石川星明

(北京東洲際技術(shù)咨詢(xún)有限公司，北京 100176)

0 引言

因國(guó)內(nèi)外對(duì)機(jī)電深化設(shè)計(jì)的深度要求存在差別，導(dǎo)致了國(guó)內(nèi)外施工質(zhì)量和BIM 是否落地的差異，建議相關(guān)部門(mén)積極推進(jìn)機(jī)電的深化設(shè)計(jì)工作，如在深化設(shè)計(jì)工作中，選用高效率、高精細(xì)度、通用性強(qiáng)、同時(shí)又具備便捷性的機(jī)電施工圖深化設(shè)計(jì)軟件，以推動(dòng)機(jī)電施工圖深化設(shè)計(jì)的普及。

1 機(jī)電BIM 軟件與機(jī)電施工圖深化設(shè)計(jì)軟件的比較

1.1 BIM 應(yīng)用背景與現(xiàn)狀

自從2011 年5 月20 日住建部發(fā)布《2011－2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》第一次提出BIM 技術(shù)的應(yīng)用以來(lái)，中國(guó)的BIM 技術(shù)推廣經(jīng)歷了10 余年的過(guò)渡準(zhǔn)備期。 近些年來(lái)設(shè)計(jì)院、施工單位、咨詢(xún)單位等相關(guān)BIM 實(shí)踐者試圖通過(guò)BIM 技術(shù)提高工程集成化程度，創(chuàng)造新的效益，但最終在建筑設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中暴露出BIM 技術(shù)不落地的弊端。

1.2 施工圖深化設(shè)計(jì)背景

施工圖深化設(shè)計(jì)就是可完全按照此圖紙施工并直接安裝設(shè)備的施工圖設(shè)計(jì)(shop drawing)。但國(guó)內(nèi)外的施工圖設(shè)計(jì)有著較大的不同，所以，中國(guó)的施工圖被稱(chēng)之為 working drawing 或者construction drawing，為了與之區(qū)別，在中國(guó)與國(guó)外深度相當(dāng)?shù)氖┕D就只能叫施工圖深化設(shè)計(jì)。 長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)的機(jī)電施工圖形成了獨(dú)特風(fēng)格，更類(lèi)似于一個(gè)工程的機(jī)電工作流程(working)，如果工程真的按照施工圖進(jìn)行施工，就缺少很多重要參數(shù)，其中很重要的就是空間綜合和施工安裝細(xì)節(jié)。 例如:(1)對(duì)機(jī)電各專(zhuān)業(yè)之間進(jìn)行管線(xiàn)綜合協(xié)調(diào)；(2)對(duì)各專(zhuān)業(yè)的采購(gòu)設(shè)備與管線(xiàn)、管線(xiàn)與管線(xiàn)之間的安裝和連接空間與實(shí)際尺寸進(jìn)行吻合；(3)對(duì)機(jī)電管線(xiàn)的預(yù)留預(yù)埋設(shè)計(jì)進(jìn)行確定；(4)對(duì)管線(xiàn)的支吊架、抗震支吊架進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)；(5)對(duì)施工圖中索引的標(biāo)準(zhǔn)圖進(jìn)行個(gè)性化調(diào)整；(6)對(duì)機(jī)電設(shè)備與管線(xiàn)的裝配式安裝、集成化設(shè)計(jì)進(jìn)行流程策劃及預(yù)制加工圖制作；(7)根據(jù)精裝修的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行機(jī)電末端點(diǎn)位及安裝路由的調(diào)整。

以上內(nèi)容就是機(jī)電施工圖深化設(shè)計(jì)的主要工作，需要在施工階段去完成。 同時(shí)，設(shè)備及管材的確定、土建施工的實(shí)際誤差、裝修設(shè)計(jì)的研討，都制約著深化設(shè)計(jì)的進(jìn)展。

長(zhǎng)期以來(lái)，施工單位也在做類(lèi)似深化設(shè)計(jì)的工作，但只是局部性地解決問(wèn)題。 機(jī)房需由專(zhuān)業(yè)的機(jī)房施工團(tuán)隊(duì)自行繪圖并安裝；管井和走廊，則需要各個(gè)班組畫(huà)詳圖、開(kāi)協(xié)調(diào)會(huì)等，總之，施工沒(méi)有深化設(shè)計(jì)過(guò)程是很難進(jìn)展下去。 在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑工程設(shè)計(jì)文件編制深度規(guī)定》中，規(guī)定了建筑工程設(shè)計(jì)一般分為方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)三個(gè)階段，而在《建筑信息模型設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)》中，則規(guī)定了建筑工程設(shè)計(jì)應(yīng)包括方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)等階段，首次明確將深化設(shè)計(jì)階段提到了國(guó)家規(guī)范的層面上。 但是，深化設(shè)計(jì)的內(nèi)容和圖紙表達(dá)方式都沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，基于此現(xiàn)狀，筆者聯(lián)合行業(yè)同仁編制了T/CIAS－2－2020《建筑機(jī)電施工圖深化設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，系統(tǒng)地規(guī)定了機(jī)電深化設(shè)計(jì)的流程、技術(shù)要求和出圖標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 BIM 軟件與深化設(shè)計(jì)軟件的差別

