文_賀文倩 曹亮 譚文騰 遠大能源利用管理有限公司

能源站建設過程中，最核心的就是機電安裝工程，其中最容易造成經(jīng)濟損失的往往是設計與施工不符引起的返工、拆改等。規(guī)模越大的能源站，設備管路越是錯綜復雜，碰撞沖突越容易出現(xiàn)，極易出現(xiàn)返工的可能性，從而導致工期延誤和較大的經(jīng)濟損失，而BIM技術具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖等特點，是解決碰撞沖突的強有力工具。通過BIM技術，將暖通、土建、給排水及電氣等專業(yè)建立在同一個三維模型上進行協(xié)同工作，我們將得到一個綜合了所有專業(yè)的建筑信息模型。

1 BIM技術簡介

1.1 BIM的概念

BIM是以3D設計概念為基礎的，把建筑內(nèi)各專業(yè)的信息數(shù)據(jù)作為基礎信息進行模型的搭建，同時可以把工程的規(guī)劃、設計、施工、后期運營乃至建筑壽命終結的信息作為數(shù)據(jù)整合至這個三維建筑信息模型的數(shù)據(jù)庫內(nèi)。各個階段的專業(yè)人員都可以通過該BIM模型進行協(xié)同工作，能有效提高工作效率和信息統(tǒng)一傳達、節(jié)省時間等多方面成本，實現(xiàn)設計的可持續(xù)發(fā)展。BIM技術將工程各個階段的所有信息進行有效整合，進行協(xié)同合作，建立的信息模型可被建筑項目各參與方普遍使用，幫助項目團隊提升決策的效率與正確性，它可以避免“信息孤島”和“信息斷層”的現(xiàn)象。

1.2 BIM的特點

可視化：通過BIM模型的建立，施工人員能夠更清晰地了解設計人員的設計理念，更好地理解施工圖紙。專業(yè)、抽象的二維圖紙通過BIM技術的建立模型，更加易懂、直觀，使得非專業(yè)人員與專業(yè)設計師溝通更為便捷，以及各方對項目是否滿足需求的判斷更加明確、快速，決策更為準確。

協(xié)調(diào)性：BIM技術能將各專業(yè)原本獨立的系統(tǒng)在同一個三維模型上進行整合，不同專業(yè)的設計人員基于同一模型同一設計環(huán)境進行協(xié)同辦公，能及時進行信息的傳達，避免了溝通不及時造成不必要的設計錯誤，提高了設計的效率。

模擬性：BIM將原本需要在真實場景中實現(xiàn)的建造過程與結果，在數(shù)字虛擬世界中預先實現(xiàn)，提前把控現(xiàn)場情況。

優(yōu)化性：綜合可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性以上三大特點，使得設計優(yōu)化更加便捷，從而能夠更好進行施工管理，進一步保障實際施工的可操作性。

可出圖性：基于各專業(yè)審核確定的BIM模型，其對應導出的工程施工圖及明細統(tǒng)計表能最大限度保障工程的準確性和高質量。

1.3 BIM的內(nèi)容和價值

CAD軟件是建筑師、工程師們從傳統(tǒng)手工繪圖轉向計算機輔助制圖的重要工具，CAD二維制圖提高了制圖準確性和工作效率，相比于手繪圖紙更易保存、修改、分享等，從而實現(xiàn)了工程設計領域的第一次信息革命。CAD二維制圖雖然有如上諸多優(yōu)勢，但在多年的運用中仍發(fā)現(xiàn)有很多欠缺的地方，比如在各個專業(yè)和環(huán)節(jié)之間的信息溝通依然存在斷層，使得各參建單位和工程建設的環(huán)節(jié)沒有關聯(lián)。隨著科技的發(fā)展，BIM作為一種新型建筑信息模型，既包含了建筑物各專業(yè)的全生命周期的信息數(shù)據(jù)，又包括建筑工程管理行為的模型，BIM 技術將兩者進行高度融合，從而避免了信息斷層實現(xiàn)集成管理。

