BIM技术在机电安装工程中的应用难点及改进探究
来源:用户上传
作者:严流桥
【摘 要】机电安装工程是建筑工程的重要组成部分，涉及面广，专业工种多，对前期规划要求高，应用BIM（建筑信息模型）技术可以使工程三维可视化，提前发现和解决问题，极大地提升了工作效率。然而现阶段，BIM技术指导机电安装工程施工不能完全达到预期，影响了BIM技术的全面推广应用。文章通过梳理G市某医院建设项目应用BIM技术过程中存在的问题，探索改进方向，以期提升BIM技术在机电安装工程施工中的应用效能。
【关键词】 机电安装工程;BIM技术;应用分析;功能改进
【中图分类号】TU17 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2022）06-0086-03
1 背景
BIM技术自1975年被提出，2007年中国开始应用，因其可视化、模拟性、可出图性等诸多优势被建筑企业广泛应用，已成为传统建筑业数字化转型的核心技术，BIM技术与其他数字技术融合应用将是推动企业数字化转型升级的核心支撑技术[1]。医院项目机电安装工程相对其他民用建筑工程更加复杂、涉及专业更广，在受限的空间内安装各种材质和介质的管线，还要防止其互相影响，势必对机电安装协调提出极高要求。在机电安装工程施工中，需要引进一些新材料、新技术及新设备等。由于建筑机电设备安装材料类型众多、施工工艺复杂，因此施工中需要投入大量的人力、物力，并且要求施工管理人员和作业人员具备丰富的施工经验。G市某医院建设项目应用BIM技术建立三维模型，对管线较多的重点区域进行图纸深化和综合布置，提前发现和解决了许多图纸设计问题和管线碰撞问题，减少了施工阶段冲突和返工损失、材料浪费，降低了管理成本。但在模型应用中，企业也发现了一些难题，影响了BIM技术的推广应用。
2 应用的重难点
2.1 BIM软件及模型轻量化要求
BIM具备功能强大、显示直观等优点，然而在建筑业极大的产业规模推动和多方努力下也难以得到全面的推广应用，更遑论更多领域的拓展，究其原因是要创建和使用BIM需要专业的软硬件条件，这些软件往往较复杂，非专业人员很难快速掌握，而硬件设施价格昂贵，出于成本的考量，使很多建筑企业望而却步。由于模型文件包含的信息和关系过于庞杂，查看和编辑都需要高性能的计算机硬件，要使BIM能为更多人所利用，首先需要对模型进行“减肥”，即对BIM进行轻量化。
现阶段，以施工单位为主导的施工模式下，工程其他相关方没有采购图形工作站和相应软件、配置专业的BIM人才的动力。如果将BIM软件轻量化，普通办公电脑、手机即可即时查看模型文件，提取关键信息，对工程相关单位的沟通和信息传递、协同设计具有重要意义。
在现场施工管理中，要将各专业设计二维图纸落地为实物，因工程量大，专业化分工成楸厝弧Ｓ捎谏杓平锥挝唇立BIM，如果各个专业仅按照本专业图纸依次完成施工，各行其是，最终必然形成僵局。如果将BIM进行轻量化，减少对高性能硬件的依赖性，移动端即可随时快速流畅地查看 BIM，对推进BIM技术应用具有重要的意义。
2.2 软件功能板块互通需求
随着BIM技术的发展，其应用范围越来越广，各功能板块专业性划分越来越细。以鲁班BIM软件为例，其应用包括土建、钢筋、安装、基建、场布、下料、造价等，这些功能板块建立的模型不能共通，需要分别打开不同的建模软件进行调整，之后再重新整合，对模型的使用者来说过于繁复，如果软件厂商可以将开发的所有BIM软件整合，打通底层数据和操作模式，必定带给使用者更好的工作体验。然而，不同专业的建模逻辑不一，如果单个BIM应用需要集成所有功能，又必然导致软件的空间占用大，提高了对计算机硬件的要求，这与轻量化的应用需求相悖。
2.3 层高差异导致模型问题