深化設(shè)計(jì)是將達(dá)不到施工安裝深度的施工圖，設(shè)計(jì)完善到可以進(jìn)行直接指導(dǎo)施工的程度，這種深化設(shè)計(jì)工作自從有了工程設(shè)計(jì)以來(lái)就存在，過(guò)去的手工繪圖、計(jì)算機(jī)輔助繪圖，都少不了深化設(shè)計(jì)這個(gè)環(huán)節(jié)。 BIM 技術(shù)是近些年建筑行業(yè)出現(xiàn)的一次新的技術(shù)革命，通過(guò)BIM 設(shè)計(jì)軟件把建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、總圖等專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)提升為可直觀理解的3D 數(shù)字化模型，基于BIM 模型生成高質(zhì)量的設(shè)計(jì)施工圖紙，為后續(xù)的高質(zhì)量施工、監(jiān)理和運(yùn)維奠定基礎(chǔ)。也就是說(shuō)，有了BIM 軟件，深化設(shè)計(jì)工作會(huì)變得簡(jiǎn)單、直觀、準(zhǔn)確。 如果使用了BIM 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)成果或者設(shè)計(jì)圖紙還不能滿(mǎn)足施工安裝的需求，那只能說(shuō)是深化設(shè)計(jì)沒(méi)有按照深化設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善和出圖，除了認(rèn)知因素外，還有可能是軟件功能達(dá)不到出具深化設(shè)計(jì)圖紙的功能。 與深化設(shè)計(jì)軟件相比，BIM 設(shè)計(jì)軟件與之存在以下差別。

(1)BIM 的概念和機(jī)電深化設(shè)計(jì)的概念不同。BIM 即建筑信息模型，重點(diǎn)是信息＋模型；機(jī)電施工圖深化設(shè)計(jì)是對(duì)建筑機(jī)電設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)、細(xì)化完善、優(yōu)化校核的過(guò)程。 設(shè)計(jì)者可以使用BIM 軟件進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，以提高效率、精度和設(shè)計(jì)質(zhì)量，但深化設(shè)計(jì)工作并不一定需要BIM 軟件才能實(shí)施，可以手繪圖紙或使用二維CAD，或者更專(zhuān)業(yè)的施工圖深化設(shè)計(jì)軟件。

(2)BIM 軟件和機(jī)電深化設(shè)計(jì)軟件的交付物不同。 嚴(yán)格意義上，機(jī)電施工圖深化設(shè)計(jì)只需要出具滿(mǎn)足機(jī)電施工或加工的圖紙，而B(niǎo)IM 軟件的交付成果較多(詳見(jiàn)表1)，其重點(diǎn)在數(shù)字交付上，理論上BIM 是可以提交各階段的圖紙，但其深化設(shè)計(jì)階段的圖紙和模型，應(yīng)該是滿(mǎn)足施工安裝要求的深度要求，如果達(dá)不到模型、圖紙、現(xiàn)場(chǎng)施工的一致，BIM 的成果數(shù)據(jù)就是假數(shù)據(jù)，達(dá)不到深化設(shè)計(jì)工作所要求的精度與細(xì)度。

表1 BIM 交付物的代碼及類(lèi)別

(3)BIM 軟件和機(jī)電深化設(shè)計(jì)軟件的目的不同。 BIM 軟件是為了追求信息和模型全生命周期的連續(xù)性和完整性，而使用機(jī)電施工圖深化設(shè)計(jì)軟件是為了建筑機(jī)電設(shè)計(jì)圖紙對(duì)機(jī)電施工的指導(dǎo)性和準(zhǔn)確性。