對于工程設計單位來說，BIM技術在方案設計、擴初設計、施工圖、所有專業(yè)設計協(xié)調(diào)等環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用，使設計成品更加合理、更加可實施、更具科學性。對于工程施工單位來說，BIM技術在前期進行碰撞檢查（減少返工和拆改）、模擬施工（多專業(yè)工種同步施工）、宣傳展示（三維效果渲染動畫）、知識管理（工程材料、施工做法、工程經(jīng)驗等）環(huán)節(jié)都提供了強有力的技術支撐，提升了企業(yè)的市場競爭力和核心技術實力。對于運營單位來說，BIM技術在空間管理、設備設施管理、隱蔽工程管理、應急管理、節(jié)能運營管理環(huán)節(jié)提供了各種的數(shù)據(jù)支持，為運營提供主動預警服務，避免了被動式、救火式服務，大大提高了運營服務質量和滿意度，也保障了用戶的實際使用安全和舒適性。

2 BIM技術在能源站設計階段的應用

能源站建設過程中，最核心的就是機電安裝工程，機電安裝是工程項目最為復雜和繁瑣的一個步驟。按照傳統(tǒng)的二維出圖，圖紙上的預留孔洞和碰撞檢查全憑設計人員的經(jīng)驗和技術團隊的審圖檢查，如果審圖之后依然未發(fā)現(xiàn)的碰撞問題遺留至施工層面，將帶來諸多拆改和返工問題，造成大量浪費。BIM技術利用三維可視化這一特點將工程的每一處會發(fā)生碰撞的地方進行三維碰撞檢查，直觀審圖，提前避免碰撞的發(fā)生，讓施工方工作起來既方便又快捷。

以下結合某大型醫(yī)院建筑的能源站設計實例，對BIM技術在能源站相關應用情況進行分析。

2.1 項目概況

本工程為江蘇某醫(yī)院工程，醫(yī)院總建筑面積25萬m2，包括醫(yī)療綜合樓（含后勤保障樓）、行政科教樓、感染科樓、附屬站房及鍋爐房等。本工程能源站設置于院區(qū)西北角，面積960m2，供能覆蓋全院區(qū)25萬m2，提供區(qū)域內(nèi)用戶多種能量形式（包括冷、熱、衛(wèi)熱、電）的需求，冷熱源設備提供最大冷負荷為31091kW，熱負荷為11563kW，衛(wèi)熱負荷為6931kW。站內(nèi)包含發(fā)電機余熱機成套機組、溴化鋰直燃機組、磁懸浮電空調(diào)、離心式熱泵機組、泵組、變配電室、燃氣表間、水處理間、控制室等，其中給冷、熱、電主要設備布置的機房面積約600m2。因能源站內(nèi)設備繁多，管線走向錯綜復雜且管徑大（最大管徑為DN800），預留設備安裝空間狹小，還需預留參觀通道，導致能源站機房管線布置難度增加。

2.2 BIM技術在能源站中的應用

2.2.1 快速模擬設備布置，節(jié)省空間

本工程能源站預留給設備布置的空調(diào)較小，除設備管道布置外還需要預留3m寬的參觀通道。冷熱源設備配置的輸配水泵為臥式水泵，進出口方式為側進側出，如果水泵橫向擺放，占地面積增大，且泵組之間的距離較小，沒有足夠的檢修空間；如果水泵豎向擺放，由于泵組之間間距狹小，無法正常進行水泵進出口管道的安裝?，F(xiàn)利用BIM技術進行模型，將水泵統(tǒng)一朝左斜22°排布（圖1），錯開泵組之間進出水管道的位置，使得泵組之間的中心距有1.9m，預留了足夠的檢修和安裝空間，同時斜向擺放相比豎向擺放可以預留更多的參觀通道的寬度。在有限的空間內(nèi)模擬泵組及對應管道的布置安裝，避免了設計后與現(xiàn)場不符帶來返工，滿足了現(xiàn)場實際施工的要求，且機房排布效果整齊美觀。圖2為能源站三維模型右視圖。

