康厦

摘要：现如今，建筑物功能朝着多样化趋势不断演变，其复杂功能的实现离不开机电设备的辅助。BIM技术的应用大幅度减少了设计阶段与施工阶段的割裂。現阶段针对BIM技术在机电领域的研究多为应用理论方面的讨论，缺少相应的具体实施层面的研究。日本邮政大厦通过在机电部分使用BIM技术获得了较好的效果。针对该成功案例，从具体实施层面进行系统研究，基于软件应用、制度流程、规范标准、市场竞争四个方面对其成功的背后进行探索，从而得出对于我国建筑业未来BIM应用的启示。

Abstract： Nowadays， building functions are evolving towards diversification. The realization of complex functions cannot be achieved without the assistance of mechanical and electrical equipment. The application of BIM technology has greatly reduced the separation between design stage and construction stage. At the present stage， researches on BIM technology in the field of mechanical and electrical engineering are mostly discussed in the aspect of application theory， and there is a lack of corresponding researches on the specific implementation level. Japan post building achieved good results by using BIM technology in the mechanical and electrical parts. In view of this successful case， a systematic study is conducted from the specific implementation level， and the behind of its success is explored based on the four aspects of software application， system process， norms and standards， and market competition， so as to draw inspiration for the future BIM application in China's construction industry.

关键词：日本邮政大厦;BIM 机电工程;启示

Key words： Japan post tower;BIM electromechanical engineering;enlightenment

中图分类号：TP319;TU17                               文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）08-0272-04

0  引言

随着技术的进步与社会的发展，人们对建筑物的功能要求也随之提高。在复杂功能的建筑物中，机电设备的采购成本占项目总造价的比例越来越大，机电部分在整个项目中的重要地位也越发提高。在传统模式下，机电部分的设计与建筑、结构部分往往是割裂不连续的，这种人为的割裂现象会对之后的施工阶段造成负面影响，进而使工程的成本上升，工期增加，影响项目目标的实现。通过使用BIM技术，能够有效的减少传统模式下的这种割裂现象。BIM（Building Information Modeling）是一种以建筑信息数据模型为基础，应用于工程设计、施工和管理的信息化管理工具。BIM技术能够在项目全生命周期中进行信息数据的共享和交流，在充分利用有关信息的基础上为项目参与各方作出正确决策提供依据。同时信息化的施工管理平台也能够高效的协同各参与方，为其合作提供了基础，对保证项目质量、节约成本、缩短工期起到了重要作用。因此在机电部分中使用BIM技术就显得额外重要。国内外学者都意识到了这个问题，但其相关研究大多是从其应用价值、应用理论方面的讨论，缺乏从具体实施层面的研究。

本文从BIM技术具体实施角度出发，从软件应用、制度流程、规范标准、市场竞争四个方面对日本邮政大厦BIM机电应用进行探索，进而得出其成功经验对于我国BIM应用的启示。

1  国内外研究现状

我国学术界首次在机电领域对BIM技术进行研究是在2011年，钱惠等人在《BIM在机电安装工程中的应用》一文中首次对BIM技术在机电部分应用进行了讨论，文章主要讨论了BIM技术在机电安装工程中的作用[1]。此后对于BIM技术在机电部分的研究大多集中在应用理论层面的研究，例如设计优化、施工应用、成本优化、现状分析、推广障碍研究等方面，对于BIM技术在具体实施层面，例如专业标准研究、制度流程研究、软件对比等方面存在较大的研究空白。此外对于机电领域的BIM技术应用也缺少系统性的研究，而国外对此的研究成果也仅仅停留于设计阶段。

目前我国的BIM发展应用正处于初期的普及与推广阶段。在政府和行业的大力支持与推广下，以国企、央企为首的众多企业积极响应有关政策，将BIM技术应用于项目的全生命周期管理。在国内，随着政府相关政策的出台，运用了BIM技术的项目也愈发多起来，国内项目如上海深坑酒店、上海中心、北京中国尊项目以及在建的成都绿地中心等，国际项目如摩洛哥布里格里格河谷斜拉桥、尼日利亚莱基深水港项目等中都运用了BIM技术和BIM管理手段，取得了显著效果。

虽然我国运用BIM技术的项目数量不断增多，但由于缺少实施层面的相关研究，BIM技术在这些项目中的实施不具有普遍性，这限制了我国BIM技术的进一步推广与应用。因此，从实施层面对BIM技术的应用进行系统性的研究就显得尤为必要。