(4)BIM 軟件和機(jī)電深化設(shè)計(jì)軟件的適用性不同。 通用 BIM 軟件有 Revit、 Bently、 Dassault(CATIA)、ArchiCAD、Trimble(Sketchup)，機(jī)電專(zhuān)業(yè)BIM 軟件有Rebro、MagiCAD 等；高效機(jī)電深化設(shè)計(jì)的軟件有Rebro、Tfas、CADEWA，可用于做機(jī)電深化設(shè)計(jì)軟件有Revit、鴻業(yè)、 Tfas、魯班軟件、MagiCAD、AutoCAD。 BIM 軟件和機(jī)電深化設(shè)計(jì)軟件是可以相互滲透的，將深化設(shè)計(jì)的理念融于BIM 軟件之中，是BIM 落地的必經(jīng)之路。

2 機(jī)電施工圖深化設(shè)計(jì)軟件的技術(shù)要求

盡管機(jī)電施工圖深化設(shè)計(jì)可以使用BIM 軟件以外的其他手段來(lái)完成，在BIM 時(shí)代的今天，還是要將機(jī)電深化設(shè)計(jì)軟件的技術(shù)要求擴(kuò)展到與BIM技術(shù)匹配的通用要求上，在提高深化設(shè)計(jì)的效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量的同時(shí)，也能促進(jìn)BIM 軟件技術(shù)的落地，也就是說(shuō)，機(jī)電施工圖深化設(shè)計(jì)軟件需要在滿(mǎn)足機(jī)電BIM 軟件的要求之下，還能夠獨(dú)立地完成機(jī)電深化設(shè)計(jì)全過(guò)程的操作及深化設(shè)計(jì)出圖要求。

2.1 機(jī)電施工圖深化設(shè)計(jì)軟件應(yīng)該是一款BIM軟件

在筆者看來(lái)，BIM 時(shí)代將終結(jié)機(jī)電二維設(shè)計(jì)的思維模式，機(jī)電設(shè)計(jì)將在模型空間里對(duì)各專(zhuān)業(yè)的系統(tǒng)、空間和相關(guān)信息及模型集于一身，將過(guò)去需要幾個(gè)專(zhuān)業(yè)完成的包括信息整理、概預(yù)算數(shù)量統(tǒng)計(jì)等在內(nèi)的工作融合到模型中，通過(guò)BIM 軟件空間和實(shí)物展示功能的操作，可以讓設(shè)計(jì)人員很快了解機(jī)電系統(tǒng)與土建之間的空間關(guān)系，有助于減少深化設(shè)計(jì)的人員成本。

因此，深化設(shè)計(jì)軟件應(yīng)具有BIM 功能，并滿(mǎn)足以下條件:(1)輕量化運(yùn)行、操作簡(jiǎn)單便捷、可實(shí)現(xiàn)空間的可視化等基本要求；(2)可進(jìn)行計(jì)算模擬、基本構(gòu)件庫(kù)、碰撞檢查、材料統(tǒng)計(jì)、動(dòng)畫(huà)漫游等操作；(3)可進(jìn)行機(jī)電BIM 模型的信息的輸入，包括設(shè)備廠(chǎng)商信息、設(shè)備參數(shù)、連接方式等；(4)能夠快速對(duì)應(yīng)設(shè)備的采購(gòu)信息和模型的制作、替換以及屬性信息的導(dǎo)入；(5)機(jī)電BIM 模型用于工廠(chǎng)預(yù)制加工時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足管道和風(fēng)道分節(jié)、下料、統(tǒng)計(jì)工程量、提取加工圖等要求；(6)根據(jù)工程需要和現(xiàn)場(chǎng)安裝條件，能夠按照工廠(chǎng)制作工藝快捷地繪制預(yù)制加工圖紙；(7)應(yīng)保證模型和圖紙的一致性。

2.2 機(jī)電施工圖深化設(shè)計(jì)軟件應(yīng)該便于進(jìn)行管線(xiàn)綜合

深化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中管線(xiàn)綜合是解決機(jī)電各專(zhuān)業(yè)空間合理問(wèn)題的關(guān)鍵工作，任務(wù)繁雜、周期長(zhǎng)、受制約因素多，以及建筑項(xiàng)目、裝修設(shè)計(jì)、設(shè)備采購(gòu)及設(shè)計(jì)系統(tǒng)的變化都會(huì)影響深化設(shè)計(jì)的進(jìn)度，增加深化設(shè)計(jì)的工作量，而軟件方便綜合調(diào)整，能把設(shè)計(jì)師從繁重的建模工作中解放出來(lái)，把更多的精力用在專(zhuān)業(yè)綜合的推敲上。