圖1-a 水泵斜置平面圖

圖1-b 泵組進出口連接三維圖

圖2 能源站三維模型右視圖

2.2.2 管道布置三維可視，避免碰撞

碰撞檢查是在指在施工前對圖紙上的不同專業(yè)物件的交叉和沖突部分進行檢查，并提出有效的整改措施，避免后期施工變更的一項重要環(huán)節(jié)。在能源站機電安裝過程中常見的碰撞有空調(diào)管道穿梁、空調(diào)管道與電氣電纜橋架布置沖突、管道與管道之間標高相同引起的碰撞等。如果前期做好碰撞檢查這一環(huán)節(jié)，將能降低設計變更及成本超限的風險。

以該醫(yī)院能源站為例，站內(nèi)設備繁多，管道走向復雜，主干管管徑大，最大處管徑可達到DN800，提前在revit軟件上進行繪制模型，再配套使用navisworks軟件進行漫游檢查管道碰撞十分有必要。根據(jù)碰撞檢查情況，不斷調(diào)整管線的空間布局，以達到最合理的綜合排布效果，同時提前與前端研發(fā)、現(xiàn)場施工、后期運營人員溝通，確定好最終方案。這樣的設計模式不僅可以避免后期施工環(huán)節(jié)遇到的碰撞問題，還能減少因為返工帶來的成本增加，縮短工期。

能源站整體三維模型圖見圖3。

圖3 江蘇某醫(yī)院能源站BIM三維示意圖

2.2.3 優(yōu)化設計出圖及施工指導

相比于傳統(tǒng)CAD等二維制圖軟件繪制的平面圖、立面圖和剖面圖，基于BIM技術的revit軟件擁有更強大、快速的出圖功能。利用revit等其他BIM軟件，經(jīng)過模型建立、碰撞檢查、模型修改更新等步驟確定最終施工圖（模型）后，對應的二維平面圖和不同位置的剖面圖可以同步導出，而且更加精準，并能直接指導施工。能源站內(nèi)局部管道深化模型圖見圖4。

能源站內(nèi)局部管道深化模型圖

2.2.4 出圖出量精準，控制成本

應用BIM技術，基于revit軟件建立三維模型，在圖紙方案優(yōu)化確定的同時，三維信息模型的數(shù)據(jù)庫也在同步更新，平面圖、剖面圖、三維圖、設備及管道明細表等都可以快速導出，可以為造價人員提供編制所需的明細表（工程量清單），減少了相關技術人員根據(jù)二維圖紙?zhí)崛〔牧嫌昧康墓ぷ髁?，以及避免了由于人為因素引起的潛在錯誤。因此BIM技術的自動化算量功能可以擺脫人為因素，快速得到客觀準確的數(shù)據(jù)。配合實際施工進度，控制采購的準確度，實現(xiàn)物料的精細化管理，減少材料浪費，從而達到節(jié)約成本的目的。

3 結語

本文通過設計實例，簡要分析了BIM技術在能源站設計階段中的應用。我們可以看出建筑設計行業(yè)從二維設計到三維設計的轉變是一種必然趨勢，BIM技術在能源站暖通設計中實現(xiàn)了三維模型這一革新進步，通過三維模型的可視化、碰撞檢查一系列特點，設計師能在前期設計階段進行優(yōu)化，避免了能源站后期施工過程中因設計與現(xiàn)場施工不協(xié)調(diào)造成的拆改和返工，從而有效的降低人工及材料浪費，控制成本，縮短工期。

當然BIM技術現(xiàn)階段還在大家的認可和學習過程中，還有巨大的應用價值等待著深入發(fā)掘。同時隨著BIM相關政策的推廣，該項技術將是讓機電安裝傳統(tǒng)行業(yè)獲得新生的必由之路，相信BIM技術也將成為機電施工企業(yè)的核心競爭力之一。隨著信息化時代的發(fā)展，BIM技術將會在能源站暖通設計階段得到廣泛應用，在整個建筑行業(yè)的全生命周期建設中迅速發(fā)展，并將會引領工程設計領域的第二次革命。