bim在机电安装工程中的应用大学论文.doc

华中科技大学文华学院毕业设计（论文） BIM在机电安装工程中的应用目 录 摘 要I 关键词I AbstractII Key wordII1. 绪论11.1 BIM的应用与发展11.1.1 美国BIM的发展11.1.2 香港BIM的发展11.1.3 国内BIM的发展11.2 开展BIM的必要性11.2.1 中国开展BIM的必要性11.2.2 施工企业开展BIM的必要性21.3 BIM在机电安装工程中的作用21.3.1 碰撞分析、管线综合21.3.2 作为相关方技术交流平台31.3.3 作为相关方管理工作平台31.3.4 为构件预制加工提供模型参数31.3.5 设备安装模拟仿真演示32. 结构建模42.1 结构柱42.2 结构桁架52.3 结构板63. 建筑建模83.1 墙体创建83.2 门窗的放置83.3 竖井的创建93.4 楼梯、坡道等的创建94. MEP建模124.1 暖通系统的创建134.1.1 风系统的创建134.1.2 风管的绘制134.2 水系统的创建154.3 电气系统的创建165. Navisworks 漫游及碰撞检查175.1 Navisworks漫游175.1 Navisworks碰撞分析176. 工程量统计18 结束语19 参考文献20 致谢21BIM在机电安装工程中的应用摘 要 BIM(Building Imformation Modeling),即建筑信息模型，它代表了新的概念和实践活动，并有具备在建筑行业大幅降低不同形式浪费及大幅提高创新技术的商业机构。随着中国与世界的接轨、行业的发展与需求的凸显，BIM技术成为企业解决众多问题的及时途径。我们公司引进了BIM技术，希望通过该技术在望湖宾馆安装工程中的应用，着实在工程中大幅降低不同形式浪费且大幅提高创新技术，优化管理流程，实现精细化管理，进一步提高公司整体水平。 关键词：BIM；建筑信息模型；管理The application of BIM in project of electromechanical installAbstract BIM is the abbreviation of Building Imformation Modeling,it presents the new concept and activity of practice,also possess business organization to significantly lower waste in different form and raise innovative technology.In the wake of China and world are in one line , development and requirement for the industry is highlightly , the BIM technique becomes a timely way to solve numerous problems for company .Our company introduced BIM technology, hope that through the application of the technology in installation project of Lakeview Hotel ,we can really reduce waste in different forms and improve the technology innovation greatly, also optimize the process of management ,achieve detailed management , further improve the overall level of the company. Key word：BIM；Building information model；management I1 绪论1.1 BIM的应用与发展1.1.1 美国BIM的发展BIM是从美国发展起来，逐渐扩展到欧美、日本，新加坡等发达。美国的BIM应用已经十分规范，其BIM国家标准（NBIMS）在2006年就发布了。在美国，凡是政府投资项目必须全面应用BIM。1.1.2 香港BIM的发展经过二十多年的发展与应用，在香港地区，BIM已经是一项比较成熟的技术。香港房屋公署规定，2014年以后所有政府投资项目都要求采用BIM信息模型。为推行BIM的应用，香港房屋公署在2008年成立了BIM协会，制定BIM应用标准。BIM协会和香港理工大学正在努力开展BIM的延伸应用，研究BIM的成本管理、计划管理和后期物业管理。