某办公楼电气与智能化BIM设计-电气系统开题报告

1．研究的背景、目的及意义

1.1研究背景

BIM建筑信息模型的建立，是建筑领域的一次革命。BIM的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含了非构件对象(如空间、运动行为)的状态信息。借助这个包含建筑工程信息的三维模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，从而为建筑工程项目的相关利益方提供了一个工程信息交换和共享的平台。

建立以BIM应用为载体的项目管理信息化，提升项目生产效率、提高建筑质量、缩短工期、降低建造成本。具体体现在：（1）三维渲染，宣传展示三维渲染动画，给人以真实感和直接的视觉冲击。建好的BIM模型可以作为二次渲染开发的模型基础，大大提高了三维渲染效果的精度与效率，给业主更为直观的宣传介绍，提升中标几率。（2）快速算量，精度提升BIM数据库的创建，通过建立5D关联数据库，可以准确快速计算工程量，提升施工预算的精度与效率。由于BIM数据库的数据粒度达到构件级，可以快速提供支撑项目各条线管理所需的数据信息，有效提升施工管理效率。BIM技术能自动计算工程实物量，这个属于较传统的算量软件的功能，在国内此项应用案例非常多。（3）精确计划，减少浪费施工企业精细化管理很难实现的根本原因在于海量的工程数据，无法快速准确获取以支持资源计划，致使经验主义盛行。而BIM的出现可以让相关管理条线快速准确地获得工程基础数据，为施工企业制定精确人材计划提供有效支撑，大大减少了资源、物流和仓储环节的浪费，为实现限额领料、消耗控制提供技术支撑。（4）多算对比，有效管控管理的支撑是数据，项目管理的基础就是工程基础数据的管理，及时、准确地获取相关工程数据就是项目管理的核心竞争力。BIM数据库可以实现任一时点上工程基础信息的快速获取，通过合同、计划与实际施工的消耗量、分项单价、分项合价等数据的多算对比，可以有效了解项目运营是盈是亏，消耗量有无超标，进货分包单价有无失控等等问题，实现对项目成本风险的有效管控。（5）虚拟施工，有效协同三维可视化功能再加上时间维度，可以进行虚拟施工。随时随地直观快速地将施工计划与实际进展进行对比，同时进行有效协同，施工方、监理方、甚至非工程行业出身的业主领导都对工程项目的各种问题和情况了如指掌。这样通过BIM技术结合施工方案、施工模拟和现场视频监测，大大减少建筑质量问题、安全问题，减少返工和整改。（6）碰撞检查，减少返工。BIM最直观的特点在于三维可视化，利用BIM的三维技术在前期可以进行碰撞检查，优化工程设计，减少在建筑施工阶段可能存在的错误损失和返工的可

能性，而且优化净空，优化管线排布方案。最后施工人员可以利用碰撞优化后的三维管线方案，进行施工交底、施工模拟，提高施工质量，同时也提高了与业主沟通的能力。（7）冲突调用，决策支持BIM数据库中的数据具有可计量(computable)的特点，大量工程相关的信息可以为工程提供数据后台的巨大支撑。BIM中的项目基础数据可以在各管理部门进行协同和共享，工程量信息可以根据时空维度、构件类型等进行汇总、拆分、对比分析等，保证工程基础数据及时、准确地提供，为决策者制订工程造价项目群管理、进度款管理等方面的决策提供依据。

