探究BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

楊 濤

煙臺(tái)大學(xué)基建處

1 引言

隨著國(guó)家和社會(huì)的加速發(fā)展和人民日常生活水平的提高，建設(shè)項(xiàng)目的復(fù)雜性也日益增強(qiáng)。這反映在許多工程建設(shè)項(xiàng)目的子系統(tǒng)中，例如建筑給水排水系統(tǒng)的復(fù)雜化趨勢(shì)明顯，對(duì)設(shè)計(jì)和施工提出了更高的要求。為了促進(jìn)今后建筑給水排水系統(tǒng)的建設(shè)，必須保證每條管道的安裝更加合理經(jīng)濟(jì)。應(yīng)用BIM 技術(shù)對(duì)建筑給水排水管道工程的施工進(jìn)行有效控制是十分必要的。BIM作為一種有效的技術(shù)手段具有很高的應(yīng)用價(jià)值和很強(qiáng)的研究?jī)r(jià)值。

2 建筑給水排水中應(yīng)用BIM技術(shù)存在的問(wèn)題

2.1 信息量大，糾正難度大

BIM基于三維集成圖形的設(shè)計(jì)方法。它包括建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等方面的應(yīng)用過(guò)程，涵蓋了建筑給水排水工程的各種信息數(shù)據(jù)，為用戶提供了越來(lái)越合適的信息與資源供應(yīng)。通過(guò)對(duì)給水排水工程數(shù)據(jù)的不斷整合，對(duì)整合后的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，能為設(shè)計(jì)人員提供更全面的數(shù)據(jù)參數(shù)。在實(shí)際的施工圖設(shè)計(jì)階段中，由于建筑給水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜，設(shè)計(jì)類別小，分支過(guò)大，容易造成各種類型的數(shù)據(jù)參數(shù)，造成數(shù)據(jù)量大的缺陷，這樣會(huì)在設(shè)計(jì)工作中產(chǎn)生一些問(wèn)題。這是設(shè)計(jì)師在這個(gè)階段預(yù)先需要處理的問(wèn)題。

2.2 協(xié)同設(shè)計(jì)的復(fù)雜性使得BIM系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)

BIM協(xié)同設(shè)計(jì)主要包括實(shí)際使用過(guò)程中的工作集成類型與鏈接類型。這兩種類型在現(xiàn)階段仍存在一些問(wèn)題。這些問(wèn)題將導(dǎo)致建筑給水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用停滯。從工作集成的類型來(lái)看，在獲取和釋放BIM權(quán)限的過(guò)程中，存在著一個(gè)相對(duì)零碎和復(fù)雜的過(guò)程，這在系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中非常不利，而且降低了使用效率。BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)還存在一些局限性，這些是一些軟件技術(shù)問(wèn)題，需要相關(guān)從業(yè)技術(shù)人員不斷地對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行糾正和改進(jìn)。為了使建筑給水排水系統(tǒng)在建筑施工中發(fā)揮更重要的作用，有必要不斷開(kāi)發(fā)建筑給水排水系統(tǒng)的應(yīng)用功能，優(yōu)化建筑給水排水系統(tǒng)在實(shí)際設(shè)計(jì)中的不足之處，為建筑給水排水系統(tǒng)的施工提供更完善的技術(shù)途徑。