2  案例分析

本文将以日本邮政大厦建设过程中BIM技术在其机电设备部分的应用为例，对BIM技术在该项目机电部分的运用的必要性进行论证，并对其应用成果进行论述。进而从实施层面得出该项目成功经验带给我国BIM技术的启示。

2.1 案例简介

日本邮政大厦位于历史悠久的东京站旁边，地下地上共42层。建筑面积21.2万m2。新大楼将容纳近100家商店和餐厅，包括东京中央邮局、博物馆、商业设施和零售广场。它是该国最先进的商业办事处之一[2]。

这座新的高层建筑建于历史悠久的1931年中央邮局上，毗邻东京市中心繁华的丸之内站。它将现有的立面作为建筑的基础，形成了与相邻广场的城市景观接口。塔楼在其立面内整合了现有建筑的线条，在两个部分之间创造了连续性。

该塔采用了许多可持续发展战略。自然光在每个空间都是一致的，使用落地玻璃降低了与人工照明相关的成本并提高了用户的舒适度。该建筑配备了通风可操作的天窗板，包含冷却塔的热回收系统，屋顶花园和太阳能电池板系统。设计团队避免在中庭天窗玻璃面板上使用陶瓷玻璃涂层，而是使用透光率为10%的光伏面板。这一举措可以控制中庭的太阳能热量，同时吸收的辐射转化为电能。高性能建筑围护结构集成了三层玻璃通风腔壁，可减少温暖季节的热量增加和较凉爽季节的热量损失。自动遮阳板位于空腔内，以反射太阳辐射并将热量释放回空腔，从那里可以排出或维持热量以减少冬季的热量损失。

2.2 BIM技术在该项目上应用的必要性和可行性

该项目机电安装工程部分是由专业的机电分包商来完成。通常，根据机电分包合同，电气、给排水、暖通设备等设备安装和材料供应是由专业分包商完成。但在该项目中，对机电分包商的另一项要求，是在优化设计的基础上进行机电设备的安装。为了避免不必要的返工现象，这就要求总承包要提前进行机电图纸优化。

该工程工程项目的体量较大，热回收系统、屋顶花园和太阳能电池板系统等贯彻可持续发展理论的绿色功能的实现对其机电设计提出了较高的要求，因此，整个项目的机电设备也很复杂，包括强电、弱电、供水、排水、污水、热水、空调设备和排气。如此多的设备将不可避免地出现大量的管线排布，尤其是设备和管井之间。同时，商业区与办公区的精装修要求实现机电设备的高度和精装修要求一致，这样一来后续的施工就会对机电设备的安装质量提出很高的要求。因此，机电设计和施工在该工程目标实现过程中举足轻重。为了更好的实现项目目标，管线的综合排布就要被纳入前期策划和设计阶段中进行考量，以确保在施工前，施工人员对管线有确的布置方案，避免因设计缺陷而出现不必要的返工等，进而影响项目目标的实现。

对于这样复杂的机电安装工程，前期的机电深化设计就显得尤为重要，在设计阶段利用BIM技术进行前期的管线综合设计，提前进行碰撞检查等，优化工程进度具有一定的必要性与可行性。

2.3 该项目中机电部分BIM应用成果

2.3.1 在前期对设计图纸进行BIM建模，通过运用BIM技术减少隐藏于图纸内的管线冲突，提高了管线冲突的发现效率，针对相关问题进行优化，使得各专业布局更加合理，对施工方案进行优化，输出调整完成的最终版施工模型，通过其他软件生成变动后的工程量清单，准确反应出最终施工模型的工程数据，给施工环节提供了具体的指导，减少资源的浪费。大大的缩短了工期，减少了变更返工，为社会节约了大量资源。

2.3.2 运用BIM模型的可视化对机电作业协同进行辅助，通过便攜式设备如手机、平板电脑等辅助施工管理人员，以动画形式帮助施工人员进行施工，提高管理效率与施工效率;此外还可以帮助施工方建立机电模型构件的施工标准。