BIM有如下特点：（1）可视化。BIM提供了可视化的思路，让人们将以往的线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示在人们的面前；现在建筑业也有设计方面的效果图．但是这种效果图不含有除构件的大小、位置和颜色以外的其他信息，缺少不同构件之间的互动性和反馈性。而BIM提到的可视化是一种能够同构件之间形成互动性和反馈性的可视化，由于整个过程都是可视化的，可视化的结果不仅可以用效果图展示及报表生成，更重要的是，项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。（2）协调性。协调是建筑业中的重点内容，不管是施工单位，还是业主及设计单位，都在做着协调及相配合的工作。一旦项目的实施过程中遇到了问题，就要将各有关人士组织起来开协调会，找各个施工问题发生的原因及解决办法．然后作出变更，做出相应补救措施等来解决问题。在设计时，往往由于各专业设计师之间的沟通不到位，出现各种专业之间的碰撞问题。（3）模拟性。模拟性并不是只能模拟设计出的建筑物模型．还可以模拟不能够在真实世界中进行操作的事物。在设计阶段，BIM可以对设计上需要进行模拟的一些东西进行模拟实验．例如：节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟等；在招投标和施工阶段可以进行4D模拟(三维模型加项目的发展时间)。也就是根据施工的组织设计模拟实际施工，从而确定合理的施工方案来指导施工。同时还可以进行5D模拟(基于4D模型加造价控制)，从而实现成本控制。当然，BIM的协调作用也并不是只能解决各专业间的碰撞问题，它还可以解决例如电梯井布置与其他设计布置及净空要求的协调、防火分区与其他设计布置的协调、地下排水布置与其他设计布置的协调等。（4）优化性。事实上整个设计、施工、运营的过程就是一个不断优化的过程．当然优化和BIM也不存在实质性的必然联系，但在BIM的基础上可以做更好的优化。优化受三种因素的制约：信息、复杂程度和时间。没有准确的信息，做不出合理的优化结果，BIM模型提供了建筑物的实际存在的信息，包括几何信息、物理信息、规则信息，还提供了建筑物变化以后的实际存在信息。

1.2研究目的

目前BIM的运用大多仅限于项目建设初期即工程设计阶段，与BIM所倡导的全寿命周期综合应用的理念还有很大差距，离真正的普及和推广还相差甚远。本论文的研究目的是：结合装配式设计，对某办公楼进行电气设计，并与暖通、结构、给排水、建筑等其他专业联合设计。模拟在实际工程中，各个专业的协同，并不断做碰撞检测，有问题及时沟通，比如穿孔问题需要与结构的同学商量，再比如共用竖井的问题，需要和给排水和暖通的同学商量。发掘BIM对工程管理的作用，找出目前国内 BIM 在工程项目管理应用中存在的问题和障碍因素，制定相关的解决办法和对策，实现基于 BIM 的工程项目管理的普及和推广，真正实现工程管理乃至整个建筑业的信息化和数字化变革。

1.3 研究意义

从工程项目全生命周期管理理论划分中可以看出，工程项目是一个从项目决策设计、到项目施工、再到项目运营维护的循序渐进的过程，每一个阶段都按照工程建设规律有序开展。同时每个阶段的工作又需要其他阶段的相关部门，相关专业的协调与配合。每个阶段工作的完成，都是下个阶段工作的开始。前面形成的信息就是下一步工作的基础，所以每个阶段都需要统一的信息采集标准和统一的信息发布渠道，以确保整个项目生命周期中工程信息的准确传递，并确保信息的完整与统一。对于广联达大厦建筑设计各参与方来讲，项目的存在状态处在不断变化的过程中，在工程项目建设的不同阶段对工程信息的要求也是不同的，如何保证不同阶段项目管理工作对工程信息的需求，是工程项目管理过程中遇到的首要问题。如电气设计需要与结构专业讨论穿孔，会不会影响到整体的结构受力不均，或者电井与水暖井的共用问题，该办公楼共有四层，层与层之间大体类似，需要布置强电线路如照明，插座，还有弱电如广播，光纤网络等，涉及穿孔需要和结构专业及时沟通。传统的基于 2DCAD 技术的管理信息传递经常出现信息的失真和错误，导致项目管理工作难以实现高效率和管理的精细化，这是传统工程项目管理实施过程中的一个困境和难题。BIM 的出现和发展正在改变这种局面，国内外 BIM 的发展实践证明基于 BIM 模型的工程项目管理，通过相关 BIM 软件及其信息平台实现信息的实时交流，完成信息的共享与集成，并保持了信息传递过程中的完整性和准确性，能够实现工程项目建设不同阶段的信息共享和交流，减少信息传递过程中的失真和错误，使工程项目建设更加高效和流畅，并能实现工程管理的精细化，为工程项目管理的信息化打下了坚实的基础。

