BIM技術(shù)在數(shù)據(jù)中心管線綜合中的應(yīng)用

孫大勝，程森濤，牛建生，胡孝俊（.中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司鄭州分公司，河南鄭州 450007；.鄭州眾惠通信技術(shù)有限公司，河南鄭州 450007）

0 前言

近些年，建筑行業(yè)的新技術(shù)層出不窮，項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)形式也越來(lái)越呈現(xiàn)多樣性、復(fù)雜性，因此對(duì)于項(xiàng)目的管線綜合提出了更高的要求。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的管線綜合只能在二維圖紙中進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計(jì)師無(wú)法全面直觀地考慮問(wèn)題，導(dǎo)致了管線綜合出現(xiàn)了以下幾項(xiàng)缺陷。

a）管線碰撞主要依靠設(shè)計(jì)人員進(jìn)行人工查找，效率低下。同時(shí)管線在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的項(xiàng)目中，需要設(shè)計(jì)師在平面中對(duì)梁高度與管高度進(jìn)行計(jì)算，過(guò)于繁瑣。

b）傳統(tǒng)管線綜合調(diào)整多為局部調(diào)整，對(duì)整體管線位置無(wú)法進(jìn)行整體把控。

c）傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中管線綜合二維平面專業(yè)較多，不夠直觀。

目前，數(shù)據(jù)中心工程的建設(shè)越來(lái)越多。由于數(shù)據(jù)中心設(shè)備管線布置系統(tǒng)繁瑣、設(shè)備造價(jià)高、涉及專業(yè)參與方多等問(wèn)題，造成施工返工或者浪費(fèi)，甚至設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致存在安全隱患。對(duì)于管線復(fù)雜的數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目，利用BIM 進(jìn)行管線綜合已經(jīng)成為必不可少的重要技術(shù)。BIM 技術(shù)在數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目中的應(yīng)用，從三維立體化角度進(jìn)行管線綜合，方便設(shè)計(jì)師進(jìn)行直觀的校對(duì)檢查。同時(shí)BIM軟件自帶的碰撞檢測(cè)也極大地提高了管線綜合的效率，保證了設(shè)計(jì)的質(zhì)量。BIM 設(shè)計(jì)提供了三維建模、數(shù)據(jù)添加、虛擬施工、碰撞檢測(cè)、三維設(shè)計(jì)協(xié)同等，能夠使各專業(yè)設(shè)計(jì)師參與協(xié)同管理，動(dòng)態(tài)控制，從而使效率提升。設(shè)計(jì)階段在BIM 軟件中錄入的相關(guān)數(shù)據(jù)，為后續(xù)的施工階段和運(yùn)維階段都提供了重要的參考。由上述內(nèi)容可以看出，BIM 技術(shù)的發(fā)展為數(shù)據(jù)中心管線綜合提供了優(yōu)秀的解決方案。

1 BIM碰撞檢測(cè)原理與分類

BIM 技術(shù)中的碰撞檢測(cè)實(shí)際上是一種計(jì)算機(jī)軟件的算法，通過(guò)三維場(chǎng)景模型的搭建和相關(guān)構(gòu)件的三維尺寸，基于回避三角形分割的二叉空間分割算法，對(duì)建筑構(gòu)件的相關(guān)位置進(jìn)行碰撞檢測(cè)。該算法可以快速有效地進(jìn)行碰撞檢測(cè)。

對(duì)于數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，BIM 技術(shù)的出現(xiàn)在很大程度上能夠解決實(shí)際工程中的返工問(wèn)題和工程變更問(wèn)題。碰撞問(wèn)題分為2 類，一類是工程中構(gòu)件實(shí)體發(fā)生相交定義為硬碰撞；另一類是工程中的實(shí)體構(gòu)件處于安全，施工便利等因素，構(gòu)件之間設(shè)定最小公差，小于最小公差時(shí)定義為軟碰撞，也可以稱為間隙碰撞。硬碰撞主要出現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段，對(duì)于結(jié)構(gòu)梁，空調(diào)管道和給排水管道之間經(jīng)常會(huì)由于空間高度發(fā)生碰撞。軟碰撞主要是在施工階段，為保證施工便捷程度，需要預(yù)留出空間進(jìn)行安裝以及后期的檢修。這些都是需要提前設(shè)置好最小的空間距離。這類問(wèn)題在數(shù)據(jù)中心中出現(xiàn)頻率很高，詳細(xì)的分類可以幫助設(shè)計(jì)師快速地判斷并進(jìn)行調(diào)整。

