機電工程一體化信息模型構建技術

幸 智， 朱 毅， 孫文彬， 劉 丁， 陳向東

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司， 四川 成都 610072)

0 前 言

隨著技術的發(fā)展，BIM在工程設計、建設和管理方面的地位越來越重要，并在工業(yè)和民用建筑行業(yè)得到廣泛應用，但在水電行業(yè)，很多設計院對機電BIM投入了大量的人力、物力進行研究、摸索，但仍存在以下問題：

(1)目前BIM設計大多停留在三維模型展示階段，無法使用BIM軟件生成及交付符合國家標準的二維施工圖紙。

(2)相較于設備資源庫成熟完整的建筑行業(yè)，水電工程中的機電設備種類繁多，數量龐大，且各廠家的尺寸規(guī)格差異巨大，應用于水電工程機電BIM設計的設備資源庫極為匱乏。

(3)相較于傳統(tǒng)CAD，BIM設計流程有諸多不同，比如三維模型校審、模型固化等，加之參與水電工程設計的專業(yè)較多，各專業(yè)的BIM應用進展和技術水平不一，造成設計效率低下，BIM的優(yōu)勢得不到體現。

針對以上水電行業(yè)BIM設計的三大難題，以筆者為主的“機電BIM設計專業(yè)應用開發(fā)及基礎建設”課題組，以Revit軟件為BIM設計平臺，以傳統(tǒng)水電工程CAD制圖標準為參考，研發(fā)定制了讓BIM模型生成符合國家標準二維施工圖紙的軟件環(huán)境，建設并管理了水電設計中種類繁多、數量龐大、結構復雜的機電設備專業(yè)資源庫，同時在BIM設計實踐中，對BIM設計流程進行了完善、更新，制定了與BIM設計匹配的管理規(guī)定及作業(yè)導則。本課題成果真正將BIM技術融入機電專業(yè)設計生產中，實現了設計效率和質量的雙重提升，開啟了超越傳統(tǒng)CAD制圖的新一輪水電設計方式的變革。

1 總體思路及實施原則

為實現水電工程機電專業(yè)BIM正向設計，規(guī)范制圖標準，提高設計效率及品質，需對 Autodesk Revit軟件進行專業(yè)化定制和二次開發(fā)，通過對軟件進一步擴容、優(yōu)化、更新，使其內部屬性滿足水電工程專業(yè)設計技術和標準要求。基于此，本課題制定以下五個實施原則：

(1)滿足項目需求。所建立的BIM模型需滿足項目實施標準，BIM設計產品需滿足項目應用。

(2)符合制圖規(guī)范。所出圖紙能滿足傳統(tǒng)二維制圖標準，并使圖紙更規(guī)范、細致、美觀。

(3)減少重復工作量。通過模板化最大限度地減少設計人員重復設計工作量。

(4)保持靈活性。在減少重復工作量的同時，預留手動接口來處理設計中的特殊問題。

(5)適用于專業(yè)間模型傳遞及整合。專業(yè)樣板文件需滿足BIM模型的通用傳遞性以及專業(yè)間模型的協(xié)同整合。

2 機電一體化信息模型構建技術

為保證機電專業(yè)BIM設計成果的統(tǒng)一性、完整性和準確性；促進全體設計人員規(guī)范化、標準化的實施BIM設計；滿足BIM設計全生命周期管理以及提高BIM設計效率的目的，本課題完成了以下三部分工作：

(1)Revit水電工程專業(yè)化定制。

(2)機電設備資源庫建設。

(3)完善更新BIM設計流程。

2.1 Revit水電工程專業(yè)化定制

將水電行業(yè)機電專業(yè)眾多的標準規(guī)范，以Revit軟件可識別的方式輸入對應參數，導入水電行業(yè)103本標準規(guī)范，定制了全新的圖形界面、圖案、線形線寬、尺寸標注、焊接標注、圖紙字體、軸網、剖切、注釋、各型管路、管件、管材、剖面模板等功能模塊。同時，本課題開發(fā)定制了Revit軟件材料表自動識別、自動分類統(tǒng)計機電專業(yè)的設備及材料功能(未開發(fā)前Revit軟件是不能識別水機專業(yè)的設備及材料)，避免了傳統(tǒng)設計中常出現的圖紙材料量統(tǒng)計不準、錯數、漏標等人為失誤(見圖1)。