1.1.3 国内BIM的发展2002年以后，国内才逐渐开始接触到BIM的理念和技术。建筑事业是一项集体“运动”，BIM的出现正在改变项目参与各方的协作方式，使每个人都能提高生产效率并获得收益。在中国一些项目率先应用上了BIM，比如2008北京奥运会奥运村空间规划及物资管理信息系统，南水北调工程以及香港地铁项目等。1.2 开展BIM的必要性1.2.1 中国开展BIM的必要性在中国发展BIM是必然的：第一，巨大的建设量带来了大量沟通和实施环节的信息流失造成的损失，BIM所带来的信息整合，重新定义了设计流程，能够很大程度上改善这一状况。第二，可持续发展的需求，建筑生命周期管理，节能分析。第三，国家资源规划管理信息化的需求。1.2.2 施工企业开展BIM的必要性 随着行业的发展和需求的突显，BIM技术成为企业解决众多问题的及时途径。在望湖宾馆施工过程中，我们引入BIM技术并将其贯穿于机电安装全过程中。我们以该项目为试点，希望通过BIM技术在本项目的实际应用，将其逐步应用到公司其他项目中。 信息管理需要施工企业的项目风险和管理息息相关，其中信息管理是成败关键。有时候施工企业的项目风险有合同金额的5%之多，这是一笔极大的数目。利用BIM支持和优化整个传统业务流程，减少浪费、提高效率、控制进度，将大大提升传统业务的粗放管理，并有效控制项目成本。 施工管理需要机电安装企业对于BIM技术应用的需求非常强烈。从BIM的应用价值来看，BIM技术的碰撞检查能够给企业减少损失降低风险，而BIM技术的应用成果能够轻松延伸到其预制构件、机电清单、采购管理以及设备运维管理。在提高效率的同事，优化了其管理效率和管理流程，实现精细化管理。 市场经营开拓需要今年来，越来越多的开发商（业主）要求设计方或施工总承包方提供BIM建筑信息模型，特别是有外资背景的港方。由于受欧美建筑业发展的直接影响，在国内开发的地标性建筑均要求建立机电三维信息模型（BIM），作为提升其建筑产品品位的象征。 引领市场需要在中国BIM虽然有了数年的应用历史，但相对于庞大的建筑业，BIM所涉足的领域却依然非常狭小，还处于起步推广阶段。目前国内还没有形成统一的行业标准。我们希望通过BIM在望湖宾馆项目中的应用，使其成为公司项目中的典范，并在此基础上参与整理、制定一整套应用标准，进一步提高公司整体水平。1.3 BIM在机电安装工程中的作用1.3.1 碰撞分析、管线综合机电安装工程最容易造成经济损失的，往往就是返工，规模越大的项目，设备管线越多，管线错综复杂，碰撞冲突也越容易出现，返工的可能性就越大。一旦出现返工，工期、经济损失都会出现。而BIM三维其实正是解决碰撞冲突的“高手”。事实上，BIM技术对于施工企业的应用价值远不仅仅在于碰撞分析、管线综合方面。基于BIM技术可视化、模拟性的特点，业主及项目团队可以根据现场施工实际情况进行施工模拟。通过BIM技术所具有的协调性、优化性特点，项目材料、设备管理系统、技术管理等可以获得优化，从而进一步提升物资管理、成本管理、现场施工管理的精细化水平。1.3.2 作为相关方技术交流平台我们利用BIM在传统施工流程的基础上，添加完善了项目施工的一项流程，即深化设计。由深化设计人员依据BIM模型等有效信息，组织施工的综合协调，项目部提供相应要求及条件，最终拟定调整方案，并把相应结果反馈回项目部，形成记录。不仅为项目提高了施工效率，也增加了施工效益。1.3.3 作为相关方管理工作平台对现场各施工队伍班组长培训相关软件操作，使其利用机电整体模型来综合考虑指导现场的施工，而不是各个队伍各自为政，而不考虑其他队伍的施工先后顺序条件等。1.3.4 为构件预制加工提供模型参数通过BIM技术，能够依据BIM成果的深度和详细程度，为各专业的施工和安装提供准确的构件信息和定位尺寸等相关数据，最终达到整体施工、校验施工和降低施工成本的目的。1.3.5 设备安装模拟仿真演示在施工过程中，大量的管道及机械设备错综复杂，常常导致碰撞冲突。利用BIM进行施工模拟、在计算机上虚拟建造，将问题尽量消灭在实际建造之前，降低了材料、劳动力和安全性的损失，提高了效率，有利于工程进度。2 结构建模2.1 结构柱结构柱是指直接承受上部荷载的柱子,是建筑结构中不可或缺的部分。我们利用设计院的柱平法施工图及标高设定，生成三维结构柱。 图2-1 二维柱平法施工图 图2-2 结构柱三维图2.2 结构桁架结构桁架通俗化说就是梁。主要结构特点是：各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座产生水平推力。结构布置灵活，应用范围非常广。