作為技術(shù)和時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物，BIM 設(shè)計(jì)技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的建筑給水排水設(shè)計(jì)有著明顯的優(yōu)勢(shì)，但也在發(fā)展的階段，還存在許多不足之處需要改進(jìn)。研究表明，在建筑給水排水工程設(shè)計(jì)中，BIM技術(shù)的主要問(wèn)題主要存在于協(xié)同設(shè)計(jì)繁雜，導(dǎo)致修改難度大。協(xié)同設(shè)計(jì)的復(fù)雜性是由于BIM采用的協(xié)同設(shè)計(jì)方案由一個(gè)工作集系統(tǒng)和一個(gè)包含系統(tǒng)的鏈路組成，兩個(gè)系統(tǒng)都存在著不完善的地方。當(dāng)用戶在使用工作集系統(tǒng)的時(shí)候，獲取其中權(quán)限和釋放其中權(quán)限的操作是復(fù)雜的，而帶鏈接系統(tǒng)的應(yīng)用使得綜合調(diào)整管道變得困難。修改的困難是由于包括給水排水系統(tǒng)在內(nèi)的BIM 應(yīng)用系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)信息都非常完善，數(shù)據(jù)查詢夫人技術(shù)與之前相比更加便利，從而加快了數(shù)據(jù)的查詢效率與效果。并且由于BIM系統(tǒng)包含建筑給水排水的所有設(shè)計(jì)的方面，比方說(shuō)施工的預(yù)先計(jì)算、施工期間的進(jìn)度、后期物業(yè)的管理等等，這些在設(shè)計(jì)的角度都有各自的運(yùn)行參數(shù)，需要而且必須進(jìn)行分類，且存在分級(jí)過(guò)大等現(xiàn)象。對(duì)這些數(shù)據(jù)的修改也需要有很大的工作的量。

3 BIM技術(shù)可用于解決建筑給水排水設(shè)計(jì)中的問(wèn)題

結(jié)合目前建筑給水排水管道系統(tǒng)工程的不斷發(fā)展，其自身的施工難度越來(lái)越大，施工過(guò)程中也容易出現(xiàn)明顯的偏差問(wèn)題，致使施工給排水管道無(wú)法發(fā)揮最大的效益。在此基礎(chǔ)上，合理利用BIM技術(shù)在建筑給水排水管道工程中已變成一個(gè)重要的手段。BIM技術(shù)在具體應(yīng)用中的主要特點(diǎn)如下。

3.1 可視化

由于目前建筑給水排水管道工程中的復(fù)雜性日漸明顯，涉及的管道越來(lái)越多，且仍存在明顯的交叉現(xiàn)象，因此對(duì)于建筑給水排水管道設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性有著顯著的影響，很容易形成太多相互矛盾的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用BIM 技術(shù)可以顯示出很強(qiáng)的可視化效果，能明顯地滿足各建筑給排水管道布置要求，并通過(guò)三維可視化模型呈現(xiàn)，可以讓設(shè)計(jì)人員和建筑安裝工都能更清楚地了解整個(gè)建筑給水排水管道工程。

3.2 協(xié)調(diào)性

在建筑給水排水管道工程的施工過(guò)程中，涉及的內(nèi)容要素范圍比較大，對(duì)協(xié)調(diào)提出了很高的要求。應(yīng)該圍繞各個(gè)專業(yè)進(jìn)行綜合分析。在過(guò)去的給水排水管道施工中，經(jīng)常出現(xiàn)明顯的不相容問(wèn)題。它們不僅有很多的沖突，而且往往與土木工程或其他管道發(fā)生沖突。這就增加了設(shè)計(jì)的難度，同時(shí)需要更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)手段的創(chuàng)新，應(yīng)用BIM 技術(shù)可以更好地加強(qiáng)其設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有專業(yè)內(nèi)容的信息輸入和分析與處理，全面提高布局的效果。

3.3 模擬性

BIM 技術(shù)在建筑給水排水管道工程中的應(yīng)用，也能反映出很好的模擬施工的效果，可以在混凝土施工前對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬施工，更好的分析可能存在的安全隱患，使其更適合建設(shè)項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，同時(shí)能結(jié)合建設(shè)項(xiàng)目的各種因素調(diào)整設(shè)計(jì)方案，以達(dá)到優(yōu)化效果。這種模擬優(yōu)勢(shì)不僅體現(xiàn)在全部工程施工的質(zhì)量控制中，而且可以應(yīng)用于工程造價(jià)管理和進(jìn)度控制中，而且效果更加突出。

3.4 參數(shù)化的設(shè)計(jì)