2.3.3 运用BIM技术进行现场管理能够有效管控现场，实时上报工作组每日工作进度，确保工程按计划进行，增加管理人员对项目的管控力度，保证工程工期目标的实现。

2.3.4 运用5D施工模拟定义机电、结构和建筑作业之间的关系，合理针对劳动力和其他资源进行配置，为各专业提供了信息高效共享的施工管理平台，对协调各专业管理，实现了工程的和谐共建，提高了各专业间的协同效率。

2.3.5 BIM平台在保证信息通畅的同时，也对项目参与各方的数据安全的提供保证，BIM平台针对数据安全采用了数据权限管理的模式，使各参与方上传与使用工程数据、图纸、资料等变得便捷安全，为项目提供了良好的信息管理平台。

3  日本邮政大厦机电设备部分BIM应用与我国BIM应用过程对比

本文从BIM技术具体实施的角度出发，以该项目为研究对象，试从软件、制度流程、规范标准、市场竞争对BIM技术的影响四个方面进行系统的分析，以得出最后的结论。

3.1 从软件层面

在该项目中：2009年有日本“BIM元年”一说，BIM大量出现在日本的研究报告和文章中，随后逐渐被应用到日本建筑项目中。但早在上个世纪九十年代日本就开发出一系列“BIM”软件，与国内广泛以CAD平台为基础进行二次开发的BIM软件不同，日本的“BIM”软件以自己独立开发为主。就机电设计专业，以在该项目中使用的TFAS为例，TFAS是由日本DAITEC公司开发，其优势在于软件小，对硬件依赖小，运行速度快，而但其独立于CAD平台而开发的特点也造成其与其他软件演绎障碍，仅有IFC一个接口;此外该软件操作简单，与日系软件对接方便，大大减轻了人员上手难度，提高了工作效率;其以平面绘图为主、断立面为辅的制图方式，碰撞检测、单复线转化、排水管自动做坡以及创新性的引入sheet功能等也极大的方便了人员使用，提高了工作效率[3]。

我国：与日本相比，我国机电设备深化设计软件大多以CAD为基础进行的二次开发，或是直接输出模型到navisworks中进行碰撞检测，深化设计的软件繁杂或是需要对文件进行多次转化，易造成模型信息的缺失，对电脑硬件依赖程度高，优化软件本土化差，软件操作复杂人机互动性差，企业前期投入大，不利于行业的进一步发展。此外各软件间演绎性差，阻碍了项目中参与各方亦或是各专业部分间的信息沟通，这与BIM核心理念——协同相违背。

3.2 从制度流程层面

在该项目中：设计方的施工设计和施工方的深化设计在日本结合在一起叫做施工图设计“BIM设计”。与国内由业主引入BIM作为第三方不同，在日本即使施工方拥有自己的BIM团队，施工方也要引入第三方BIM团队。在该项目中，第三方BIM团队中使用相同的BIM软件，以此避免模型转换中信息的缺失（一般以TFAS为主），利用设计图做初步的BIM设计。第三方BIM团队先是将建筑和结构的三维模型搭建好，再依次搭建机电模型。在这个过程中，主要是验证各专业设计的合理性，例如机电和结构是否有冲突等。第三方BIM把优化结果提交给设计做调整，调整后BIM团队再次验证。通过这一过程将设计与BIM深化设计相割离，既能够更好的发现设计中的缺陷并及时处理，也可以满足施工的需要，更好的为后续施工服务，而BIM设计的最后的方案需由设计方盖章确认，至此优化设计后的成果，既贯彻了设计的要求，也满足了施工的需要。将设计和施工完美衔接。BIM方还需要派人持续跟进，为项目上出现的施工问题提供技术支持直到竣工。

我国：BIM团队由设计单位组成或是由业主方委托第三方负责，相对就施工部分了解较少，易造成设计与施工的脱节;此外国内项目的BIM应用往往始于施工阶段而忽略了策划和前期设计阶段，没有正确的发挥出BIM技术的价值。

3.3 从相关规范标准层面

日本：2012年日本建筑师协会发布了设计师视角出发的《JIA BIM导则》，在2014年国土交通省发布了《BIM 导则》，成为日本政府唯一承认的BIM应用规范。随后BIM软件公司根据BIM导则发布了软件的用户操作指南[4]。在日本，BIM被广泛运用到政府项目和大型建筑项目中。日本的大型建筑企业与BIM软件公司合作，研究制定出适应自己企业的BIM应用于建筑项目的方法和规范，并在实际运用项目中得到良好反馈。在本项目中，第三方BIM团队还协助施工方建立了机电部分的相关标准，如模型名称、移交标准、模型精确度等，进一步为其他项目标准建立提供了帮助。