2 BIM技術(shù)模型碰撞調(diào)整的方法與原則

在傳統(tǒng)二維管線綜合中，管線碰撞調(diào)整遵守一定的調(diào)整原則。而在BIM管線碰撞調(diào)整中也遵守一定的原則，這些調(diào)整的原則決定了設(shè)計(jì)的合理性與合規(guī)性。在數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中，這一類設(shè)計(jì)原則更是不可或缺。碰撞調(diào)整大致按照以下方法與原則進(jìn)行。

a）從設(shè)計(jì)角度進(jìn)行管線的排布，對(duì)機(jī)電專業(yè)的風(fēng)管、水管、橋架等構(gòu)件在BIM 軟件中進(jìn)行合理的安放。在管線碰撞位置，按照固定的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行管線的避讓，例如壓力管避讓重力管，重力管預(yù)留排水坡度等。這些管線綜合的原則，需要專業(yè)的設(shè)計(jì)人員從各個(gè)方面進(jìn)行考慮。

b）管線碰撞調(diào)整順序。由于管線調(diào)整由整個(gè)機(jī)電專業(yè)參與，涉及多個(gè)專業(yè)的設(shè)備管線，因此需要對(duì)管線調(diào)整的順序進(jìn)行合理的安排，基本順序?yàn)闊o(wú)壓管-風(fēng)管-橋架-余下壓力管，需要考慮各個(gè)細(xì)節(jié)的內(nèi)容保證排布內(nèi)容合理。

c）管線調(diào)整的方法步驟。對(duì)于機(jī)電的調(diào)整步驟是整個(gè)碰撞調(diào)整的指導(dǎo)性步驟，各專業(yè)在前期建模過(guò)程中的模型搭建，模型鏈接方法都會(huì)在這一部分進(jìn)行說(shuō)明，在管線標(biāo)高排布上按照建筑物的功能區(qū)分管道的優(yōu)先原則，水平排布上按照管道之間的規(guī)范間距和檢修空間放置管線。這些方法步驟都對(duì)管線綜合起到了至關(guān)重要的作用。

3 BIM技術(shù)模型碰撞檢測(cè)工具的對(duì)比

隨著B(niǎo)IM 技術(shù)的發(fā)展，很多軟件廠商也推出了自己的管線碰撞調(diào)整工具。這些工具能夠在自己的程序下進(jìn)行三維實(shí)體碰撞，能夠更加直觀地告訴工程設(shè)計(jì)人員出現(xiàn)碰撞的位置和碰撞的原因，這里簡(jiǎn)述幾種碰撞檢測(cè)的方法（見(jiàn)表1）。

表1 碰撞檢測(cè)方法對(duì)比

表1所述方法各有利弊，可以針對(duì)各個(gè)階段、各種情況進(jìn)行碰撞檢測(cè)方法的選擇。Revit 自帶的碰撞檢測(cè)功能可以用于模型的大范圍檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)模型質(zhì)量進(jìn)行快速的瀏覽。對(duì)于小體量項(xiàng)目也可以根據(jù)檢測(cè)結(jié)果直接進(jìn)行管線調(diào)整，方便快捷。Dynamo的使用需要相關(guān)的代碼程序，雖然前期準(zhǔn)備工作量較大，但后續(xù)定制化的開(kāi)發(fā)可以更符合實(shí)際的情況。綜上所述，方法的選擇還是得根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目情況需求來(lái)確定。

4 BIM技術(shù)在實(shí)際項(xiàng)目中的碰撞應(yīng)用

上海浦江某數(shù)據(jù)中心位于上海市漕河涇經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)，總建筑面積為20 230.15 m2，建筑高度為24 m，其中1 層層高為5.4 m，2～4 層層高為4.2 m，5 層層高為4.1 m，標(biāo)準(zhǔn)層凈高僅為3.4 m 左右。作為數(shù)據(jù)中心改建項(xiàng)目，建筑高度非常有限，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手段和工具很難在有效的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大量機(jī)電設(shè)備和管線等合理排布。在建筑層高嚴(yán)重不足的情況下，引入BIM 技術(shù)的設(shè)計(jì)手段，實(shí)現(xiàn)空間最大化的合理應(yīng)用。

上海浦江某數(shù)據(jù)中心改造項(xiàng)目中BIM技術(shù)主要是用在解決管線復(fù)雜，碰撞較多的情況，該項(xiàng)目的空間高度對(duì)于改造來(lái)說(shuō)，需要準(zhǔn)確地進(jìn)行管線排布，保證最低凈高要求。傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致管線的疊加碰撞情況比較嚴(yán)重。例如數(shù)據(jù)中心中的空調(diào)冷凝水管道和冷卻水管道直徑都超過(guò)500 mm，對(duì)于翻彎處理比較困難，因此在解決此類碰撞的時(shí)候要注意保證項(xiàng)目的實(shí)際可行性和凈高要求。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期就開(kāi)始采用BIM 技術(shù)，在二維設(shè)計(jì)的同時(shí)，BIM 設(shè)計(jì)也同步進(jìn)行，項(xiàng)目采用Revit 平臺(tái)進(jìn)行模型搭建，采用鏈接形式，分專業(yè)進(jìn)行建模。按照二維圖紙進(jìn)行建模的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)很多專業(yè)內(nèi)或者專業(yè)間的碰撞。這些碰撞產(chǎn)生的原因主要有如下幾點(diǎn)。

