出的图纸尽量接近于常规施工图表达习惯,是现阶段开展正向设计的一个过渡策略。


4.2 设计计算问题


机电施工图设计中,出图只是设计的最后输出,真正体现机电系统设计的是各系统的设计计算。开展机电正向设计,基于BIM模型直接进行系统计算,同步优化设计参数,实现系统优化设计才是正向设计的最终目标。否则,机电正向设计也只是基于BIM模型的一个可视化设计而已。现阶段,Revit软件与国内机电设计规范的兼容性不高,若要实现模型计算,需要开发相应的本地化插件,这一步现阶段还未实现,还需要更多的研究和投入。


4.3 协同流程问题


在机电正向设计的出图阶段,BIM模型的协同性强是一把双刃剑。不同于传统设计的封版平面,一个专业正向设计模型的修改会同步影响其他专业的出图工作。因此,为了避免出图阶段模型协同性的互相影响,需要制订一个企业级的正向设计协同流程,规定出图模型的互提方式,同时加强对正向设计参与人员的培训,严格执行正向设计协同流程,才能真正实现高效率的机电正向设计。


4.4 设计模型的可持续性


不论是BIM反向验证还是正向设计,现阶段都存在设计模型和施工模型断层的问题。由于业主、设计、施工等多方外在因素,设计模型能延展应用到施工阶段的凤毛麟角。多数项目设计阶段一个模型,以解决施工图设计问题,施工图阶段一个模型,以解决施工深化问题,若设计阶段的工作成果失去了可持续性,设计和施工重复的工作量较多,不利于项目顺利推进。


正向设计理想的开展方式是“一模到底”,即设计阶段的模型延续到施工阶段使用,所有系统设计的模型表达可以完整地传递给施工单位,辅助施工单位理解设计意图。这样既可以规避设计与施工的重复工作,也可以规范整个项目的建设流程。


5 结束语


经过近几年的发展,民用建筑的机电BIM正向设计已经有了比较成熟的开展模式,但机电的正向设计多数仍局限于一个可视化的三维协同设计。正向设计虽然具有可视化协同性强等优势,但也存在人员投入大耗时长等现实问题。


正向设计的发展需要从流程上制订有针对性的技术规范和数据标准,加大本地化设计平台开发,完善正向设计相关产业链和技术链。在智慧城市和智慧建筑等背景下,将来建筑工程的信息传递必然会以信息模型为主,从设计、施工到最后运维,都基于BIM模型进行工作,才能发挥正向设计建筑BIM模型的最大价值。


摘自《建筑技术》2023年5月,贾 敏


延伸阅读:

基于Revit的建筑BIM正向设计应用 BIM技术如何优化装配式建筑的生产流程? 全球BIM软件市场收入约为3657.7百万美元

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