我国：在我国，BIM的普及情况并不乐观。我国在2010年提出了中国建筑信息模型标准框架，2012年我国将编制中国的BIM标准作为国家立项，2016年发布了《建筑信息模型应用统一标准》，该标准为建筑信息模型应用提出了框架性的基本要求，2017年发布了《建筑信息模型施工应用标准》，而更为全面详细完整的标准规范仍在编制中。一些地方城市，如天津发布了《城市轨道交通管线综合BIM设计标准》，用于指导BIM在城市轨道交通的管线综合方面的应用。但目前来看标准的发布对行业BIM应用的影响并不大，我国BIM的标准化仍有很长的路要走。

3.4 从市场竞争层面

日本：总所周知，日本建筑市场的市场集中度很高，日本建筑市场被五家建筑企业把持。而这五家百年企业拥有日本建筑行业乃至世界建筑行业的最高水平。日本其他建筑企业远远落后于五大巨头，市场占有规模不足一半。高度集中的日本建筑市场对BIM技术所能带来的预期收益相对更高，日本建筑业十分重视科技对企业利润的提升程度。近些年日本建筑业企业的研发投入占其营业额的比重越发提高，一些大型企业在建筑业的信息化与相关软件的研究开发中投入巨大。在日本，建筑企业对于科技的进步能够提升其收益是普遍认同的，这无形中也推动了日本建筑业BIM技术的应用与发展，这也是日本建筑企业能够在国际竞争中取得较大优势进而能够脱颖而出的原因。

我国：相对于2009年日本建筑业CR5达到45%，该年度我国前八家建筑企业的产值仅占我国建筑业产值规模的18%（来源：2010 TOP 225 承包商，ENR）。我国建筑市场呈现市场集中度低，市场准入门槛低等特点，而就目前来看，BIM技术在单个项目中的投资回报率不甚明朗，BIM技术前期高昂的人才设备投入相对于开放的中国市场中占了大比重的中小企业而言，预期收益相对较低，这也对我国BIM技术的推广与应用造成了阻碍。

4  启示

针对目前我国BIM技术机电领域研究多集中在应用理论研究，缺少具體实施层面的研究的现状，为了填补相应研究的空白，从软件、制度流程、规范标准、市场竞争对BIM技术的影响四个方面对日本邮政大厦进行了系统的分析，其成功经验对我国BIM技术未来应用有着如下启示：首先BIM技术应尽早进入项目方能充分发挥其价值。一旦项目确定要使用BIM技术，需尽早将BIM技术应用到项目中去;其次，应尽早实现BIM软件的本土化，提高各软件间的演绎性，减少因演绎性差而造成的模型信息缺失，以及由此而造成的项目各参与方间信息沟通困难;此后，深化设计应在满足设计要求的技术上尽可能的符合施工需求;再者，应尽快完成产业整合升级，提高建筑业市场集中度，避免社会资源的重复配置，加大科研投入，进一步提高建筑技术水平，提高行业的国际竞争力。最后，尽快完成我国的BIM标准化建设，在充分理解BIM原理和我国工程建设现状的基础上制定BIM应用的指导性文件并以实践验证的方式指导BIM的应用。

参考文献：

[1]钱惠，吴善浒，王兴坡.BIM在机电安装工程中的应用[J].安装，2011（10）：44-47.

[2]日本邮政总部大厦[J].世界建筑导报，2013，28（01）：62-65.

[3]金戈.浅谈日本机电BIM软件及其应用[J].土木建筑工程信息技术，2012，4（03）：33-44.

[4]辛颖. 日本BIM导则及其应用研究[D].华南理工大学，2018.

[5]Takashi KANETA， Shuzo FURUSAKA， Nisi DENG. Overview and problems of BIM implementation in Japan[J]. Frontiers of Engineering Management， 2017， 4（02）： 146-155.

[6]姜晓龙. BIM技术在机电安装工程中的应用研究[D].吉林建筑大学，2017.

[7]郭顺祥.BIM技术在机电安装工程中的应用[J].施工技术，2017，46（06）：42-45.

[8]陈昕元.基于BIM技术的大型公共建筑机电设计与优化研究[D].西安建筑科技大学，2016.