為了更好地協(xié)助設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)和管理建筑項(xiàng)目，BIM 概念軟件組建了Revit系統(tǒng)性程序。依據(jù)一致的數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)始建造模型，Revit將以信息的方式代替二維的圖紙以及模型里包含的全部表格，在調(diào)整Revit 參數(shù)和任意信息的時(shí)候，相應(yīng)的所有內(nèi)容將自動(dòng)調(diào)整，修改狀態(tài)也將自動(dòng)同時(shí)的顯示出來(lái)。如果給水和排水的設(shè)計(jì)當(dāng)中有一些工程數(shù)據(jù)發(fā)生改變，只要在對(duì)應(yīng)條件更改材料表里的工程計(jì)算的量，對(duì)應(yīng)的平面圖示和模型就會(huì)發(fā)生改變，大大縮短了需要工作的時(shí)間。在建筑給水排水的設(shè)計(jì)當(dāng)中，Revit 的數(shù)據(jù)主要體現(xiàn)了展示模型與工作的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合，使工程設(shè)計(jì)更加準(zhǔn)確并且提高效率。

3.5 管道的綜合設(shè)計(jì)

CAD和其他軟件管線都是二維的。通過(guò)人工檢查要用大量的人力成本和時(shí)間成本，才可能進(jìn)行全部工程的管道的修改。然而，受人們主觀的能動(dòng)性地作用，難免會(huì)發(fā)生出現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)候，特別是復(fù)雜地項(xiàng)目，最后制約到項(xiàng)目的順利進(jìn)行。然而，BIM模型的管道設(shè)計(jì)是一個(gè)三維的層次，可以直接地反映管道集成后的距地高度。因此，在做好BIM模型后，可以清晰地看到三維模型中任意管線的確切位置。同時(shí)還可以檢查全部的管道有沒(méi)有重疊的現(xiàn)象，檢測(cè)的功能可用于檢查圖中的管道有沒(méi)有硬的碰撞和軟的碰撞（如圖1）。硬的碰撞是表示物理的重疊；軟的碰撞表示的是檢查和安裝的距離是否夠大。如不滿足，可立即改圖，最終確保全部工程的進(jìn)度。

圖1 BIM管道碰撞處理

3.63 D掃描及設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)將電力、光和計(jì)算機(jī)相聯(lián)合，主要是對(duì)物體的構(gòu)造、立體的形狀和顏色進(jìn)行掃描，準(zhǔn)確獲得物體的外表面的詳細(xì)位置信息。如此可以做到空間測(cè)量，而且準(zhǔn)確度好、效率快。3D掃描設(shè)計(jì)應(yīng)用在建筑給水排水工程的調(diào)整和施工的最后檢查收工階段。與傳統(tǒng)的手工測(cè)量進(jìn)而進(jìn)行定位的方法比，誤差明顯縮小，最終結(jié)果更好，能達(dá)到降低項(xiàng)目工程價(jià)格的效果。

4 BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的詳細(xì)應(yīng)用與方法

4.1 執(zhí)行安裝模擬

建筑給水排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為了給施工隊(duì)的實(shí)際施工做指導(dǎo)，使施工隊(duì)在施工期間更加合理、科學(xué)。但是，在實(shí)際施工當(dāng)中，施工的現(xiàn)場(chǎng)常常伴隨繁雜的施工條件，如給水排水管道安裝混亂，數(shù)量多，周圍吊裝區(qū)域復(fù)雜，各承包商對(duì)施工區(qū)域管理混亂，導(dǎo)致施工進(jìn)度延誤和資源浪費(fèi)。在施工圖的設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用BIM的三維設(shè)計(jì)來(lái)充分演示施工過(guò)程?？上蚴┕と藛T展示不同的演示結(jié)果，根據(jù)演示結(jié)果，可根據(jù)實(shí)際情況編制安裝進(jìn)度表，合理的規(guī)劃施工與安裝進(jìn)度。然后要求施工人員按照安裝進(jìn)度表進(jìn)行施工，可以避免給水排水工程的設(shè)計(jì)變更等相關(guān)問(wèn)題，既減少了資源浪費(fèi)，又提高了工作效率。

