BIM技術在能源站設計階段中的應用研究

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，其中最容易造成經濟損失的往往是設計與施工不符引起的返工、拆改等。規模越大的能源站，設備管路越是錯綜復雜，碰撞沖突越容易出現，極易出現返工的可能性，從而導致工期延誤和較大的經濟損失，而BIM技術具有可視化、協調性、模擬性、優化性、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建立在同一個三維模型上進行協同工作，我們將得到一個綜合了所有專業的建筑信息模型。

1 BIM技術簡介

1.1 BIM的概念

BIM是以3D設計概念為基礎的，把建筑內各專業的信息數據作為基礎信息進行模型的搭建，同時可以把工程的規劃、設計、施工、后期運營乃至建筑壽命終結的信息作為數據整合至這個三維建筑信息模型的數據庫內。各個階段的專業人員都可以通過該BIM模型進行協同工作，能有效提高工作效率和信息統一傳達、節省時間等多方面成本，實現設計的可持續發展。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、抽象的二維圖紙通過BIM技術的建立模型，更加易懂、直觀，使得非專業人員與專業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。

協調性：BIM技術能將各專業原本獨立的系統在同一個三維模型上進行整合，不同專業的設計人員基于同一模型同一設計環境進行協同辦公，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的建造過程與結果，在數字虛擬世界中預先實現，提前把控現場情況。

優化性：綜合可視化、協調性、模擬性以上三大特點，使得設計優化更加便捷，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：基于各專業審核確定的BIM模型，其對應導出的工程施工圖及明細統計表能最大限度保障工程的準確性和高質量。

1.3 BIM的內容和價值

CAD軟件是建筑師、工程師們從傳統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勢，但在多年的運用中仍發現有很多欠缺的地方，比如在各個專業和環節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節沒有關聯。隨著科技的發展，BIM作為一種新型建筑信息模型，既包含了建筑物各專業的全生命周期的信息數據，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、所有專業設計協調等環節發揮重要作用，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、工程經驗等）環節都提供了強有力的技術支撐，提升了企業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、節能運營管理環節提供了各種的數據支持，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驗和技術團隊的審圖檢查，如果審圖之后依然未發現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，提前避免碰撞的發生，讓施工方工作起來既方便又快捷。

以下結合某大型醫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

本工程為江蘇某醫院工程，醫院總建筑面積25萬m2，包括醫療綜合樓（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西北角，面積960m2，供能覆蓋全院區25萬m2，提供區域內用戶多種能量形式（包括冷、熱、衛熱、電）的需求，冷熱源設備提供最大冷負荷為31091kW，熱負荷為11563kW，衛熱負荷為6931kW。站內包含發電機余熱機成套機組、溴化鋰直燃機組、磁懸浮電空調、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，節省空間

本工程能源站預留給設備布置的空調較小，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。現利用BIM技術進行模型，將水泵統一朝左斜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。在有限的空間內模擬泵組及對應管道的布置安裝，避免了設計后與現場不符帶來返工，滿足了現場實際施工的要求，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節。在能源站機電安裝過程中常見的碰撞有空調管道穿梁、空調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節，將能降低設計變更及成本超限的風險。

以該醫院能源站為例，站內設備繁多，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。根據碰撞檢查情況，不斷調整管線的空間布局，以達到最合理的綜合排布效果，同時提前與前端研發、現場施工、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節遇到的碰撞問題，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 江蘇某醫院能源站BIM三維示意圖

2.2.3 優化設計出圖及施工指導

相比于傳統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。能源站內局部管道深化模型圖見圖4。

能源站內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，在圖紙方案優化確定的同時，三維信息模型的數據庫也在同步更新，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二維圖紙提取材料用量的工作量，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據。配合實際施工進度，控制采購的準確度，實現物料的精細化管理，減少材料浪費，從而達到節約成本的目的。

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化，避免了能源站后期施工過程中因設計與現場施工不協調造成的拆改和返工，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行業獲得新生的必由之路，相信BIM技術也將成為機電施工企業的核心競爭力之一。隨著信息化時代的發展，BIM技術將會在能源站暖通設計階段得到廣泛應用，在整個建筑行業的全生命周期建設中迅速發展，并將會引領工程設計領域的第二次革命。