2.3 機(jī)電施工圖深化設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)的是深化圖紙

盡管BIM 技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越普及，但只要機(jī)電安裝還需要看圖施工，工廠(chǎng)加工還需要參看加工圖紙進(jìn)行加工制作，那么施工圖與模型的一致性就很重要。 筆者不認(rèn)為傳統(tǒng)的二維施工圖是唯一的施工圖表現(xiàn)方式，或者也可以說(shuō)，傳統(tǒng)的施工圖表現(xiàn)方式已經(jīng)落后于時(shí)代。 在《建筑機(jī)電施工圖深化設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的標(biāo)準(zhǔn)中，特別規(guī)定了BIM 模型條件下的圖例表達(dá)方式，平面圖、剖面圖和放大圖的設(shè)備和管線(xiàn)以實(shí)物型體投影表示，必要時(shí)可附加信息標(biāo)注，可對(duì)設(shè)備、管線(xiàn)和器件進(jìn)行自定義圖例(其含義不應(yīng)與現(xiàn)行國(guó)家制圖標(biāo)準(zhǔn)相矛盾)，并以此來(lái)推進(jìn)國(guó)家的BIM 時(shí)代的施工圖制圖標(biāo)準(zhǔn)的改編。 圖1是施工深化圖的管井大樣的平面圖，與施工圖表達(dá)方式的不同在于，管線(xiàn)的實(shí)物尺寸優(yōu)先，其定位、預(yù)留洞和支撐構(gòu)件等的表現(xiàn)非常清晰，管道的安裝空間維護(hù)空間考慮周全，對(duì)施工階斷具有非常好的指導(dǎo)作用。

然而，施工企業(yè)對(duì)深化設(shè)計(jì)普遍不夠重視，原因之一是深化設(shè)計(jì)費(fèi)用沒(méi)有支出依據(jù)，其次是中國(guó)幾十年的建筑發(fā)展中，大多數(shù)項(xiàng)目沒(méi)有經(jīng)歷深化設(shè)計(jì)也照樣完成了施工，導(dǎo)致企業(yè)固步自封。 在住建部提出加快推進(jìn)建筑裝配式技術(shù)的應(yīng)用的背景下，部分企業(yè)雖開(kāi)始嘗試裝配式施工安裝，也基本是以機(jī)房展示為主。 在機(jī)電施工圖和機(jī)電預(yù)制裝配加工圖之間，如果沒(méi)有機(jī)電深化設(shè)計(jì)這個(gè)過(guò)程，普及機(jī)電裝配式或機(jī)電集成安裝幾乎不可能。

圖1 施工深化圖管井大樣平面圖

3 日本施工圖深化設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用介紹

3.1 軟件介紹

在日本，始終幾十年如一日的用施工圖(shop drawing)指導(dǎo)施工的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)施工流程。 機(jī)電深化設(shè)計(jì)主流軟件仍是Tfas，占有日本機(jī)電軟件設(shè)計(jì)45%的市場(chǎng)份額，但Rebro、CADEWA 等日本機(jī)電BIM 軟件也正在逐步代替深化設(shè)計(jì)軟件但非BIM 軟件的Tfas 客戶(hù)。 機(jī)電軟件與建筑軟件之間通過(guò)IFC 格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交流。 還有更多的企業(yè)仍然沿用著以二維施工圖紙為主的軟件，為了加強(qiáng)各個(gè)軟件之間的數(shù)據(jù)交流，除了DWG、dxf 格式外，日本還自創(chuàng)了BEBridge 格式進(jìn)行圖紙的交互，且大多數(shù)機(jī)電產(chǎn)品都會(huì)在財(cái)團(tuán)法人建設(shè)業(yè)振興基金主導(dǎo)的數(shù)據(jù)庫(kù)中保存DWG、dxf、BE-Bridge、IFC 格式的設(shè)備庫(kù)文件。

日本的建筑深化設(shè)計(jì)軟件多使用ArchiCAD，也有少量的Revit 使用，即使使用Revit 進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，但無(wú)論是實(shí)施設(shè)計(jì)還是施工圖設(shè)計(jì)，都不會(huì)使用Revit 進(jìn)行機(jī)電設(shè)計(jì)，因?yàn)樾枰孕袑?duì)Revit 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)、建庫(kù)后再用于工程。 其實(shí)，中國(guó)在這方面的開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)遠(yuǎn)大于采購(gòu)成熟軟件的費(fèi)用，最終還很難說(shuō)能夠得到一個(gè)屬于自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件產(chǎn)品。