4.2 物料表的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)

在以往建筑給水排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，有關(guān)設(shè)計(jì)人員經(jīng)常通過(guò)CAD來(lái)編制給水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。這種編制方法是相對(duì)片面的，沒(méi)有數(shù)據(jù)庫(kù)比較，容易產(chǎn)生計(jì)算誤差，使設(shè)計(jì)工作效率不能有所提高，并且給水排水系統(tǒng)數(shù)據(jù)若編制錯(cuò)誤，相關(guān)設(shè)計(jì)人員不僅要對(duì)現(xiàn)成的圖紙進(jìn)行修改，還得重新編輯整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。這意味著設(shè)計(jì)工作是不可逆的，一旦出現(xiàn)了問(wèn)題就得重新設(shè)計(jì)。為了彌補(bǔ)這一問(wèn)題，目前我國(guó)建筑工程設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)當(dāng)中經(jīng)常采用BIM技術(shù)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。由于BIM軟件本身?yè)碛写罅康臄?shù)據(jù)庫(kù)，相關(guān)人員在給水排水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)編制中有便利的數(shù)據(jù)支撐，使工程資料在清算過(guò)程中更為準(zhǔn)確，從而提高了工程計(jì)算的能力。此外，BIM 技術(shù)在給水排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和預(yù)算中也發(fā)揮著重要作用，可以有效地節(jié)省工程預(yù)算，降低成本。

4.3 清晰的視覺(jué)設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)屬于一種三維圖形模式，不同于之前的CAD 施工圖。過(guò)去的施工圖是利用不同類型的線條代表不同的信息在圖紙上進(jìn)行繪制的，而真正意義的構(gòu)成圖則需要設(shè)計(jì)師在自己的頭腦中進(jìn)行模擬。傳統(tǒng)的作圖方式使設(shè)計(jì)工作存在一定的局限性，并不能有效提高工作效率。但是BIM 技術(shù)提供了一種視覺(jué)概念，允許設(shè)計(jì)師將過(guò)去的線條圖轉(zhuǎn)換成三維模型，并直觀的反應(yīng)到設(shè)計(jì)師的眼睛中，使整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程清晰可見(jiàn)，從而提高了整體構(gòu)建設(shè)計(jì)的效率。

4.4 協(xié)同設(shè)計(jì)的應(yīng)用

過(guò)去的建筑給水排水工程的設(shè)計(jì)工作主要依靠CAD平臺(tái)來(lái)完成，但他一直屬于繪圖的工具，不能表示出工程項(xiàng)目的其他重要信息。因此，在建筑給水排水系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，建筑物的結(jié)構(gòu)荷載和電力負(fù)荷也應(yīng)結(jié)合起來(lái)，負(fù)荷增加了工作的難度。但是，如果在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用BIM模式，則可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中匯總和總結(jié)項(xiàng)目的所有信息，如：供水水泵具體的型號(hào)、尺寸和重量、管線的排布方式及標(biāo)高尺寸等，以便其他專業(yè)人員同樣可以隨時(shí)進(jìn)行檢查和更改。

5 BIM技術(shù)在建筑給水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的詳細(xì)應(yīng)用與方法

5.1 管線的參數(shù)化

采用BIM 技術(shù)開(kāi)始參數(shù)化的設(shè)計(jì)，需要用BIM 模型作為起點(diǎn)和數(shù)據(jù)的源頭建立信息為主體的模型，從最開(kāi)始的規(guī)劃階段一直做到最后的施工圖的設(shè)計(jì)，并利用平面裁剪和角度改變不斷做調(diào)整。具有“流量”和“管徑”的數(shù)據(jù)可用于水力的分析，以最后確定方案。此外，將其和衛(wèi)生設(shè)備聯(lián)合，以構(gòu)成模擬圖紙。模型可用作碰撞檢測(cè)和計(jì)算與運(yùn)轉(zhuǎn)保護(hù)同時(shí)實(shí)現(xiàn)一個(gè)模型作多種用途。