2．主要研究内容和预期目标

2.1 主要研究内容：根据该建筑的使用功能、建筑物级别进行建筑电气设计，主要内容有建筑照明、动力、10kV降压变电所、防雷与接地等系统。具体包括以下内容：

（1）10kV/0.4kV降压变电所

降压变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。为保证电能的质量以及设备的安全，在变电所中还需进行电压调整、控制以及输配电线路和主要电工设备的保护。本项目中拟定供配电方案，确定建筑物的计算负荷；选择变压器、一次设备及主要二次设备；确定变电所的主接线方式。

（2）照明系统

电气照明设计包括光源选择、照度计算、灯具造型、灯具布置、安装方式、线路截面、敷设方法和设备材料表等。对本项目进行电力负荷计算，电气配电箱要做到布局合理，选型正确，使用方便，且满足用电要求。

（3）动力系统

本项目主要的动力设备有4个，分别是排烟风机、送风机、潜水泵和机房层电梯电动机，需按照负荷性质、负荷等级的不同确定低压动力系统方案，并进行电力负荷计算并选择开关、线缆等，确定干线的敷设方式。

（4）防雷接地系统

拟定防雷接地系统方案，确定建筑物的防雷等级和等电位连接系统设计方案。

2.2 预期目标：运用相关理论知识及建筑电气设计相关标准及规范等，结合实际的建筑电气设计图纸，合理的确定系统方案，完成工程图纸设计，撰写设计论文。

（1）符合《建筑照明设计标准》要求，按照度标准值来设计，创造一个良好的采光环境，并使设计达到节能效果，设计出图为照明电气设计的系统图及平面图。预计出图：6张照明平面图、4张插座平面图和5~8张照明系统图。

（2）根据设备的负荷等级及性质完成动力系统的设计，确定合适的电力线路，为风机和电梯提供动力，力求设计方案安全可靠、经济合理。预计出图：2张动力平面图和1张动力系统图。

（3）变电所设计以提高供电的安全性及可靠性为首要原则，考虑供电电源的选择，并强化应急用电措施。确定主接线方式、选择变压器，进行短路电流计算，一次设备和主要二次设备的选择和确定。预计出图：2张高低压供电系统图和1张变电所平面布置图。

（4）为防止因雷击而造成损害和静电产生危害，设计有效合理的防雷接地系统。预计出图：1张底层接地平面图和1张屋顶防雷平面图。

3．拟采用的研究方法、步骤

认真研读任务书的要求，针对所做课题的需要，对相关资料、例图进行收集和分类，熟悉建筑电气设计规范，根据本建筑设计要求和国家相关设计规范和法规以及所学建筑供配电、智能楼宇技术知识，确定设计方案，进行电气设计，用AutoCAD2017以及AutoRevit 2017软件绘制各系统平面图及系统图，并且以CAD图纸为底图进行三维建模，疑难部分通过查阅资料，多向指导老师请教、和同学讨论解决。

具体分为以下步骤：

（1）学习国家现行有关规范、法律法规、标准。收集并整理资料，熟悉建筑电气设计步骤。

（2）对原始建筑图纸进行处理。

（3）按各个的功能要求进行照明设计，包括：灯具选型、照度计算、灯具布置。

（4）照明供电线路设计、导线选型以及电气配线箱的选择及布置等。

（5）绘制应急照明及电气照明的平面图、系统图。

（6）计算动力系统的电力负荷，选择开关、线缆，确定干线的敷设方式。

（7）绘制电力系统图、低压电力系统图及动力平面图等。

（8）设计地下一层接地方案并绘制平面图。

（9）设计屋顶防雷方案并绘制平面图。

（10）与小组同学配合，了解火灾自动报警系统等设计方案。

（11）确定供配电方案和其计算负荷。

（12）选择变压器、一次设备及主要二次设备。确定变电所主接线方式，绘制高低压系统图及平面布置图。

（13）CAD底图绘制完毕后，与其他专业同学协同配合，考虑穿孔，布线问题，并进行碰撞检测，及时解决设计中出现的问题。

（14）检查并审核CAD图纸，修改遗漏问题。

（15）系统研究BIM模型设计，整理二维图纸。

（16）对BIM模型进行创建并架构于已给的BIM三维模型中。

（17）检查并审核BIM模型，修改遗漏问题。

（18）撰写、完善毕业设计论文，准备毕业答辩。

4．主要参考文献

[1] 刘介才. 工厂供电[M]. 北京:机械工业出版社, 2008.

