基于BIM 技術的三維管線綜合

陳 辰 李慶平

(北京市住宅建筑設計研究院有限公司，北京 100005)

在傳統二維管線綜合中，設計師使用線條表示平面位置，通過數字與字母的標注表示不同的管道系統與標高及管徑。這種表現形式相對簡單，同時二維管綜的效果也很一般。設計師只能在圖紙中調開管線的平面位置，而各種管線與橋架的標高變化與錯綜復雜的交叉只能在腦海中繪制，然后判斷這些管線是否合理，是否存在碰撞。這就使設計師需要留出很大精力放在三維空間的想象上，然后通過語言表達或者簡單的手繪草圖的形式與其他設計師交流自己的想法。隨著工作項目體量的增加、復雜程度的提高，對設計過程中各專業(yè)協調與配合的要求也隨之更高，這就使得機電專業(yè)傳統二維管線綜合已經很難勝任新形勢下的要求。

1 基于BIM技術的三維管線綜合

三維管線綜合是在BIM三維建筑設計的基礎之上對機電專業(yè)的管線與橋架進行走向優(yōu)化、標高調整以及碰撞檢查。引入建筑信息模型的概念，設計師可以通過功能強大的三維設計軟件在計算機中搭建與實際工程1∶1的建筑模型，并且通過各專業(yè)協同功能可以讓不同專業(yè)的設計師更全面的獲取相關專業(yè)的信息，更完整的獲取其他設計師的設計意圖。由于建筑信息模型的使用，可以充分避免傳統二維設計中不同設計師間信息傳遞的缺失與誤解，從而在設計中解決了許多以前只有在工地施工中才能碰到的問題，極大的提高了設計與施工的質量。

北京市住宅建筑設計研究院科研室自成立以來已完成多個BIM項目，同時機電專業(yè)設計師積累了豐富的管線綜合經驗，綜合效果受到了專業(yè)總工及公司領導的廣泛好評。做過的主要項目有:北大公共教學樓項目、上海新江灣居住項目、北京廣華新城617地塊居住項目、北京豐臺區(qū)長辛店生態(tài)城南區(qū)B54地塊商業(yè)綜合體項目、北京回龍觀1818－028地塊居住項目等。BIM服務內容包括:在方案階段通過模型的建立進行綠色性能分析和形態(tài)推敲為設計方案提供合理建議;在施工圖階段通過建立建筑、結構及機電精細模型解決專業(yè)碰撞問題從而優(yōu)化施工圖紙?；贐IM模型提供錯漏碰缺、碰撞檢查報告，三維管線綜合。工程量統計，并提供相應的解決方案。

2 三維管線綜合在長辛店項目中的應用

長辛店項目位于西南五環(huán)外的盧溝橋畔豐臺區(qū)河西生態(tài)發(fā)展區(qū)，地下三層，建筑面積為15 107.88 m2;地上主體分為兩部分，西側地上6層，局部8層，東側主體地上16層，總建筑面積31 820.00 m2。在施工圖設計完成后，科研室BIM團隊對其建模，在短時間內完成了建筑、結構、設備以及電氣四個專業(yè)的模型搭建。

2.1 管綜需求

機電專業(yè)空調、通風、給水、排水、消防、噴灑、強電、弱點、消防橋架等各種系統繁多，并且根據高度還有不同分區(qū)，導致管線布置及其復雜。由于建筑體型的限制，地上兩個單體及地下車庫管線集中于地下一層，使該區(qū)域的管線交叉嚴重。為滿足房間功能劃分，地上辦公區(qū)域的消防給排水管道與商業(yè)的通風管道全部在設備夾層交匯。辦公區(qū)域走廊凈高緊張，通過傳統二維繪圖方式很難排出理想的解決方案。

2.2 管綜過程

2.2.1 地下車庫

三層的地下車庫是本次管線綜合難點中的重點。雖然在繪制施工圖的時候設備與電氣的工程師們已經經過了對圖與檢查，但顯然由于傳統二維繪圖方式的限制，在對圖過程中無法很好的協調各專業(yè)內容并達到滿意的效果。BIM機電工程師按照施工圖紙完成第一輪管線繪制后發(fā)現了大量碰撞(如圖1)，其中不光包括管道間的交叉碰撞以及管線與結構專業(yè)的梁柱間的碰撞，甚至有些不同的管道系統是排列在一起的，這為之后的碰撞檢查帶來了很大的麻煩。

圖1 管線繪制后發(fā)現的管線及管線與結構的碰撞情況

通過在圖中圈出不同類型的碰撞點不難發(fā)現，僅僅一個區(qū)域的節(jié)點中就存在著各種不同程度的碰撞，其中主要包括:

1.給水、中水系統內部干支管交叉;

2.給水、中水、消防管道穿梁;

3.消防干管與給水干管交叉;

4.噴灑干管在管井處垂直穿過電氣橋架;

5.給水干管垂直穿過排風干管;

6.噴灑干管于排風管道重疊;

7.雨水干管與橋架交叉;

8.強電橋架與弱電橋架交叉;

9.強弱電與消防橋架交叉。

針對以上問題我們決定先對模型管線進行全面的修改，優(yōu)化管線走向，在消除系統性碰撞的同時使設備管線排布更加合理。首先確定電氣橋架位置，在滿足設計與施工要求的同時，給設備管線留出足夠空間。然后依據“有壓讓無壓、小管讓大管”的原則，按照各個系統調整設備管道，并注意給電氣專業(yè)留出檢修空間。經過第一輪碰撞修改之后，模型基本達到令人滿意的效果(如圖2)。