异形建筑能更好地应对使用功能的复杂需求，并且建筑设计要考虑地形地块的影响、地形的高差和地块的划分等。在房建工程设计中，为良好表达各个专业的施工内容，设计单位出具的施工蓝图均按楼层划分，机电管线的布置也是在土建图纸的基础上分楼层展开设计。建模软件以此为依据，将二维电子版图纸导入各楼层并以基轴为三维空间的坐标基点，分专业构建模型，再将各专业的模型经过转换后导入基础模型中，进行下一步的检查和调整。
在G市某医院建设项目的三维模型中，地下室为一个整体，为了满足医院对供水、用电、用气、采暖等需求，各个区域的楼层高度不一致，这就导致模型调整工作量大大增加。
2.4 基于AutoCAD平台的BIM应用兼容性问题
在中国工程建设行业，BIM建模软件都是基于AutoCAD平台开发的[2]，因此版本兼容性问题尤为突出和明显。以本项目中在用的鲁班大师软件为例，AutoCAD每次更新其基础逻辑和操作界面都会发生一些变化，导致软件冲突甚至无法运行。在模型文件的兼容性方面，不同厂商的软件不支持打开其他厂商的模型文件，模型的传递成为一个大问题。在工程建设相关方的信息交流中，只有施工单位使用建模软件，才能有效处理与相关方的远程沟通问题。为保护自身知识产权利益和独占用户，大厂没有动力推动模型文件的通用性进程，这就导致市场竞争不够充分，软件价格降不下来，当小厂能够进入这个行业后，BIM技术的应用才能全面普及。
3 应用改进方向
为了更快、更大范围地推广BIM技术，在现阶段的硬件水平和市场环境的基础上，提出两个改进设计方案，一是BIM轻量化设计方案，二是设计单位直接基于三维模型立体设计方案。以期通过设计改进，解决BIM应用技术难题和推广难题。
3.1 BIM轻量化方案
BIM是一个集成大数据的大平台模型，其表现形式是可视化的多维度、多用途、多功能的计算机图形模型，方便人们将以往的线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示。随着项目体量越来越大，BIM体量也随之增大。目前，直接将BIM原始模型进行信息传递，上行和下行均非常不便，失去了利用价值。根据不同单位对模型的使用要求（如图1所示），若能在保留基本空间结构信息和构件信息的前提下，将三维模型尽可能做到轻量化，其应用范围就可大幅扩大。
nlc202210181912
3.1.1 功能封装和构件外轮廓展示
对于轻量化模型需求者来说，仅需软件提供完整的三维可视界面，将模型的三维可视与构件数据展示联动起来即可。“软件商可以直接利用BIM引擎将模型的展示和操作、BIM数据提取等功能进行封装，以API的形式开放给第三方开发者，使第三方开发者也能实现完整的BIM+系统”[3]，用户不仅可以直接看到解析好的模型全貌，也可以通过点击构件，获取构件的基础数据和属性数据。利用模型的空间性进行信息的管理与展示，将被遮挡的内部构件通过算法全部筛选并过滤掉，仅保留外轮廓构件集，可以避免原有运维管理数据量大、信息对应不直观、无法直观查看等一系列问题。由于模型建立时的精细度不同，有些模型由细小构件组成而有些模型由完整大片构件组成，还可以采取不同的提取精细度来解决这一问题。
3.1.2 几何转换和优化图形渲染
BIM之所以占用较大空间，原因之一是三维模型属于计算机图形模型，图形占用的计算机空间相比文字呈几何级数。集成越多专业的数据、信息，相应的模型也会越大，建筑模型更是如此。这对系统加载及绘制提出了更高的要求，需要通过各种手段加速场景的绘制。几何转换过程就是将设计模型转换到BIM的过程，这个过程是整个轻量化的源头，也是核心，可以通过两个途径解决，一是参数化几何描述，二是三角化几何描述，这两个途径可以在一定程度上提升轻量化效果。此外，渲染处理过程可使用八叉树快速剔除不可见图元，减少进入渲染区域的绘制对象，还可以使用多重LOD，加速单图元渲染速度，这需要平台厂商不断优化软件[4]。