a）二維圖紙對(duì)于管徑考慮不夠周到：二維圖紙中管徑的表達(dá)僅為二維標(biāo)注，在平面上對(duì)于管線的表達(dá)過(guò)于簡(jiǎn)單，僅有管中心線。對(duì)于管件的表達(dá)也僅在說(shuō)明中進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述。在實(shí)際施工過(guò)程中，翻彎偏移等操作也需要管件進(jìn)行連接，由于連接距離在二維圖紙上也沒(méi)有進(jìn)行考慮，因此導(dǎo)致的碰撞主要有2類，一類是管徑未考慮清楚導(dǎo)致的管道碰撞；另一類是管件安裝導(dǎo)致管道的位置進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致管道碰撞。

b）二維圖紙節(jié)點(diǎn)部位表達(dá)不清：在重要的節(jié)點(diǎn)部位，如水泵房出管位置，走廊交叉點(diǎn)，這些位置的交叉情況會(huì)導(dǎo)致碰撞經(jīng)常發(fā)生。這些地方也是碰撞調(diào)整的難點(diǎn)，對(duì)機(jī)電調(diào)整人員有很高的要求，同時(shí)調(diào)整完成的合規(guī)性、合理性、最優(yōu)性也需要進(jìn)行再次驗(yàn)證。此類碰撞是BIM中最常見(jiàn)也是最主要的碰撞。

c）模型空間管道排布不合理：二維設(shè)計(jì)過(guò)程中，各個(gè)專業(yè)間的溝通不順暢。對(duì)于數(shù)據(jù)中心管線復(fù)雜的情況，每個(gè)管道的空間關(guān)系十分局促，導(dǎo)致管道的排布位置會(huì)有重疊，從而出現(xiàn)管線碰撞或者結(jié)構(gòu)專業(yè)與管道碰撞的情況。管線位置、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)位置需要著重處理，考慮管線的走向排布，盡可能使用有效高度進(jìn)行管線避讓。

5 BIM 模型碰撞調(diào)整的成果輸出

模型的碰撞問(wèn)題完全解決之后，管線位置變化比較少，如局部有變化，對(duì)于這一部分內(nèi)容的輸出，一般采用問(wèn)題報(bào)告的形式，二維設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)問(wèn)題報(bào)告快速地定位問(wèn)題并修改二維設(shè)計(jì)圖紙。對(duì)于管線位置變化比較多的情況，一般會(huì)采用BIM 軟件出平面管線定位圖紙，二維設(shè)計(jì)人員按照BIM 出圖內(nèi)容進(jìn)行二次設(shè)計(jì)，加入設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)，完成整個(gè)機(jī)電設(shè)計(jì)。

6 結(jié)束語(yǔ)

BIM 技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越被大家所認(rèn)可，本文中碰撞檢測(cè)只是BIM 技術(shù)中的一小部分，但所產(chǎn)生的價(jià)值卻能夠?yàn)楣こ添?xiàng)目節(jié)省很多的成本。隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑工程的整個(gè)生命周期在未來(lái)將與BIM 技術(shù)緊密結(jié)合，將成為建筑工程發(fā)展的趨勢(shì)。由于現(xiàn)階段的技術(shù)發(fā)展限制，BIM 技術(shù)僅僅是工程技術(shù)走向信息化的一個(gè)開(kāi)始，未來(lái)建筑信息化的理念能夠在工程建設(shè)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。對(duì)于數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，BIM 設(shè)計(jì)已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。BIM 技術(shù)為數(shù)據(jù)中心提供了大量可供深加工和再利用的數(shù)據(jù)信息，據(jù)中心的設(shè)計(jì)更是離不開(kāi)BIM 技術(shù)的加持，從三維的角度進(jìn)行數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)，突破了二維圖紙表達(dá)不夠充分的先天性缺陷，同時(shí)BIM 技術(shù)的信息化建模與設(shè)計(jì)也為后續(xù)運(yùn)維提供了大量可供參考的數(shù)據(jù)。綜上所述，BIM 技術(shù)的出現(xiàn)為建筑行業(yè)信息化轉(zhuǎn)型提供了新的角度和方法。隨著B(niǎo)IM 技術(shù)的發(fā)展，建筑行業(yè)將迎來(lái)新的變革。