桁架梁和实腹梁（即我们一般所见的梁）相比，在抗弯方面，由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端，增大了内力臂，使得以同样的材料用量，实现了更大的抗弯强度。在抗剪方面，通过合理布置腹杆，能够将剪力逐步传递给支座。这样无论是抗弯还是抗剪，桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥，从而适用于各种跨度的建筑屋盖结构。更重要的意义还在于，它将横弯作用下的实腹梁内部复杂的应力状态转化为桁架杆件内简单的拉压应力状态，使我们能够直观地了解力的分布和传递，便于结构的变化和组合。同样，我们可以利用二维的梁平法施工图及其标高，得到梁的三维图。 图2-3 二维梁平法施工图图2-4 结构桁架三维图2.3 结构板结构板就是结构施工时，只绑扎了钢筋，浇筑了混凝土后的楼板。此时楼板只有钢筋和整体现浇的混凝土，钢筋距离板上下面只有150mm到200mm的保护层，楼面上连水泥砂浆层都没做的板。图2-5 结构楼板高低区域划分图在功能区复杂的地方，结构楼板高低、厚薄各异。这时候尤其要小心区域界线和标高。 图2-6 结构楼板三维图 3. 建筑建模3.1 墙体创建墙体创建很简单，只要选择好墙体类型后设置好墙体属性，即可进行绘制。图2-7所示为我们画的三维墙体。 图2-7 三维墙体3.2 门窗的放置我们的软件当中，门窗是作为族存在的。门窗族中如果有我们所要的门窗，我们只要直接放置就可以了。如果没有，我们可以自己制作之后再进行放置。值得注意的是门窗的放置必须要依附墙体。 （a）双扇防火门 （b）铝合金窗图2.8 门窗放置于墙体中3.3 竖井的创建竖井，洞壁直立的井状管道，称为竖井。 机电工程有大量管线需安装在垂直竖井处，而竖井在我们三维模型中来说就是楼板上的“洞”。我们可以自由编辑这个“洞”的平面上的形状和立面上的标高。在楼梯电梯等出的楼板，我们也可以利用竖井去除，方便快捷。3.4 楼梯、坡道等的创建 图2.9 楼梯、坡道二维图 图2.10 楼梯、坡道三维图至此，整个建筑模型已经基本完成。由于现在建筑主张积极采用新材料、新结构，主张坚决摆脱过时的建筑样式的束缚，放手创造新的建筑风格；主张发展新的建筑美学，创造建筑新风格。尤其像望湖宾馆这样的建筑，必定会非常的多功能且漂亮。与此同时，会给我们建模带来很多的困难。由于我们是做机电安装的，建筑作为束缚框架，所以就不要求做的多么好，与实际多么贴切，只求墙、板等的位置、标高正确。图2.11即为望湖宾馆一层的部分建筑模型。我们所见的基本上就是宴会厅、宴会副厅、内庭院等。图2.11 望湖宾馆一层部分建筑三维4. MEP建模在真正建模之前，我们首先要明白建模的意义在哪？即了解 BIM与传统二维管线的区别。传统二维管线综合的缺陷在大型复杂的建筑工程项目设计中，设备管线的布置由于系统繁多、布局复杂，常常出现管线之间或管线与结构构件之间发生碰撞的情况，给施工带来麻烦，影响建筑室内净高，造成返工或浪费，甚至存在安全隐患。为了避免上述情况的发生，传统的设计流程中通过二维管线综合设计来协调各专业的管线布置，但它只是将各专业的平面管线布置图进行简单的叠加，按照一定的原则确定各种系统管线的相对位置，进而确定各管线的原则性标高，再针对关键部位绘制局部的剖面图。总的来说存在以下缺陷： （1）管线交叉的地方靠人眼观察，难以进行全面的分析，碰撞无法完全暴露及避免。特别是对于大型的、结构体系复杂的建筑，在梁高变化较大的地方，常常解决了管线之间的碰撞，却忽略了管线与梁之间的碰撞。 （2）管线交叉的处理均为局部调整，很难将管线的连贯性考虑进去，可能会顾此失彼，解决了一处碰撞，又带来别处的碰撞。 （3）管线标高多为原则性确定相对位置，仅局部绘制剖面的位置有精确定位，大量管线没有全面精确地确定标高。 （4）多专业叠合的二维平面图纸图面复杂繁乱，不够直观。仅通过“平面+局部剖面”的方式，对于多管交叉的复杂部位表达不够充分。 （5）虽然以各专业的工艺布置要求为指导原则进行布置，但由于空间、结构体系的复杂性，有时无法完全满足设计原则，尤其在净空要求非常高的情况下，需要因地制宜地变通布置方式，这时二维的管线综合设计方式的局限性就显露出来。由于传统的二维管线综合设计存在以上不足，采用BIM技术进行三维管线综合设计方式就成为针对大型复杂建筑管线布置问题的优选解决方案BIM三维管线设计的优势分析 对于大型复杂的工程项目，采用BIM技术进行三维管线综合设计有着明显的优势及意义。BIM模型是对整个建筑设计的一次“预演”，建模的过程同时也是一次全面的“三维校审”过程。在此过程中可发现大量隐藏在设计中的问题，这些问题往往不涉及规范，但跟专业配合紧密相关，或者属于空间高度上的冲突，在传统的单专业校审过程中很难被发现。