[2] 刘介才. 工厂供电设计指导[M]. 北京:机械工业出版社, 2008.

[3] 翁双安. 供配电工程设计指导[M]. 北京:机械工业出版社, 2008.

[4] JGJ 16-2008, 民用建筑电气设计规范[S].

[5] GB 50034-2004, 建筑照明设计标准[S].

[6] GB50054-95, 低压配电设计规范[S].

[7] GB50052-95, 供配电系统设计规范[S].

[8] GB50045-95, 高层民用建筑设计防火规范[S].

[9] GB50116-98, 火灾自动报警系统设计规范[S].

[10] GB50311-2007, 综合布线系统工程设计规范[S].

[11] 吕光大. 建筑电气安装工程图集(1、2、3册)(第二版)[M].北京:中国电力出版社,

[12] 戴瑜兴, 黄铁兵, 梁志超. 民用建筑电气设计手册(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[13]郭建林.建筑电气设计计算手册(第1分册):供配电系统[M].北京:中国电力出版社,2011.

[14] 郭建林.建筑电气设计计算手册(第4分册):动力系统[M].北京:中国电力出版社,2011.

[15] 王佳. 建筑电气CAD(第2版)[M].北京:中国电力出版社, 2008.

[16] 黄克胜.浅谈办公楼照明系统设计—以某高层办公楼为例[J].企业家天地, 2010(09):179-180.

[17] 张星.探讨某办公楼电气设计的几个方面[J]. 云南冶金, 2011(04):73-76.

[18] 王超, 严敏. 降压变电所电气设计[J].上海船舶运输科学研究所学报, 2010(01):38-44.

[19] 杨新平. 10kV变电所电气设备的选择与校验[J]. 电力与能源,2011(9):724-725.

[20] 高彤莘. 某办公楼综合布线系统设计综述[J]. 科技咨询,2009(03):72-74.

[21] 清华大学BIM课题组，互联立方（isBIM）公司课题组. 设计企业BIM实施标准指南[M]，北京：中国建筑工业出版社，2017.8.

5．具体进度安排（包括序号、起迄日期、工作内容）

第3周（3.11—3.15）： 英文资料翻译，研读设计任务书，明确设计任务。

第4周（3.18—3.22）： 熟悉相关规范，收集、研究与课题有关的资料。

第5周（3.25—3.29）： 熟悉及处理建筑设计图纸，确定设计方案，撰写开题报告，完成开题工作。

第6周（4.1—4.5）： 照明系统中的光照设计、电气设计及平面图绘制。

第7周（4.8—4.12）： 计算动力系统的电力负荷，选择线缆，开关，确定干线敷设方式，设计绘制电力系统图、低压电力系统图。

第8周（4.15—4.19）： 设计绘制动力系统的动力平面图。并以CAD图纸为底图，进行三维建模。在AutoRevit中设置导线，导管等。

第9周（4.22—4.26）： 确定变电所供配电方案及其计算负荷，选择变压器、一次设备及主要二次设备。

第10周（4.29—5.3）： 与其他相关专业协商，进行碰撞检测，找出碰撞点，协商解决，找出最佳方案。

第11周（5.6—5.10）： 完成地下一层变电所、高低压供配电设计绘制。

第12周（5.13—5.17）： 完成防雷接地系统的设计及绘制。

第13周（5.20 —5.24）：方案及图纸的整理、修改，打印图纸。

第14周（5.27—5.31）： 收集毕业论文资料，撰写毕业论文。

第15周（6.3—6.7）： 提交论文，准备毕业答辩。