BIM在建筑工程給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

李超

對(duì)于傳統(tǒng)的建筑給排水設(shè)計(jì)模式而言，設(shè)計(jì)階段并沒(méi)有建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，因此一旦發(fā)生數(shù)據(jù)變更，則可能造成難以控制的資源浪費(fèi)。同時(shí)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式存在效率低下、效果不理想的弊端。在建筑給排水設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)，可以很好地解決上述難題，顯著提升設(shè)計(jì)的可靠性[1]。因此，對(duì)建筑給排水設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀及實(shí)例進(jìn)行分析研究，成為重要的現(xiàn)實(shí)課題。

1.建筑給排水設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用

BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用過(guò)程，就是首先將設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求及數(shù)據(jù)輸入設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，并生成完整的3D立體模型，且該模型數(shù)據(jù)可以為所有建筑項(xiàng)目相關(guān)部門(mén)所共享，一方面合力完成設(shè)計(jì)與建設(shè)，另一方面隨時(shí)知悉工程進(jìn)度[2]。具體而言，BIM技術(shù)一般在以下幾個(gè)方面有所體現(xiàn)。

1.1 可視化設(shè)計(jì)

在對(duì)建筑進(jìn)行給排水設(shè)計(jì)時(shí)，首先要完成對(duì)其平面圖和立體圖的檢查，但按照傳統(tǒng)的檢查模式，很容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確和信息割裂的問(wèn)題，最終影響設(shè)計(jì)方案的合理性。而B(niǎo)IM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就在于建筑的所有真實(shí)設(shè)計(jì)信息全部可視化，最大限度避免數(shù)據(jù)和信息失真都是問(wèn)題，能夠作為建筑給排水設(shè)計(jì)最為準(zhǔn)確的依據(jù)。設(shè)計(jì)者可以根據(jù)建筑BIM建模，對(duì)其給排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，并提高設(shè)計(jì)成功率。同時(shí)基于BIM技術(shù)的可視化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式相比也更為便捷高效，因此在建筑給排水設(shè)計(jì)實(shí)踐中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1.2 協(xié)同設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的建筑給排水設(shè)計(jì)模式中，設(shè)計(jì)過(guò)程基本只能由一人主導(dǎo)完成。而B(niǎo)IM技術(shù)可以讓多人加入?yún)f(xié)同設(shè)計(jì)，從而提高設(shè)計(jì)效率與設(shè)計(jì)合理性。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)基于BIM技術(shù)和CAD平臺(tái)的支持，可以共同完成建筑模型分析和圖紙繪制工作，并且能夠更加充分細(xì)致地考慮到對(duì)結(jié)構(gòu)載荷、用電載荷的相關(guān)處理問(wèn)題，最終提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)水平。BIM技術(shù)可以模擬多個(gè)設(shè)計(jì)方案的水泵實(shí)際用電量，因此設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)就可以根據(jù)方案對(duì)比結(jié)果做出選擇和調(diào)整，令給排水設(shè)計(jì)方案更為專業(yè)化。而傳統(tǒng)的建筑給排水設(shè)計(jì)模式中其設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)于設(shè)計(jì)者的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)要求過(guò)高，也幾乎不可能實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)化設(shè)計(jì)。在應(yīng)用BIM技術(shù)作為建筑給排水設(shè)計(jì)的支撐之后，能夠切實(shí)提高設(shè)計(jì)的聯(lián)動(dòng)性與有效性，讓各類設(shè)計(jì)難題能夠得到合力解決，各個(gè)設(shè)計(jì)漏洞能夠被及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和完善，最終達(dá)到切實(shí)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的目標(biāo)[3]。

1.3 參數(shù)化設(shè)計(jì)

