BIM在管線綜合中的運(yùn)用

(北京理正軟件股份有限公司，北京 100044)

引言

BIM在國(guó)內(nèi)已經(jīng)歷十幾年的發(fā)展歷程，在建筑工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的探索和應(yīng)用已經(jīng)從盲目跟風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?wù)實(shí)應(yīng)用，由于三維正向設(shè)計(jì)相對(duì)二維設(shè)計(jì)具有較高門(mén)檻、較高成本，BIM在建筑設(shè)計(jì)行業(yè)尚無(wú)法形成規(guī)?；瘧?yīng)用[1]。但BIM所具二維設(shè)計(jì)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，如可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性，因此如何將BIM在實(shí)際工程中進(jìn)行務(wù)實(shí)的應(yīng)用，成為建筑設(shè)計(jì)行業(yè)面臨的一個(gè)重要課題[2]。

1 傳統(tǒng)二維管線綜合的缺點(diǎn)

在現(xiàn)代建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，管線設(shè)備由于種類、數(shù)量繁多，布局復(fù)雜、涉及多個(gè)專業(yè)，常常在管線之間或者與建筑結(jié)構(gòu)之間發(fā)生碰撞現(xiàn)象，給施工帶來(lái)困難，造成返工或浪費(fèi)，影響室內(nèi)凈高，甚至為后期維護(hù)工作帶來(lái)麻煩。因此，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程通過(guò)二維管線綜合來(lái)協(xié)調(diào)各專業(yè)的設(shè)備布置情況。但他們只是簡(jiǎn)單地把各專業(yè)的圖紙疊加在一起，關(guān)注某些復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的管線布置并進(jìn)行調(diào)整。這種簡(jiǎn)單的處理方式存在以下幾點(diǎn)缺陷[3]：

(1)難以全面分析管線交叉位置。只靠人眼分辨可能存在交叉碰撞的位置，很難完全找出所有沖突之處。尤其是對(duì)于大型的、復(fù)雜的建筑，幾乎是不可能完成的任務(wù)。

(2)管線標(biāo)高多為原則性確定，大量管線沒(méi)有全面精確地確定標(biāo)高。

(3)無(wú)法直觀看出層高瓶頸位置及吊頂高度。

(4)2D圖紙不夠直觀。僅通過(guò)平面圖+局部剖面的方式，對(duì)復(fù)雜管道交叉的部位表達(dá)不夠清晰。

相對(duì)于二維管線綜合的這些缺陷，采用BIM技術(shù)，在三維環(huán)境下進(jìn)行管線綜合調(diào)整具有很大優(yōu)勢(shì)[4-5]。

2 BIM三維管線綜合平衡設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

管線布置綜合平衡技術(shù)是根據(jù)工程實(shí)際將各專業(yè)管線設(shè)備在圖紙上通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖紙上的預(yù)裝配，將問(wèn)題解決在施工之前，將返工率降低到零點(diǎn)的技術(shù)。BIM模型天然的直觀優(yōu)勢(shì)，使建模過(guò)程同時(shí)也是一次全面的“三維校審”過(guò)程，在此過(guò)程中能夠發(fā)現(xiàn)大量隱藏的碰撞問(wèn)題[6]。

三維管線綜合設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)具體體現(xiàn)在以下幾方面[7][8]：

(1)可以全面檢測(cè)管線之間、管線與建筑結(jié)構(gòu)之間存在碰撞的位置。理論上可以檢測(cè)出所有的管線碰撞問(wèn)題。常用的Revit及Navisworks均有專門(mén)的碰撞檢查功能(如圖1所示)，可以大幅減少因圖紙錯(cuò)誤導(dǎo)致的設(shè)計(jì)變更或者返工[9]。

圖1 碰撞檢查

(2)可以全面精確定位管線的標(biāo)高。BIM軟件可以直觀展示樓層的凈高情況(如圖2所示)，方便設(shè)計(jì)者查找樓層凈高瓶頸位置，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高樓層凈高。