5.2 模擬浴室的安裝和布置

在利用BIM技術(shù)開(kāi)始三維的設(shè)計(jì)時(shí)，與傳統(tǒng)的CAD不同，在繪制設(shè)計(jì)的方案和圖紙時(shí)，越過(guò)線條的界限，用“族”為單位，就像CAD 中的“塊”一樣制作圖紙。浴室設(shè)備必須有連接元件，一般是地板、墻壁等。與浴室設(shè)備有關(guān)的族可以根據(jù)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)建造。它也可以由其他的項(xiàng)目或者一些制造商加載而成。在立體空間里放置衛(wèi)浴設(shè)備。在此條件下，有水槽、便池、地漏等，為了便于布置分析，可以優(yōu)化浴室設(shè)備的設(shè)計(jì)，為戶主提供最好的設(shè)計(jì)。

5.3 連接衛(wèi)生設(shè)備和管路系統(tǒng)

衛(wèi)生設(shè)備和管路系統(tǒng)之間的銜接很重要。實(shí)際操作當(dāng)中，一般要將管件的直徑改變用來(lái)銜接用水器具。在BIM里需要預(yù)先加載具體的不同直徑的管件的族，來(lái)連接不同的器具。衛(wèi)生設(shè)備和管路系統(tǒng)在這里是同一個(gè)系統(tǒng)中的：給水管線和給水龍頭都是給水的系統(tǒng)，地漏和排水管線都是排水的系統(tǒng)。在不調(diào)整相對(duì)的位置的情況下，可以一起移動(dòng)設(shè)置。在繁雜的信息模型里邊，可以直接點(diǎn)擊具有相同信息的不同物件，方便了統(tǒng)計(jì)計(jì)算和文件的自動(dòng)編寫(xiě)，這樣就加快了辦公的效率。

5.4 管路碰撞仿真分析

依據(jù)BIM 技術(shù)便于查看和便于協(xié)同工作的性質(zhì)，建筑給水排水的設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的過(guò)程，從而清晰地展示出管道的距地高度、所有管路的交錯(cuò)點(diǎn)、管路和墻體的碰撞等問(wèn)題。然后輸出碰撞檢查的報(bào)告，可以讓設(shè)計(jì)師方便分析問(wèn)題，進(jìn)行調(diào)整，使給水排水的系統(tǒng)更合理。

5.5 工程量的計(jì)算

利用操作的平臺(tái)和提供的軟件，BIM 能做到對(duì)整個(gè)供水系統(tǒng)的閥門(mén)的量和運(yùn)行參數(shù)、每條管路的距離和材料、排水的系統(tǒng)里地漏的個(gè)數(shù)等設(shè)備的單子和工程的量進(jìn)行計(jì)算。BIM還能執(zhí)行單個(gè)統(tǒng)計(jì)、本地計(jì)算、自定義的計(jì)算選中的范圍，例如一個(gè)樓層的設(shè)備材料列表和裝置的完整項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)。即使是特殊用途部件的計(jì)算，通過(guò)建立邏輯連接，也可以做出全部的的信息列表。

6 結(jié)論和建議

作為目前建筑給水排水圖形設(shè)計(jì)的一種新方法，BIM 技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。為提高建筑給水排水系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，應(yīng)將BIM 技術(shù)應(yīng)用于建筑給水排水系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)中。采用BIM 技術(shù)對(duì)前期給排水進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃，會(huì)使得建筑給水排水的設(shè)計(jì)會(huì)更有效、更完整。在建筑設(shè)計(jì)和管路集成以及成本輸出等全過(guò)程里將有更好的推進(jìn)。三維的模型超過(guò)了二維的圖形所表達(dá)的信息。三維的模型設(shè)計(jì)出來(lái)的項(xiàng)目會(huì)促進(jìn)建筑技術(shù)不斷發(fā)展，相關(guān)專業(yè)的技術(shù)師要不斷優(yōu)化和改進(jìn)BIM技術(shù)，讓先進(jìn)的技術(shù)更加支持和有利于建筑業(yè)的發(fā)展。