在進(jìn)行建筑給排水設(shè)計(jì)時(shí)，可以以BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)作為支撐，并使用EXCEL的公式編輯和計(jì)算功能從而對(duì)各項(xiàng)水力數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，讓設(shè)計(jì)工作更為精準(zhǔn)。同時(shí)由于在真實(shí)設(shè)計(jì)過(guò)程中，各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)信息需要多次改動(dòng)，而如果在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式下，改動(dòng)設(shè)計(jì)方案中的參數(shù)是非常麻煩的過(guò)程。但在使用BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行建筑給排水設(shè)計(jì)時(shí)，參數(shù)的調(diào)整變得前所未有地快捷。

1.4 應(yīng)用管線綜合

在建筑給排水設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)管道凈空高度進(jìn)行精準(zhǔn)描述對(duì)于設(shè)計(jì)最終的精確度是極為重要的。而這個(gè)步驟也可以在BIM可視化3D設(shè)計(jì)平臺(tái)上來(lái)完成。首先在BIM平臺(tái)上，對(duì)整個(gè)建筑的給排水系統(tǒng)進(jìn)行初步建模，并根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需求和計(jì)算結(jié)果來(lái)進(jìn)行調(diào)整，最終確保應(yīng)用管線綜合設(shè)計(jì)方案的合理性，即保證最終的設(shè)計(jì)方案不存在任何應(yīng)用管線的沖突之處。設(shè)計(jì)人員可以在BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)上進(jìn)行模擬碰撞檢測(cè)，從而發(fā)現(xiàn)管線設(shè)計(jì)存在的沖突矛盾。一旦發(fā)現(xiàn)沖突矛盾，還可以使用BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行快速調(diào)整，直至達(dá)到理想的無(wú)沖突設(shè)計(jì)效果，其設(shè)計(jì)效率也可以比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式提高十幾倍之多。

2.BIM技術(shù)建筑給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例分析

2.1 某地區(qū)BIM技術(shù)應(yīng)用案例

以下為某地區(qū)的一個(gè)使用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑給排水設(shè)計(jì)的案例。其具體應(yīng)用流程大致如下。

（1）使用BIM平臺(tái)進(jìn)行3D設(shè)計(jì)，從而初步確定衛(wèi)浴用品的放置區(qū)域，無(wú)須進(jìn)行常規(guī)線條繪制，即可直接生成3D模型。

（2）從多個(gè)項(xiàng)目備選方案中選擇幾種理論上可行的給水系統(tǒng)，從而作為各個(gè)衛(wèi)生器具連接的邏輯基礎(chǔ)。

（3）使用BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)自動(dòng)管道布局方案生成的功能來(lái)快速生成多套備選方案，設(shè)計(jì)人員可以與客戶就各種方案進(jìn)行溝通，根據(jù)各個(gè)方案的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)進(jìn)行最終的抉擇。

（4）進(jìn)行衛(wèi)生器具的最終添加，具體采用以下兩種方法。首先，繪制連接各個(gè)衛(wèi)生器具的管道方案，并確保管件與衛(wèi)生器具的連接部位規(guī)格完全匹配，以及處理好各處管道的彎折部位。其次，將給水系統(tǒng)與衛(wèi)生器具進(jìn)行連接，從而完成布局設(shè)計(jì)。

（5）對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的給排水運(yùn)行狀況進(jìn)行仿真，確保系統(tǒng)不存在任何不通暢之處。

2.2 采用模糊評(píng)價(jià)法分析BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在BIM技術(shù)普遍應(yīng)用之前，建筑給排水設(shè)計(jì)工程如果是多方參與其中，則其溝通協(xié)作始終都是極大的難題，且設(shè)計(jì)方案與最終施工效果出現(xiàn)偏差也是常見(jiàn)的事，設(shè)計(jì)人員還需要對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行全程跟進(jìn)，對(duì)設(shè)計(jì)方案不斷進(jìn)行返工調(diào)整。施工過(guò)程中，工程技術(shù)人員也必須全程對(duì)施工過(guò)程保持監(jiān)控，并將施工的進(jìn)度、問(wèn)題記錄下來(lái)向設(shè)計(jì)人員進(jìn)行反饋，其信息傳遞較為滯后和缺乏精準(zhǔn)性，施工監(jiān)控的成本也居高不下。而B(niǎo)IM技術(shù)在設(shè)計(jì)及施工階段的應(yīng)用就可以在很大程度上解決上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)施工數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享、設(shè)計(jì)方案的即時(shí)仿真等。BIM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果一般可以用數(shù)據(jù)共享性、設(shè)計(jì)仿真性和工程師的評(píng)語(yǔ)來(lái)進(jìn)行衡量。但這些指標(biāo)很難進(jìn)行定量測(cè)定和分析，因此，對(duì)BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計(jì)中的運(yùn)用實(shí)效評(píng)價(jià)，可以考慮使用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)分析法來(lái)進(jìn)行[4]。