圖2 三維視圖

(3)在全專業(yè)建模的前提下，可以在任意部位進(jìn)行剖切或生成軸測(cè)圖(如圖3所示)，便于從不同角度對(duì)管線設(shè)備進(jìn)行觀察、調(diào)整，協(xié)調(diào)各系統(tǒng)管線之間的位置關(guān)系[10]。

圖3 剖切視圖

(4)平面+剖面+軸測(cè)+3D模型+漫游，多種手段結(jié)合，利于全面解決可能存在的碰撞問(wèn)題，如圖4所示。

圖4 漫游

(5)真實(shí)尺寸建模，有助于發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)平面圖繪制中示意性繪圖帶來(lái)的隱性碰撞問(wèn)題，如圖5-6所示。

圖5 二維圖紙 圖6 三維模型

3 BIM三維管線綜合工作流程及不足

三維管線綜合的工作流程如圖7所示。

圖7 三維管綜工作流程

第一步：BIM建模。

目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院創(chuàng)建BIM模型大多使用Revit軟件。建模時(shí)，可以按照專業(yè)、樓層進(jìn)行分工[11]。

第二步：管線綜合調(diào)整。

綜合使用BIM軟件里提供的碰撞檢測(cè)、任意剖切、局部軸測(cè)圖等功能，可以方便快捷地查看管線布置復(fù)雜節(jié)點(diǎn)、快速定位層高瓶頸位置，輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行管綜調(diào)整。

毫無(wú)疑問(wèn)，在三維環(huán)境下進(jìn)行管線綜合調(diào)整，比傳統(tǒng)的二維管線綜合要更加全面、更加便捷。但是，常見(jiàn)的BIM軟件比如Revit在翻模以及管線綜合調(diào)整方面，功能稍顯薄弱，針對(duì)性不強(qiáng)，主要存在以下不足[12-13]：

1)沒(méi)有批量翻模的功能，只能通過(guò)“拾取”功能逐個(gè)繪制軸網(wǎng)及構(gòu)件，效率較低;

2)管道避讓調(diào)整操作復(fù)雜，缺少管道翻彎功能;

3)不能直觀顯示每層的凈高，層高瓶頸無(wú)法確定;

4)缺少局部三維顯示功能，不便于查看模型細(xì)節(jié)。

那么這些問(wèn)題怎么解決？這就需要輔助軟件來(lái)幫忙了[14]。

4 使用理正易建軟件提高三維管線綜合的效率

理正易建軟件是一款基于Revit的輔助設(shè)計(jì)軟件。它包含圖紙翻模、建筑結(jié)構(gòu)建模、水暖電建模等功能。下面是其中幾個(gè)與三維管線綜合有關(guān)的功能。

(1)翻模工具

易建軟件包含建筑翻模、結(jié)構(gòu)翻模、噴淋翻模、水管翻模、風(fēng)管翻模、橋架翻模等整體翻模功能，能在不同程度上提高翻模的效率。比如噴淋系統(tǒng)，一個(gè)2000個(gè)噴頭的樓層手工翻模大概需要兩三天，使用輔助插件只需1～2小時(shí)，效率提高何止十倍。

表1是理正易建翻模的時(shí)長(zhǎng)。噴淋系統(tǒng)翻模前后如圖8、圖9所示。

表1 翻模時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)

圖8 噴淋系統(tǒng)翻模前

圖9 噴淋系統(tǒng)翻模后

(2)局部三維視圖

易建軟件的框選轉(zhuǎn)3D、圖元轉(zhuǎn)3D，能迅速生成局部的三維視圖，便于設(shè)計(jì)人員對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)觀察，如圖10所示。

(3)管道高程著色器

根據(jù)不同的層高，賦予管線不同的顏色，便于迅速定位凈高瓶頸位置，繼而進(jìn)行合理的調(diào)整，如圖11所示。

圖11 管道高程查看

4 易建軟件技術(shù)特點(diǎn)

