民用建筑机电BIM正向设计

1 项目概况

位于我国西部的某超高层建筑，总建筑面积约15万m2，包括1个2层的地下车库、1栋3层的商业裙房（1号楼）、1栋建筑高度171.4 m的超高层办公楼（2号楼）、2栋建筑高度为99 m的高层住宅（3号、4号楼）。该超高层建筑机电施工图设计采用BIM正向设计。

2 机电BIM正向设计开展模式

2.1 前期准备

机电正向设计开始前，需要做好充分的前期准备，准备内容包括样板文件、机电族库、出图标准等。

（1）样板文件。BIM正向设计基于Revit软件，Revit软件的优势在于其三维可视化，软件运行逻辑与传统的CAD出图软件有较大的区别。正向设计通过BIM模型直接导出设计图纸，用于施工图审查等，模型导出的图纸需符合我国施工图常规表达习惯。机电样板文件针对图纸视口、文字类型、线型图案等进行统一约束，规范出图基础设置。

（2）机电族库。BIM正向设计是一个三维信息二维输出的过程，Revit中机电设备、管道附件等族的初始设置，未考虑其二维平面图例是否满足施工图表达的需求。因此，所有的机电设备、管道附件的图需逐一修改其平面图例表达，正向设计的顺利开展需建立一个企业级的正向设计出图库，并随着项目实践不断增补和更新。

2.2 设计流程

机电专业正向设计的流程与传统施工图设计流程类似，区别在于基于Revit的BIM正向设计，各专业是以模型为统一工作平台，专业间提资以及拍图协同过程都是基于BIM模型开展。正向设计工作流程如图1所示。

2.3 协同方式

在超高层项目正向设计过程中，机电专业之间采用中心文件的形式进行设计协同。在企业服务器上设置机电专业的中心文件，各专业设计人员在本地电脑建立中心文件副本，若有模型的更新和修改，可以随时与中心文件同步，其他专业设计人员可以即时查看修改内容。机电专业与建筑结构专业之间，通过模型链接的形式进行协同设计，更新链接即可以查看建筑结构专业的修改内容。

2.4 模型拆分

正向设计项目中，在项目启动之初需要明确机电专业模型如何拆分。机电模型的拆分需根据项目类型、项目体量、机电系统复杂程度进行综合考虑。

图1 正向设计工作流程

根据不同类型项目开展正向设计实践经验，总结出机电专业在正向设计项目中的模型拆分基本原则。（1）机电专业之间模型不进行拆分。若给排水、暖通、电气专业各自建立专业模型，与传统的二维设计并无本质区别，无法发挥BIM正向设计即时协同的优势，所以不建议拆分机电单专业模型。（2）机电模型可按子项拆分。随着施工图设计的深入，BIM模型的运行会越来越卡顿，影响设计工作效率。因此，根据项目体量大小可以按照子项将机电模型进行拆分，以确保模型运行的流畅度。对于体量特别大的项目，在子项里还可以按照不同单体进行二次拆分。在超高层项目中，项目机电模型共拆分为5个：地下室、1号裙房、2号超高层办公楼、3号高层住宅、4号高层住宅。不同单体模型之间可通过链接互相查看。

2.5 人员配置

由于软件及人员等因素，机电正向设计的人员配置会高于传统二维设计。正向设计要求设计师及专业负责人等不仅要有专业设计能力，而且需要熟练运用BIM正向设计软件。正向设计还需要配置专业的模型审核人员，对专业模型进行合规性核查。对于不同类型的项目，正向设计机电人员的配置略有不同。

以超高层项目为例，该项目正向设计配置机电各专业人员共21人，传统设计一般配置11人即可，正向设计投入人员约为传统设计的2倍，如图2所示。

图2 某超高层项目机电设计人员配置对比

2.6 设计周期

传统设计模式下，民用建筑的设计周期通常安排得非常紧凑。在现在开展的正向设计项目中，基本是通过加大人员投入平衡设计周期。高层项目建设单位要求施工图60 d拿到审图合格证，该项目通过投入传统设计近2倍的人员，基本达到了设计周期需求，60 d完成施工图设计。

2.7 出图比例

在机电正向设计项目中，受制于软件可操作性和设计周期因素的影响，并不是所有图纸都从模型直接导出。机电各专业平面图和详图等均可由模型直接出图。对于体量较小的项目，可以由模型直接导出三维轴测图替代系统原理图。而对于体量较大或者机电系统较复杂的项目，三维轴测图则会存在较多重叠遮挡，降低图纸的可阅读性，因此目前大体量项目系统原理图仍采用二维出图。