完成第一輪管線調整之后，我們將模型導出到Navisworks軟件中做碰撞檢查，以排查在第一次調整中人工很難發(fā)現的碰撞點，最終得到滿足專業(yè)及施工要求的“零碰撞”模型。

2.2.2 地上辦公走廊

看似管線較少的地上辦公區(qū)域同樣遇到棘手的問題，由于走廊狹窄而設備電氣的管線與橋架又集中于此，造成此處的管線排布困難，并且標高過低，不能達到凈高要求，依靠簡單的一字排開或者并列排布已無法滿足實際需求。針對這個問題，我們在三維模型的輔助下與繪制施工圖的工程師反復討論協商，在模型上不斷的修改實驗，終于得到完美的解決方案。

2.3 管綜成果

經過長期精心制作的模型，一定要完美的表現出來才能體現模型的價值，為此我們努力通過多種形式全方面展現模型。

2.3.1 三維軸測圖

軸測圖可以更好的表現管線及橋架的系統劃分與空間位置，甚至通過各個專業(yè)的軸測圖紙能夠讓非專業(yè)人員了解該專業(yè)的設計思路。而綜合軸測圖則充分表現了整棟建筑的機電專業(yè)復雜程度。

2.3.2 CAD 平面圖

為了方便模型成果指導現場施工，我們對模型平面進行深化，使之達到管線綜合的施工圖深度，并導出CAD圖紙打印最終交付施工現場。此項目中，不僅通過調整后的模型對施工圖指導修改，還在施工交底時將各個專業(yè)的管線綜合圖直接交給施工方，使其價值最大化利用。

2.3.3 節(jié)點軸測圖及剖面圖

模型中不乏管線橋架交錯復雜的節(jié)點，光靠傳統的平面圖已無法很好的表達管線走向。這就需要節(jié)點的三維軸測圖輔助平面圖，并利用Revit模型可以隨意切剖的優(yōu)勢，繪制剖面圖與軸測圖一起表達復雜節(jié)點。但在制作剖面圖的過程中發(fā)現，雖然聲稱剖面圖本身很便捷，但將生成的剖面深化為負荷施工圖標準的剖面就需要在標注上花費很長時間，希望revit軟件能在后期更新中解決施工圖深化問題。

2.3.4 節(jié)點三維PDF

對于復雜的節(jié)點，平面化的三維圖紙的表現能力仍稍顯乏力，我們希望能夠直接把三維的節(jié)點模型輸出并交付，而就這需要看圖時需要配備足夠的硬件能力和三維軟件。經過研究，我們制作出了pdf格式的三維模型，只要安裝了PDF看圖軟件的電腦都可以瀏覽模型。這樣使，模型展示更充分、更靈活。

2.3.5 節(jié)點第三人稱視角視圖

對于甲方等非專業(yè)設計人員，可能對平面圖紙并不熟悉，為此我們通過Navisworks或Lumion等軟件進行模型漫游，以第三人稱的視角瀏覽模型，截取視圖或錄制視頻，以更加真實的視角了解項目。

2.3.6 Navisworks碰撞檢查報告與碰撞點前后對比

碰撞檢查報告與碰撞點前后對比圖充分的表現出了三維管線綜合的必要性。

3 三維管線綜合在住宅項目中的應用

作為住宅設計研究院科研室，高品質的住宅項目應作為我們的工作重點及亮點。將三維管線綜合應用于住宅項目必將提高住宅項目的設計質量。

3.1 戶型綜合圖

在傳統二維施工圖設計過程中，為了讓戶內各專業(yè)設備能夠分開布置以其建筑專業(yè)對戶內設備的統一安排，都要集中各專業(yè)相關圖紙內容作出戶內綜合圖。在圖中建筑專業(yè)可以建筑散熱器位置是否美觀，設備與電氣專業(yè)可以檢查電氣插座位置是否與散熱器重疊等。而引入BIM概念，可以借助其優(yōu)勢制作三維戶型綜合圖，不僅可以表示各部件平面位置，高度也可以直觀的表現。不僅如此，戶型綜合的圖紙不需要再單獨繪制，只需要將各專業(yè)內容在同一視圖中打開，就可以直接生成，設計師可以更加專注于專業(yè)內容的調整，而不再為繁雜的圖層圖塊煩惱。

3.2 地下設備夾層管線綜合圖

跟大型公建比起來，看似相對簡單的住宅樓在地下設備夾層中也是匯集了各種專業(yè)的管線與橋架。而在設計中卻經常概念性的設定標高范圍，在施工中仍會遇到許多碰撞的問題。通過三維管線綜合的幫助，解決了碰撞、提高了凈高。我們還利用三維模型輔助排布管井，避免在設計時忽略了管道的最小轉彎半徑導致管道放不下，也可避免管道距離過短無法安裝水表閥門等問題。

4 結語

不同于傳統二維設計，BIM不論是從施工圖設計、出圖還是與工地的配合等對于我們都還處于全新的認識階段，很難有現成的模式供我們參考，設計師只有不斷的創(chuàng)新才能摸索出適合自己的道路。在施工圖的繪制過程中，看似簡單的添加標注都成為了我們極大的阻力，克服困難發(fā)揮設計師的主觀能動性成為我們推進的力量。尋找新思路、新方法，取BIM之精華不斷應用于實際項目中，一定會使建筑設計技術更上一層樓。

[1]楊遠豐，蔡曉寶，三維管線綜合設計實踐與技術探討，建筑技藝.

[2]劉學成，基于BIM技術實現建筑設備管線的協調.

[3]張呂偉，REVIT在脫水機房三維設計中應用初探.土木建筑工程信息技術，2012，4(2):95 －98.