作為BIM輔助軟件，易建軟件的突出特點(diǎn)是本地化、專業(yè)化、針對(duì)性強(qiáng)。

(1)從專業(yè)出發(fā)，緊密結(jié)合設(shè)計(jì)流程

易建軟件緊扣專業(yè)需求，根據(jù)各種構(gòu)件、設(shè)備的布置特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了各種批量建模功能，比如按照軸網(wǎng)批量創(chuàng)建墻、柱、梁，按碰撞檢查結(jié)果批量開(kāi)洞(如圖12、圖13)，根據(jù)噴頭數(shù)量計(jì)算噴淋管徑等。將設(shè)計(jì)規(guī)范要求與建模軟件有機(jī)結(jié)合在一起，可以有效提高設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)效率。

圖12 批量開(kāi)洞界面

圖13 批量開(kāi)洞結(jié)果

(2)以CAD圖層分類為基礎(chǔ)，智能識(shí)別圖紙內(nèi)容

設(shè)計(jì)院大多要求把各類構(gòu)件按不同圖層分開(kāi)進(jìn)行繪制。易建軟件的翻模工具正是基于這個(gè)特點(diǎn)研發(fā)[15]。用戶拾取各類構(gòu)件的圖層(如圖14所示)，軟件再根據(jù)該類構(gòu)件的圖紙表達(dá)特點(diǎn)進(jìn)一步進(jìn)行分析，采取去重、容差、分組、排序、合并、標(biāo)注解析等手段，把圖層上的圖線解析為該類構(gòu)件的空間位置，從而實(shí)現(xiàn)從二維圖紙到三維空間的翻模，節(jié)省大量手工建模時(shí)間。

(3)提供更專業(yè)的標(biāo)注功能

按照國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院的繪圖習(xí)慣，以及管線設(shè)計(jì)圖紙的標(biāo)注特點(diǎn)，易建軟件不僅為水管、風(fēng)管、橋架、設(shè)備等提供了專門(mén)的標(biāo)注功能，而且針對(duì)管綜安裝圖紙?jiān)O(shè)計(jì)了一鍵標(biāo)注功能，可以同時(shí)標(biāo)注管線類型、尺寸及安裝位置，如圖15所示。

圖14 圖層識(shí)別界面

圖15 管綜標(biāo)注

(4)提供復(fù)雜表格定制功能

易建軟件中，萬(wàn)能表格是專門(mén)為滿足國(guó)內(nèi)各種復(fù)雜表格而研發(fā)，它沒(méi)有拘泥于Revit的明細(xì)表，而是另建了一套表格定制體系。它可將Revit多類別構(gòu)件按照表格模板生成各種樣式表格，表格既可繪制在Revit中滿足出圖要求，也可直接存儲(chǔ)為Excel文件滿足數(shù)據(jù)分析要求。軟件界面及操作類似Excel(如圖16所示)，支持部分Excel計(jì)算公式。此外軟件還提供了一些常用表格模板，用戶也可以利用強(qiáng)大的定制工具創(chuàng)造出自己的表格模板，也可將在Excel中編輯好的表格文件直接讀入，繪制在Revit中。

圖16 復(fù)雜表格定制界面

5 總結(jié)

BIM技術(shù)為傳統(tǒng)的二維管線綜合帶來(lái)了全面提高的可能，BIM技術(shù)在管線綜合平衡設(shè)計(jì)方面有天然的優(yōu)勢(shì)，理論上可以提前查出所有碰撞位置，減少后期返工改圖的工作量，可以輔助調(diào)整樓層凈高，可以使三維校審更直觀。易建軟件緊扣中國(guó)設(shè)計(jì)師的需求，能有效提高三維管線綜合的效率及易用性。管線綜合在BIM技術(shù)的輔助下極具潛力，大有可為。BIM技術(shù)在管線綜合中的運(yùn)用值得我們進(jìn)一步探索。