与传统2D管线综合对比，三维管线综合设计的优势具体体现在： （1）BIM模型将所有专业放在同一模型中，对专业协调的结果进行全面检验，专业之间的冲突、高度方向上的碰撞是考量的重点。模型均按真实尺度建模，传统表达予以省略的部分（如管道保温层等）均得以展现，从而将一些看上去没问题，而实际上却存在的深层次问题暴露出来。 （2）土建及设备全专业建模并协调优化，全方位的三维模型可在任意位置剖切大样及轴测图大样，观察并调整该处管线的标高关系。 （3）BIM软件可全面检测管线之间、管线与土建之间的所有碰撞问题，并反提给各专业设计人员进行调整，理论上可消除所有管线碰撞问题。 （4）对管线标高进行全面精确的定位，同时以技术手段直观反映楼层净高的分布状态，轻松发现影响净高的瓶颈位置，从而优化设计，精确控制净高及吊顶高度。 （5）除了传统的图纸表现，再辅以局部剖面及局部轴测图，管线关系一目了然。三维的BIM模型还可浏览、漫游，以多种手段进行直观的表现。 （6）由于BIM模型已集成了各种设备管线的信息数据，因此还可以对设备管线进行精确的列表统计，部分替代设备算量的工作。总之，BIM三维管线综合设计能更直观、明了、高效、充分、精确的帮助我们协调各专业的管线布置。4.1 暖通系统的创建暖通在学科分类中的全称为供热供燃气通风及空调工程，包括：采暖、通风、空气调节这三个方面，从功能上说是建筑的一个组成部分。 包括在暖通系统中的有中央空调系统，尤其是在一些面积较大、人流较多的公共场所，非常需要高效、节能的中央空调系统来实现对空气环境的调节。 4.1.1 风系统的创建暖通风系统包括空调风系统和通风（排烟）系统，空调风系统分为送风、回风和新风。4.1.2 风管的绘制绘制风管时首先是风管属性的设置，长、宽和标高。另外还要注意，在“实例属性”对话框的类型选择器下拉列表中，有四种可供选择的管道类型，分别为：半径弯头/T形三通、半径弯头/接头、斜接弯头/T形三通和斜接弯头/接头。它们的区别主要在于弯头和支管的连接方式，其命名是以连接方式来区分的，半径弯头/斜接弯头表示弯头的连接方式，T形三通/接头表示支管的连接方式。在“机械”选项卡下，可以看到弯头、首选连接类型等构件的默认设置，管道类型名称与弯头、首选连接类型的名称之间是有联系的。各个选项的设置功能如下： 弯头：设置风管方向改变时所用弯头的默认类型 首选连接类型：设置风管支管连接的默认方式 T形三通：设置T形三通的默认类型 接头：设置风管接头的类型 四通：设置风管四通的默认类型 过渡件：设置风管变径的默认类型 多形状过渡件：设置不同轮廓风管间（如圆形和矩形）的默认连接方式 活接头：设置风管活接头的默认连接方式，它和T形三通是首选连接方式的下级选项。 这些选项设置了在管道的连接方式，绘制管道过程中不需要不断改变风管的设置，只需改变风管的类型就可以，减少了绘制的麻烦。 图4.1 风管类型属性设置绘制时一般先绘制主风管，然后绘制支风管。绘制过程中要尤其注意标高，顶部不得碰撞梁。风管连接件在前面设置好后，只要将中心线相交就可自动生成，非常的方便。绘制不同标高的风管时，绘制完一个标高的风管，修改标高值后继续绘制，两不同标高之间的立管就会自动生成。当然，还有很多时候的附件比较特殊，要求我们另外从族里载入后放置。 a. Y形风管接头 b. 天圆地方（连接风机和风管） c. 矩形弯头 d. 矩形裤衩T形三通 图4.2 风管附件 4.2 水系统的创建水管系统包括空调水系统、生活给排水系统等。空调水系统分为冷冻水、冷却水、冷凝水等系统。生活给排水分为冷水系统、热水系统、排水系统等等。我们根据系统将各个系统的水管的材质和颜色设置好，根据位置和标高即可完成水管的三维模型。图4.3 冷冻供水和冷冻回水管及闸阀4.3 电气系统的创建电气系统是现代建筑设计很重要的一部分，电气系统是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学，它是介于土建和电气两大类学科之间的一门综合学科。经过多年的发展，它已经建立了自己完整的理论和技术体系，发展成为一门独立的学科。主要包括：建筑供配电技术，建筑设备电气控制技术，电气照明技术，防雷、接地与电气安全技术，现代建筑电气自动化技术，现代建筑信息及传输技术等。绘制细节均与风管、水管的绘制相同，在此不做特别介绍。5. Navisworks 漫游及碰撞检查Autodesk Navisworks解决方案支持所有项目相关方可靠地整合、分享和审阅详细的三维设计模型，在建筑信息模型（BIM）工作流中处于核心地位。BIM的意义在于，在设计与建造阶段及之后，创建并使用与建筑项目有关的相互一致且可计算的信息。 Autodesk Navisworks软件能够将AutoCAD和Revit系列等应用创建的设计数据，与来自其它设计工具的几何图形和信息相结合，将其作为整体的三维项目，通过多种文件格式进行实时审阅，而无需考虑文件的大小。