BIM技术在建筑电气设计中的应用和展望

建筑信息模型 ( Building Information Modeling， BIM ) 自从2002 年引入工程建设行业，至今已有十余年的发展历程。BIM最先从美国发展起来，随着全球化的进程，现已扩展到了欧洲各国以及日、韩、新加坡等国家，目前这些国家的 BIM发展和应用都达到了一定水平，其中英国政府要求强制使用BIM。2011年5月，英国内阁办公室发布了“政府建设 战略(Government Construction Strategy) ”文件，其中有一个关于BIM的章节中明确要求，到2016年，所有的公共工程都要达到BIM二级标准。

我国住房和城乡建设部 2011年5月发布的《“十二五”建筑业信息化发展纲要》中，正式将BIM作为建筑业信息化首要实现目标，明确指出要在施工阶段开展BIM技术的研究与应用，推进BIM技术从设计阶段向施工阶段的应用延伸，降低信息传递过程中的衰减，研究基于BIM技术的4D项目管理信息系统在大型复杂工程施工过程中的应用，实现对建筑工程有效的可视化管理等。基于这一总体目标，BIM成为2011-2020年建筑业信息化发展最重要的关键词。

1.1   已颁布的国内标准及导则

已颁布的国家标准有《中国BIM标准体系CBIMS框架》;地方标准有《深圳市工程设计行业BIM应用发展指引》( 深圳市勘察设计行业协会 ( 2013) ) 和《香港房屋委员会发展和建设部BIM标准手册( 1.0 版) 》; 另外，各设计单位及企业自行研发了一些导则，如《BIAD-BIM项目实施导则》、《BIAD-BIM 项目应用指南》等。 

1.2   可参考的国际标准

可参考的国际标准有美国标准 NBIMS和英国标准《面向Autodesk Ｒevit 的 AEC( UK) BIM 标准》。 

2.1   传统应用软件现状

当前，建筑电气工程师使用的传统CAD设计软件平台有两个，即Autodesk公司的AutoCAD平台和Bentley公司的MicroStation平台。专业软件以天正电气为主( 基于CAD平台开发的二次软件) ，部分用户使用博超电气软件( 基于 CAD平台开发的二次软件) ，还有个别AutoCAD平台用户不使用专业软件。用于计算的专业软件有 ETAP、DIALux 等。另外，博超电气软件、天正电 气软件也自带一些计算功能。值得关注的是，传统的基于CAD平台开发的软件都具备立足二维并可以生成三维表现的功能，也都具备机电专业管线综合的碰撞检查功能。 

2.2   BIM应用软件现状

BIM软件的应用在建筑电气设计中以Autodesk公司的Revit Mep、 Revit 2013 为主，部分用户使用Magicad for Revit ＆ Magicad for CAD双平台。使用Autodesk公司的Naviswork三维模型浏览软件，进行碰撞检查、漫游、动画。另外，鸿业软件也在积极开发基于Revit 软件的机电设计二次软件。当前，建筑、结构、设备、电气四个专业普遍使用Revit作为整合平台进行协同设计工作。

2.3   传统二维、三维软件与BIM软件的区别 

BIM软件不同于传统的二维、三维软件。BIM的核心是信息、信息的互用以及信息在全过程中完整、正确、无缺失的传递，包括电气专业本身信息的传递以及与相关( 建筑、结构、设备、经济) 专业间协同信息的传递。未来的建筑将是数字化、信息化的艺术。 

正是基于信息的协同和传递的要求，建筑设计的五个专业( 建筑、结构、设备、电气、经济) 需要找到一个能够协同工作的软件平台，或者找到 使不同的专业软件之间能够实现数据无缝对接的办法( 如 IFC 方式) 。当前面临的首要问题是，专业软件的接口并不是开放的，所以在BIM初级阶段，更多的设计者只好暂时选择同一款BIM设计软件建模，而其余的工作仍在传统的软件中进行。事实上，这样的做法只是BIM发展初期阶段的折中做法，因为数据是分装在不同的篮子中的，相互关联很难同步，给带来信息管理上的不便。 

2.4   电气设计中BIM技术的应用分析

建筑电气专业的设计内容包括强电部分、智能化( 弱电) 部分和消防部分，电气专业设计文件包括图纸目录、说明、设计图、主要设备表、计算书，其中设计图包括平面图、系统图、剖面、详图、大样。

设计文件中的图纸目录、说明内容可采用传统方式完成。下面重点分析在使用当前BIM软件绘制设计图，编制主要设备表、计算书时的完成度以及软件需改进的内容(文中软件基于Revit 2013，包括其他在Revit 基础上开发的二次软件) ，如表1 所示。 

表1 业务完成情况分析 

基于表1的分析可知，现有的BIM软件可以完成平面图的绘制( 防雷平面除外) ，前提是自建族库。系统图因软件开发、缺少大量相关的族信息等问题，还无法自动生成，计算上更是无能为力。总而言之，BIM技术应用的首要瓶颈是族库的建设。要建设好族库，首先要明确每个族需要附加哪些信息，这需要从电气专业的工作流程和电气专业与上下游专业间的数据传递两方面来分析。 