圖1 Revit水電工程專業(yè)化定制

大量的標準輸入及定制，使Revit軟件符合水電行業(yè)技術規(guī)范，成為適用于水電行業(yè)機電專業(yè)設計的BIM軟件。在定制的Revit機電工程環(huán)境下建立的BIM模型有實際意義，其生成的二維圖紙包含表達了傳統(tǒng)CAD圖紙的設計內容，具備技施藍圖的要求。因此，具有同樣的實用價值和法律效力。

2.2 機電設備資源庫建設

在以Revit平臺實施BIM設計過程中，資源庫中的設備族數量和質量直接影響著設計效率和品質，高質量族積累越多，效率就越高。每個設備族的建族過程包括樣本篩選、族幾何構建、族參數、公式邏輯構建和族測試。參數化專業(yè)資源庫示意見圖2。

機電專業(yè)族庫的基礎建設采用參數化建模方法，以真實設備的樣本數據為基礎，將數以千計的設備族精簡為83個參數化族和40個項目應用族，適用于2 452個場景，使設計人員在BIM設計過程中快速、準確地提取優(yōu)質的設備模型。其中水力機械專業(yè)設備資源庫模型內容涵蓋了8大設備系統(tǒng)，包括閥門、油氣水設備、消防系統(tǒng)、自動化元件、起重設備等，滿足了常規(guī)水電站BIM設計的要求。

圖2 參數化專業(yè)資源庫

2.3 BIM流程完善優(yōu)化

BIM設計有別于傳統(tǒng)的二維設計，不僅軟件、操作不同，而且設計思維思路也與傳統(tǒng)CAD差異巨大。故本課題組認為，在BIM設計過程需總結一套專有設計流程，設計人員按照BIM設計流程進行工作，才能獲得BIM設計的最大價值。因此，BIM設計流程和BIM管理辦法的定制是BIM設計中不可缺少的一部分。

在傳統(tǒng)CAD設計流程的基礎上，結合BIM設計的特點，制定了《常規(guī)水電項目招標技施階段三維設計出圖分類管理規(guī)定》《機電樣板文件的制定標準和管理維護規(guī)定》《機電族庫的創(chuàng)建標準和管理維護規(guī)定》《機電BIM建模和BIM出圖的標準和管理規(guī)定》和《BIM設計校核、審查導則》5項BIM設計管理文件。這些既是BIM設計的生產管理規(guī)定，也是BIM設計專業(yè)生產導則，更是BIM設計標準的支撐，它們是水電行業(yè)機電專業(yè)BIM設計的基礎建設，在后期的實踐中要正確地維護、保護本項目創(chuàng)造的成果，形成一套完整的措施。

3 創(chuàng)新與特點

本課題基于Revit設計平臺，研發(fā)定制了符合水電工程機電專業(yè)設計需求的BIM軟件，具有以下特點：

(1)BIM機電專業(yè)化定制。參考現行相關出圖標準和專業(yè)技術標準，為水電工程機電專業(yè)定制了BIM設計軟件環(huán)境，使Revit軟件的默認設置符合水電工程機電專業(yè)設計要求，其成果滿足機電專業(yè)相關規(guī)范。

(2)BIM正向設計。實現了從三維模型展示到三維出圖，用BIM模型生成及交付符合國家標準的二維施工圖紙。目前該成果已全面運用于兩河口水電工程、加查水電工程機電技施設計中，從真正意義上實現了可生成三維施工圖紙的BIM正向設計。相較傳統(tǒng)CAD圖紙，使用BIM模型生成三維圖紙效率更高，更加清晰直觀，圖紙質量、效果煥然一新，獲得業(yè)主的一致認可與好評。

(3)參數化資源庫。建設了以設備廠家樣本數據支撐的、以參數化技術構建的機電專用資源庫。參數化的族庫減少了重復建族的時間成本，提高了資源庫的使用和管理效率。

4 結 語

目前，在國家尚未出臺水電行業(yè)BIM設計標準的情況下，本課題成果是水電工程BIM設計基礎建設的重要內容，也是新一輪水電設計領域機電專業(yè)的技術革新，也將促進BIM技術在水電設計領域內的進一步推廣與應用。

在逐漸超越傳統(tǒng)CAD設計的潮流過程中，本項目成果符合現有行業(yè)標準規(guī)范的樣板文件、豐富優(yōu)質的水電設備資源庫和完善的BIM設計流程，實現了設計效率和質量的雙重提升，其價值將會在不斷發(fā)展的BIM設計中顯得越來越明顯。