以超高层项目为例，机电专业施工图共计538张图纸，其中直接模型导出图纸302张，约占整个施工图数量的56 %，如图3所示。

图3 某超高层项目正向设计出图比例

3 机电BIM正向设计的优势

3.1 机房精细化设计

机房设计是施工图设计中机电各专业的重点工作内容。机房设计力求布置合理、空间紧凑。在传统二维设计中，机房布置通常局限于平面尺寸的优化，一般设备进场后存在安装空间不足等问题。利用BIM模型可进行机房的精细化设计，复核设备的检修通道及安装空间等问题，最后可以直接由模型导出平面及三维图纸，以便于现场施工人员理解设计意图。

3.2 协同性强

在机电施工图设计中，管线综合是拍图环节最重要的环节，机电系统的设计是否能契合建筑功能的需求，需要在施工图正式出图前进行验证。

在传统设计模式下，施工图设计和BIM反向验证通常为2个团队，施工图出图后，BIM团队再跟进建模，进行碰撞检测并出具净高分析报告。模型拍图的工作与施工图出图存在时间差，在设计周期紧张时，经常出现BIM团队找出问题，但施工图设计团队来不及修改图纸的情况。而在机电正向设计过程中，施工图设计和BIM是一个团队，可以在施工图设计过程中同步进行模型拍图优化，减少团队间的沟通时间成本，图纸中存在的问题也可以同步在模型中修改，不会存在图纸修改滞后的问题，可以提升机电施工图的设计质量。

4 机电BIM正向设计重点问题分析

4.1 缺乏统一的规范和标准

由于人员投入和设计周期等原因，现在设计院中真正开展机电BIM正向设计的并不多，因此并没有针对机电正向设计制订统一的出图规范和数据标准，少数开展正向设计的设计院，制订的企业级标准也是基于传统的平面设计规范。

现阶段的机电正向设计多采用Revit软件，而Revit软件并不是国内主流的设计软件，其导出的图纸与常规的施工图表达相比在很多细节上还存在差异。在满足二维平面图纸输出的同时，可以尝试引入直观的三围表达，弥补部分平面图纸细节的缺陷，提高模型导出图纸的可阅读性，发挥正向设计的可视化优势。

当前施工图模型送审体制还未完善，如果要开展正向设计，就必须考虑施工图审查的环节。通过机电设计样板的完善，使模型导出的图纸尽量接近于常规施工图表达习惯，是现阶段开展正向设计的一个过渡策略。

4.2 设计计算问题

机电施工图设计中，出图只是设计的最后输出，真正体现机电系统设计的是各系统的设计计算。开展机电正向设计，基于BIM模型直接进行系统计算，同步优化设计参数，实现系统优化设计才是正向设计的最终目标。否则，机电正向设计也只是基于BIM模型的一个可视化设计而已。现阶段，Revit软件与国内机电设计规范的兼容性不高，若要实现模型计算，需要开发相应的本地化插件，这一步现阶段还未实现，还需要更多的研究和投入。

4.3 协同流程问题

在机电正向设计的出图阶段，BIM模型的协同性强是一把双刃剑。不同于传统设计的封版平面，一个专业正向设计模型的修改会同步影响其他专业的出图工作。因此，为了避免出图阶段模型协同性的互相影响，需要制订一个企业级的正向设计协同流程，规定出图模型的互提方式，同时加强对正向设计参与人员的培训，严格执行正向设计协同流程，才能真正实现高效率的机电正向设计。

4.4 设计模型的可持续性

不论是BIM反向验证还是正向设计，现阶段都存在设计模型和施工模型断层的问题。由于业主、设计、施工等多方外在因素，设计模型能延展应用到施工阶段的凤毛麟角。多数项目设计阶段一个模型，以解决施工图设计问题，施工图阶段一个模型，以解决施工深化问题，若设计阶段的工作成果失去了可持续性，设计和施工重复的工作量较多，不利于项目顺利推进。

正向设计理想的开展方式是“一模到底”，即设计阶段的模型延续到施工阶段使用，所有系统设计的模型表达可以完整地传递给施工单位，辅助施工单位理解设计意图。这样既可以规避设计与施工的重复工作，也可以规范整个项目的建设流程。

5 结束语

经过近几年的发展，民用建筑的机电BIM正向设计已经有了比较成熟的开展模式，但机电的正向设计多数仍局限于一个可视化的三维协同设计。正向设计虽然具有可视化协同性强等优势，但也存在人员投入大耗时长等现实问题。

正向设计的发展需要从流程上制订有针对性的技术规范和数据标准，加大本地化设计平台开发，完善正向设计相关产业链和技术链。在智慧城市和智慧建筑等背景下，将来建筑工程的信息传递必然会以信息模型为主，从设计、施工到最后运维，都基于BIM模型进行工作，才能发挥正向设计建筑BIM模型的最大价值。

摘自《建筑技术》2023年5月，贾 敏