Navisworks软件产品可以帮助所有相关方将项目作为一个整体来看待，从而优化从设计决策、建筑实施、性能预测和规划直至设施管理和运营等各个环节。 5.1 Navisworks漫游 见动画5.1 Navisworks碰撞分析可以快速找出碰撞的管线，并且有ID号，方便工程师查找和更改。可以设置多个测试条件对任意对象进行碰撞检测，有多种碰撞检测类型，可以灵活的输出测试结果。 图5.1 碰撞检测图元类别设置6. 工程量统计明细表是Revit MEP软件的重要组成部分。通过定制明细表，我们可以从我们所创建的Revit MEP模型（建筑信息模型）中获取我们项目应用中所需要的各类项目信息，应用表格的形式直观的表达。 a. 新建明细表 b. 明细表属性 c. 供水管明细表 d. 管道明细表结束语本次毕业设计过程历经3个多月，因为是做的实习公司项目，实践性更为突出。从对机电安装工程基本知识的学习，到软件的培训，以及之后的一系列工作，我有了很大的提升。我最本质的工作就是三维建模和深化设计，软件只是一种表达，最重要的是专业知识的积累和实践经验，而这也正是我最欠缺的地方。本着学习的心态稳步提升是我最应该做的。整个模型的结构部分是最容不得出错的，一定要小心谨慎。建筑部分对模型的整体造型起关键作用，一定要读懂建筑施工图。MEP部分是我们机电安装单位真正施工的部分，一定要与现场的施工员和班组长多交流，向他们了解施工经验的同时了解他们的需求，要让我们的模型真正方便他们施工。这次毕业设计由于是公司对BIM的一次尝试，必然存在很多不足有待改进。但是经历了这么多，我感觉充实了很多，也非常热爱这种实际工程的深化设计，让我对未来的工作充满憧憬。参考文献1 Yu Sherstuk. Solutions on oil refinery information storage construction on the basis of MS SQL server. J.Expert Systems With Applications,2003,26(1)2Leo Alting. Life Cycle Engineering and Design. J.CIRP Annals - Manufacturing Technology,1995,44(2)3Joakim Westerlund. Strategic planning and design using MILP: an industrial application from the tissue manufacturing industry. J.Computer Aided Chemical Engineering,2006,214R.J. Pine. A risk-based approach for the design of rock slopes subject to multiple failure modesillustrated by a case study in Hong Kong. J.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2004,42(2)5N. Kupreev. Application of philosophy design studies to project management in the pump industry. J.Journal of Engineering Design,2001,12(3)6 USA rmy Crops of Engineer.Building InformationModel-A Roadmap for Implmentation. . 20067 Ryan E.Smith.Alan Mossman Stephen Emmitt. LeanConstruction Journal . 20118Joakim Westerlund. Strategic planning and design using MILP: an industrial application from the tissue manufacturing industry. J.Computer Aided Chemical Engineering,2006,219Autodesk Revit Structure 2012：应用宝典.同济大学出版社. Autodesk Asia Pte Ltd10Autodesk Revit MEP 2012：应用宝典.同济大学出版社. Autodesk Asia Pte Ltd19