3.2 推广应用BIM技术进行机电设计
现阶段，建筑业依然广泛采用二维CAD制图，它的本质还是线段的堆砌，但三维设计必须创造一个三维实体。开展BIM技术的设计应用，设计师要发挥出应有的作用，其主导思想不只是简单地将二维图纸的信息反映到三维模型中，而要充分利用三维模型所具备的表现力，探索便于用户理解、更具效率的设计信息表达方式。为了适应发展需求，设计师必须学习软件，不断尝试做出改变。
做三维设计最大的问题就是新标准制定，要满足二维设计定下的规矩，例如图面表达样式、图纸设计规范、审查规范等，现阶段审图依然采用二维图纸，缺乏一套完善的BIM审图机制[5]，对实际工作开展会产生影响，如果三维设计转换输出成二维图纸输出，又存在数据丢失、徒增工作量等难题。由于缺少在三S模型中进行标注的标准和规范，因此三维图纸仅仅包含设备管线的几何模型和构件信息，其他一些重要的安装要求等不能完整体现。在全面推广三维设计前，要制定符合实际的全新设计规范和审查标准，设置一定的过渡期，推进三维设计。
4 结语
BIM技术的全面应用是大势所趋，但是在现阶段应用过程中，仍然有许多痛点难点亟待解决。一是受工程师的能力水平限制。在现阶段设计、建模、施工中，虽然工程师有较强的意愿提升自身水平，但是精通设计、施工规范和软件应用的人仍然严重不足。二是受软件商提供的BIM软件限制。软件商为了自身的经济利益和知识产权保护等原因，不能全面放开接口和软件架构，软件兼容性、轻量化需求得不到很好解决，软件只有在不断地发现问题、解决问题中升级才会适合更多行业人群使用，而很多小的软件企业无法进入该领域，导致市场竞争机制缺乏，软件价格降不下来，对BIM技术推广不利。三是受标准规范的限制。由于缺乏统一的技术标准和软件标准，模型文件的互通性差，在相关单位的传递中，三维模型不能作为正式数字文本，需要降至二维图纸方可使用，导致相关单位对BIM技术投入意愿不高。四是资源投入不足。现阶段，BIM技术应用成本高，而经济效益得不到体现，在建筑业，基本处于施工单位赔本赚吆喝的阶段，应用的可持续性受到质疑。五是信息共享和知识产权保护风险。现阶段的BIM软件开发还是基于AutoCAD平台，国内没有自己的软件基础架构，国外不会将最新的平台更新放开给国内软件商，国内技术发展始终落后于国外，因此我们既要发展自己的软件基础架构，又要形成开放的软件开发氛围，以“互联网+”的思维，真正将BIM技术应用推广开来。
随着BIM技术和应用环境的成熟，BIM技术在建筑机电安装工程中的应用将会更加广泛，而BIM技术的不断深入应用，必然会给建筑机电安装工程带来极大的帮助，不仅能够提高机电安装工程设计的合理性，还能够提高机电安装工程的投资回报，从而为建筑安装工程的高质量施工打下坚实的基础。
参 考 文 献
[ 1]刘任峰，马利耕，王天成.以企业需求为导向，推动BIM技术与建筑业深度融合[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2020（6）：128-129.
[ 2]马成，陆小龙，汪德江.基于CAD图纸的BIM模型轴网生成方法研究[J].土木建筑工程信息技术，2016，8（1）：43-47.
[3]李栋，王宇杰.基于Revit API的BIM数据提取方法研究[J].现代信息科技，2020，4（19）：21-23.
[4]李敏辉，谭辉煌，邱杰，等.基于WebGL的BIM可视化方案研究[J].施工技术，2018，47（S3）：26-30.
[ 5]徐欣，王伟.推进基于BIM技术的正向设计的难点分析[J]. 建筑设计管理，2019，36（11）：64-67.
nlc202210181912
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15441235.htm
