BIM在建筑給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張?jiān)鴱?qiáng) 中建安裝集團(tuán)有限公司、石化工程公司常務(wù)副總經(jīng)理，高級(jí)工程師

嚴(yán)文榮 中建安裝集團(tuán)有限公司、石化工程公司總工，高級(jí)工程師

王 丹 中建安裝集團(tuán)有限公司、石化工程公司設(shè)計(jì)與科技質(zhì)量管理部部門經(jīng)理，高級(jí)工程師

王世波 中建安裝集團(tuán)有限公司、石化工程公司連云港事業(yè)部總經(jīng)理，高級(jí)工程師

琚琳琳 中建安裝集團(tuán)有限公司、石化工程公司設(shè)計(jì)與科技質(zhì)量管理部業(yè)務(wù)經(jīng)理，助理工程師

在現(xiàn)如今的社會(huì)中，BIM 技術(shù)相關(guān)方面的研究屬于一個(gè)創(chuàng)新領(lǐng)域，是指在建筑施工過(guò)程中集成工程項(xiàng)目中不同施工環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息，并以三維數(shù)字化技術(shù)作為支撐，構(gòu)建基于整體層面的工程施工模型[1]。傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)平臺(tái)設(shè)計(jì)大多以CAD 技術(shù)為支撐，但此項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)用中更加傾向于將不同項(xiàng)目環(huán)節(jié)進(jìn)行拆分。與CAD 技術(shù)不同的是，BIM 更加側(cè)重于將所有設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與施工行為集成在一起，并倡導(dǎo)從項(xiàng)目規(guī)劃到設(shè)計(jì)施工圖紙與節(jié)能布設(shè)的同步施工。從工程施工的“效益—時(shí)間”關(guān)系分析入手，早期的建筑設(shè)計(jì)“效益—時(shí)間”線型為直線，而現(xiàn)如今為拋物線，即隨著施工時(shí)間的增長(zhǎng)，施工設(shè)計(jì)單位產(chǎn)出的成果將越來(lái)越多，工程為其帶來(lái)的收益也越來(lái)越高。

工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，一旦其中一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)交付行為或參數(shù)量的變更，便會(huì)導(dǎo)致工程出現(xiàn)資源浪費(fèi)或設(shè)計(jì)圖紙大規(guī)模修改的問(wèn)題，此種行為不僅會(huì)造成人力資源與物力資源的浪費(fèi)，也會(huì)使工程施工的效率低下。為了更好地解決與此方面相關(guān)的問(wèn)題，施工單位將BIM技術(shù)引進(jìn)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)構(gòu)建完整數(shù)據(jù)模型的方式，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中不同環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的有效共享，以此種方式為建筑工程方帶來(lái)更高的收益。

1 BIM 在建筑給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.1 基于BIM 的建筑給排水施工參數(shù)設(shè)計(jì)

為了滿足建筑給排水設(shè)計(jì)工程的全過(guò)程可視化，在本章的研究中引進(jìn)BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)與規(guī)劃給排水施工參數(shù)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可使用構(gòu)建信息模型的Revit 軟件導(dǎo)入工程實(shí)地勘察信息，導(dǎo)入信息包括建筑整體設(shè)計(jì)圖紙、建筑不同平面與剖面的二維視圖、擬建三維圖紙以及建筑施工用料與細(xì)部設(shè)計(jì)明細(xì)表等[2]。在完成建筑相關(guān)信息的導(dǎo)入后，使用計(jì)算設(shè)備構(gòu)建給排水模型。為了確保創(chuàng)建的模型與工程實(shí)際施工具有較高的適配度，應(yīng)在Revit 軟件中創(chuàng)設(shè)一個(gè)新的MEP 項(xiàng)目，使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作界面的協(xié)同功能鍵，將現(xiàn)有的信息與中心文件進(jìn)行MEP 項(xiàng)目文件的對(duì)接，并讀取建筑中給排水設(shè)計(jì)標(biāo)高、預(yù)設(shè)軸線以及給排水管線預(yù)埋墻體等信息，將獲取的信息作為參數(shù)設(shè)計(jì)的初始化點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，將BIM 中心模型文件與預(yù)設(shè)信息進(jìn)行鏈接，可以在計(jì)算機(jī)上得到一個(gè)針對(duì)此建筑結(jié)構(gòu)的三維可視化模型。