3.1   电气专业的工作流程

工程设计的流程根据项目情况分为方案设计、初步设计、施工图设计三个阶段。 

(1) 方案设计阶段：以 业主提供的设计任务书为依据，了解其他专业( 建筑、结构、设备)工程概况，为建筑方案的调整和深化设计提供技术支持，配合建筑方案提供并校核主要电气系统机房面积、位置、主要管线通道设置以及对建筑方案产生重大影响的电气设计条件; 输出设计文件为 设计说明书，一般情况下可不提供专业图纸。若设计项目有要求时，可绘制指定内容的专业图纸。

(2) 初步设计阶段： 接受其他专业设计资料→本专业设计→向其他专业提交资料→深化方案→形成初步设计→设计评审→优化→设计会审( 专业联校) →完成初设图纸→设计验证→ 设计输出。 

(3) 施工图设计阶段： 优化初设→接受其他专业设计资料→深化本专业设计→向其他专业提交资料→形成施工图设计→设计会审(专业联校) →完成施工图设计图纸→设计验证→ 设计输出→交付。

3.2   电气专业与上、下游专业间的数据信息传递 

3.2.1   上游专业需提供的资料 

(1) 建筑专业提供给电气专业的资料为: 

① 建筑做法。屋面选用材料，外窗选用材 料，外墙、室内地面建筑做法，设置吊顶区域。 

② 建筑主要技术指标为总建筑面积(地上建筑面积/地下建筑面积) 、人防建筑面积、建筑高度、建筑层数(地上/地下) 。 

③ 平面包括轴网、结构柱、墙线、门窗(不需要门窗号) 、层高、防火分区、需二次精装修的平面位置等。 

④ 电动门及窗的位置、容量等。 

(2) 结构专业需提供给电气专业的资料为: 

① 结构形式。 

② 基础形式。 

③ 板厚(地上/地下) 。 

④ 结构梁尺寸。 

⑤ 柱尺寸等。 

(3) 水、暖专业需提供给电气专业的资料为: 

① 各类电动设备位置、用途、数量、用电性 质、用电量、电压等级、使用率及编号等参数。 

② 电动( 或信号、报警等) 水阀、电动风阀等位置、用途、数量、用电量、电压等级及编号等参数。 

③ 各系统原理图、监控要求说明、受控设备和监测点数量等相关设计资料。 

(4) 工艺专业需提供给电气专业的资料为工艺设计对某些房间、场所的特殊要求。

3.2.2   电气专业提供给下游专业的资料  

(1) 建筑专业: 

① 电气机房: 位置、面积、层高等具体设计要求。 

② 大型设备运输路线: 共同配合确定。 

③ 管井: 位置、大小。 

④ 精装修时需提供吊顶上灯具、烟感、温感、 扬声器等位置。 

⑤ 其他: 电气各系统引入线在总平面中的位置、人孔(手孔) 尺寸、外观要求等。 

(2) 结构专业: 

① 导管穿混凝土墙套管: 位置、大小、标高。 

② 导管穿梁套管: 位置、大小、标高。 

③ 桥架穿混凝土墙洞。 

④ 桥架穿楼板洞。 

⑤ 平面大型设备: 变压器、高压柜、低压柜等大型设备的位置荷载。 

⑥ 设备基础: 位置、大小、载荷。 

⑦ 其他: 预埋件支架位置、做法。 

(3) 水、暖专业: 

① 设备机房内配电/控制室( 需要独立设置 时) 的具体位置、尺寸等。 

② 设备发热量。 

③ 温度、湿度要求。 

④ 排风、通风要求。 

(4) 管线综合: 电缆槽盒、梯架的位置、 标高。 

(5) 经济专业: 电气设备材料清单。 

3.3   电气族库建设的建议 

族库的建立要根据电气专业的工作流程， 上、下游数据需求以及日后运维管理的需求来定义每个族的属性。 

建立族库之前要先制定族的标准。二维模型编制依据GB/T 50786??2012《建筑电气制图标准》;参考图集为09DX001《建筑电气工程设计常用图形和文字符号》、 09BD1《电气常用图形符号与技术资料》等。三维模型的外观编制要求为象 形、通用尺寸。

需要说明的是，不同厂家、规格型号不同时，尺寸差别很大。个人认为，当前阶段可暂时仅表现为简单的占位图元。待产品库丰富后，再对应精确尺寸。 

机电专业中，BIM当前应用的唯一亮点是管线综合，建议完善其支吊架的族库。 

3.4   BIM技术可能带来的电气专业工作流程变化

BIM技术的特点是使设计精细化、可视化。设计是实际施工与安装的高度仿真，必将导致传统的工作流程或流程中的重心发生变化，使专业协同的阶段提前。 

(1) BIM将设计工作量前移，重点在方案选择和优化，方案阶段通过建模对项目的可行性研究、节能设计等关键技术研究的工作量势必增大。 

(2) 电气专业方面较成熟的BIM应用主要是管线综合设计，使用碰撞检查功能来确定碰撞位置，并进行优化，达到控制层高的目的，同时会加大初设阶段以及施工图设计阶段的工作量。这些工作量在传统设计中原本是在施工图设计中做比较粗略的管线综合，在施工配合中再深化或由施工单位通过现场实际测量、具体排布来实现的。 

(3) 电气专业的产品信息极其丰富，缺少信息的建筑模型只是一个没有灵魂的壳。要真正实现BIM的全专业、全过程设计，需要大量的数据支持，不仅是专业间的数据传递。电气产品信息库的建立及更新是一项巨大的工程，势必对传统的工作流程带来重大影响。

以上所述工作流程的变化亦是BIM标准中建模深度、交付标准研究的关键点。