（1）BIM應(yīng)用于建筑給排水設(shè)計(jì)中評(píng)價(jià)因素集的確定：主要考慮數(shù)據(jù)共享性、工程師評(píng)語(yǔ)以及仿真設(shè)計(jì)3個(gè)主要因素，即U={數(shù)據(jù)共享性、仿真設(shè)計(jì)性、工程師評(píng)語(yǔ)}。

（2）確定上述因素的評(píng)價(jià)矩陣：根據(jù)上述評(píng)價(jià)因素，采用專家打分法對(duì)BIM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行定量打分評(píng)價(jià)。

（3）確定評(píng)價(jià)集：評(píng)價(jià)等級(jí)設(shè)置為四個(gè)等級(jí)（優(yōu)、良、中、差）。因此可以將BIM技術(shù)用于設(shè)計(jì)實(shí)踐之前的評(píng)價(jià)矩陣表示為：

實(shí)施BIM之后的評(píng)價(jià)矩陣為：

（4）對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)因素之間的權(quán)重進(jìn)行確定：根據(jù)上述評(píng)價(jià)矩陣，將權(quán)重方案確定如下。A={數(shù)據(jù)共享性、仿真設(shè)計(jì)性、工程師評(píng)語(yǔ)}={0.4，0.35，0.25}

（5）使用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法做出最終評(píng)價(jià)：由于B=AR，因此可以得出表1中的在建筑給排水設(shè)計(jì)中使用BIM技術(shù)之前以及之后的評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比。

表1 給排水設(shè)計(jì)應(yīng)用BIM前后的評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)以上專家評(píng)價(jià)結(jié)果的對(duì)比，在建筑給排水設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM之后，其優(yōu)良率達(dá)到了最高的74%。以上結(jié)果表明BIM技術(shù)對(duì)于建筑給排水設(shè)計(jì)水平的提升有著十分顯著的作用。究其原因，在于BIM技術(shù)確實(shí)無(wú)論在理論上還是實(shí)踐中都體現(xiàn)出與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式相比的顯著優(yōu)勢(shì)，可以將項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)備及材料管理、運(yùn)行模擬仿真及施工監(jiān)控等多項(xiàng)功能需求進(jìn)行結(jié)合，確保建筑設(shè)計(jì)的合理性和施工的還原性，徹底解決了設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中數(shù)據(jù)難以共享、溝通協(xié)作較為困難且成本過(guò)高的情況，降低了設(shè)計(jì)施工的風(fēng)險(xiǎn)水平。同時(shí)BIM技術(shù)還支持對(duì)給排水管道方案進(jìn)行自動(dòng)生成和柔性管理，并能夠輔助設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)階段就將多種可能發(fā)生的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別和解決，提高設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的溝通協(xié)作效率。如今BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計(jì)實(shí)踐中已經(jīng)有了越來(lái)越多成功實(shí)例[5]。

3.結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑給排水施工設(shè)計(jì)中，可以優(yōu)化傳統(tǒng)的建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高建筑給排水設(shè)計(jì)的整體水平。但如今BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也并非完美，還有很多細(xì)節(jié)的技術(shù)問(wèn)題等待優(yōu)化改進(jìn)。因此設(shè)計(jì)人員仍需在設(shè)計(jì)實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，促進(jìn)BIM技術(shù)本身不斷革新，從而在建筑給排水設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。