為了提供建筑給排水設(shè)計(jì)更加便利的條件，可在繪制給排水管道時(shí)采用分層設(shè)計(jì)法進(jìn)行建筑不同層高的區(qū)分繪制[3]?？紤]到此時(shí)創(chuàng)建的給排水管線視圖存在隱藏信息，只能在前端顯示直接可見的部分，無(wú)法達(dá)到真正意義上的可視化。因此，在完成上述相關(guān)操作后，可將上文創(chuàng)建的MEP 項(xiàng)目文件以文本的方式進(jìn)行整理，對(duì)其進(jìn)行授權(quán)后，將文件信息部署在中心服務(wù)器上，通過(guò)此種方式，構(gòu)建一個(gè)針對(duì)給排水設(shè)計(jì)的核心文件。在完成對(duì)文件的創(chuàng)建后，可將中心文件另存為本地文件，將所有的設(shè)計(jì)工作轉(zhuǎn)移到本地計(jì)算機(jī)上實(shí)施，此時(shí)計(jì)算機(jī)設(shè)備中對(duì)應(yīng)的本地文件即為實(shí)時(shí)鏡像文件。當(dāng)設(shè)計(jì)過(guò)程中本地文件存在給排水設(shè)計(jì)參數(shù)的修改時(shí)，可直接點(diǎn)擊操作界面的同步中心文件，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑給排水設(shè)計(jì)信息與三維可視化模型的更新。

在完成建筑給排水設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)工作后，調(diào)用中心文件中的DWG 文件，進(jìn)行建筑外部參數(shù)的鏈接，并將完成鏈接處理后的二維平面圖示直接顯示在MEP 項(xiàng)目文件中。此種方式可以在很大程度上解決基于CAD 操作軟件更新文件內(nèi)容的不足[4]。在此基礎(chǔ)上，點(diǎn)擊操作界面的類型屬性對(duì)話框進(jìn)行給排水管線參數(shù)的調(diào)整，調(diào)整的參數(shù)不僅包括給排水材料，也包括構(gòu)件的幾何信息與屬性信息。將設(shè)定的相關(guān)參數(shù)信息導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，完成對(duì)建筑給排水施工的設(shè)計(jì)，如表1 所示。

表1 建筑給排水設(shè)計(jì)

將設(shè)定的相關(guān)參數(shù)信息導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，完成對(duì)建筑給排水施工參數(shù)的設(shè)計(jì)。

1.2 建筑給排水管線平衡優(yōu)化

在完成上述相關(guān)設(shè)計(jì)工作后，可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的建筑給排水管線布線原則，進(jìn)行管線的平衡優(yōu)化。在此過(guò)程中，暖通管線應(yīng)當(dāng)位于建筑整體的最上層，電氣橋架線路位于建筑的第二層，結(jié)合建筑層高，將給排水管線布設(shè)在建筑的最底層。遵循“大直徑管線優(yōu)先”原則與“壓管避讓無(wú)壓管”原則，將分支管線進(jìn)行布設(shè)[5]。當(dāng)布設(shè)管線過(guò)程中出現(xiàn)橫欄與閥門交叉的問(wèn)題時(shí)，可考慮在管線布設(shè)區(qū)域預(yù)留施工空間，綜合現(xiàn)有的施工經(jīng)驗(yàn)可知，每條過(guò)道應(yīng)至少預(yù)留一個(gè)寬度為400.0 mm 的檢查通道。