3.2 設(shè)計(jì)流程介紹

就民用建筑而言，日本的綜合設(shè)計(jì)院(事務(wù)所)并不普遍，都是建筑事務(wù)所、結(jié)構(gòu)事務(wù)所、機(jī)電事務(wù)所、電氣事務(wù)所(以下統(tǒng)稱(chēng)“設(shè)計(jì)事務(wù)所”)等獨(dú)立的專(zhuān)業(yè)事務(wù)所占據(jù)著設(shè)計(jì)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。 一個(gè)建筑物的設(shè)計(jì)，要通過(guò)諸多的公司協(xié)同作業(yè)完成，相對(duì)于中國(guó)各專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)調(diào)之外，日本設(shè)計(jì)同行還多了一層與不同公司進(jìn)行協(xié)調(diào)工作的難點(diǎn)，因此，BIM 軟件之間的協(xié)調(diào)和兼容理應(yīng)比國(guó)內(nèi)困難，但是，這一困難并沒(méi)有給日本的建筑工程帶來(lái)任何混亂。所有的工地都是井然有條、管理有序。 設(shè)計(jì)事務(wù)所主要進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和實(shí)施設(shè)計(jì)(等同于中國(guó)的初步設(shè)計(jì)深度深，但又不是施工圖)，施工圖(為了同國(guó)內(nèi)概念統(tǒng)一以下稱(chēng)“施工深化圖”)是由施工單位和專(zhuān)業(yè)進(jìn)行施工深化圖設(shè)計(jì)的公司分包進(jìn)行，其深度就是國(guó)內(nèi)提到的深化設(shè)計(jì)的深度，直接用于指導(dǎo)施工。 各個(gè)專(zhuān)業(yè)使用各自專(zhuān)業(yè)擅長(zhǎng)的專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行施工深化圖的制作，規(guī)定好各軟件之間的轉(zhuǎn)換格式，各軟件開(kāi)發(fā)商嚴(yán)格遵守軟件轉(zhuǎn)換通用格式的規(guī)則，計(jì)算機(jī)輔助繪圖時(shí)代是DXF、DWG，BIM 時(shí)代是IFC，各軟件之間都能無(wú)縫兼容。

日本施工企業(yè)，沒(méi)有施工深化圖紙是不會(huì)擅自施工的，哪怕最簡(jiǎn)單的地漏位置。 施工深化圖的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)作為日本施工過(guò)程中的重要技術(shù)環(huán)節(jié)，是他們施工管理、施工質(zhì)量、裝配式施工能夠順利進(jìn)行的基礎(chǔ)保證。 例如，日本一個(gè)10 萬(wàn)m2的建筑工地，施工過(guò)程中做機(jī)電深化設(shè)計(jì)，光機(jī)電BIM 軟件Rebro 就同時(shí)需要100 套以上，工作強(qiáng)度和成果精細(xì)度不言而喻。 日本的施工深化圖連支吊架的預(yù)埋都事先做好了，土建施工的同時(shí)就進(jìn)行螺栓預(yù)埋，以免后期開(kāi)鑿樓板，所以，日本所有的機(jī)電專(zhuān)業(yè)軟件都有一個(gè)支吊架在樓板預(yù)埋螺栓的排布功能，而這些軟件引進(jìn)中國(guó)之后，幾乎沒(méi)有一家企業(yè)使用過(guò)這個(gè)功能。 此外，日本的施工深化圖設(shè)計(jì)費(fèi)用是按照每張圖紙耗費(fèi)的平均人工進(jìn)行收費(fèi)的，總費(fèi)用在施工造價(jià)的3%左右，施工深化圖的質(zhì)量和效率是影響施工質(zhì)量和工期的關(guān)鍵，開(kāi)發(fā)便捷高效的輕量化設(shè)計(jì)軟件是市場(chǎng)決定的。 因此，施工深化圖無(wú)論修改幾輪，只要修改花費(fèi)了時(shí)間，就需要支付費(fèi)用，誰(shuí)提出修改誰(shuí)付錢(qián)，費(fèi)用層層申報(bào)。

4 結(jié)束語(yǔ)

深化設(shè)計(jì)是歐美及日本建筑機(jī)電施工的重要依據(jù)，國(guó)內(nèi)對(duì)此尚且重視不足。 如今BIM 技術(shù)的應(yīng)用遲遲不落地，也使得政府和行業(yè)協(xié)會(huì)認(rèn)識(shí)到，深化設(shè)計(jì)是提高施工質(zhì)量、降低建筑施工成本的必要階段，普及推廣已經(jīng)迫在眉睫。 深化設(shè)計(jì)市場(chǎng)潛力巨大，深化設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā)和使用也應(yīng)該順應(yīng)未來(lái)的市場(chǎng)需求。