在MEP 文件中進(jìn)行給排水管線的細(xì)部設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將設(shè)計(jì)過(guò)程中的所有模型與三維可視化信息置于一個(gè)相對(duì)協(xié)同的設(shè)計(jì)環(huán)境內(nèi)，當(dāng)完成電氣設(shè)備與暖通設(shè)備的建模與管線布設(shè)后，需要在操作界面創(chuàng)建一個(gè)碰撞點(diǎn)，并在可視化界面進(jìn)行管線明顯碰撞的檢查，根據(jù)檢查結(jié)果進(jìn)行管線位置調(diào)整。另外在完成碰撞測(cè)試后生成一個(gè)碰撞檢測(cè)報(bào)告，以此為依據(jù)進(jìn)行不同層數(shù)與不同位置管線的重新布設(shè)，完成一次調(diào)整后需要再次進(jìn)行管線的碰撞測(cè)試，直到所有布設(shè)的管線均可通過(guò)碰撞測(cè)試。通過(guò)此種方式提高管線布設(shè)的合理性，完成基于信息模型的給排水管線布設(shè)與規(guī)劃，為建筑給排水施工提供決策依據(jù)與針對(duì)性指導(dǎo)。

2 實(shí)驗(yàn)分析

通過(guò)本文上述論述，在現(xiàn)有建筑給排水施工基礎(chǔ)上引入BIM 技術(shù)，為進(jìn)一步驗(yàn)證上述理論分析結(jié)果，將BIM 應(yīng)用到真實(shí)的建筑項(xiàng)目當(dāng)中，并完成給排水施工工作。選擇將某地區(qū)高層建筑作為實(shí)驗(yàn)依托，已知該建筑為該城市標(biāo)志性建筑，其主體部分結(jié)構(gòu)分為地上三層和地下兩層，總高度約為25.0 m。在對(duì)主體建筑的進(jìn)一步研究中發(fā)現(xiàn)，其中主體區(qū)域的占地總面積為3.1×104 m2，主體建筑的地下結(jié)構(gòu)占地面積為35 200 m2。該項(xiàng)目在進(jìn)行給排水施工時(shí)存在的難點(diǎn)包括建筑內(nèi)清水混凝土以及墻體結(jié)構(gòu)上的預(yù)留孔洞、預(yù)埋件等均需要提前考慮，采用后期開鑿和打孔施工會(huì)對(duì)建筑整體效果造成影響。此外，建筑結(jié)構(gòu)中線路復(fù)雜，其線路類型包括各類交通工程運(yùn)輸管線、電纜結(jié)構(gòu)以及生活污水排放傳輸管線等。采用傳統(tǒng)建筑給排水設(shè)計(jì)無(wú)法滿足該工程項(xiàng)目的基本需要，因此針對(duì)該工程項(xiàng)目引入BIM 技術(shù)進(jìn)行給排水設(shè)計(jì)。

通過(guò)應(yīng)用BIM 技術(shù)，該建筑工程項(xiàng)目功能布局得到持續(xù)性的優(yōu)化。給排水管線施工圖設(shè)計(jì)周期為3 天，在施工圖設(shè)計(jì)中期增加了BIM 技術(shù)，后期利用BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)施工圖紙的可視化展現(xiàn)。在給排水設(shè)計(jì)方案展示環(huán)節(jié)，針對(duì)建筑中各個(gè)給排水管線進(jìn)行了防碰撞測(cè)試，并調(diào)整了出現(xiàn)碰撞問(wèn)題的管線。利用BIM 技術(shù)生成的給排水管線設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

在圖1設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上開展工程施工，并記錄施工過(guò)程中各個(gè)給排水管線的長(zhǎng)度精度和碰撞點(diǎn)個(gè)數(shù)。長(zhǎng)度精度通過(guò)長(zhǎng)度誤差表示，利用精度為0.01 mm 的管線長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x測(cè)量實(shí)際施工中各個(gè)區(qū)域排水管線的長(zhǎng)度，并將測(cè)量結(jié)果與BIM 生成的設(shè)計(jì)施工圖紙中相應(yīng)結(jié)構(gòu)位置上的長(zhǎng)度進(jìn)行對(duì)比，其差值即為長(zhǎng)度誤差。在5 個(gè)不同區(qū)域內(nèi)，建筑給排水管線的長(zhǎng)度誤差均在0.50 mm 的范圍內(nèi)，并且在前4個(gè)區(qū)域內(nèi)均沒(méi)有出現(xiàn)碰撞點(diǎn)，而最后一個(gè)區(qū)域出現(xiàn)的碰撞點(diǎn)通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)是施工過(guò)程中出現(xiàn)操作失誤導(dǎo)致的。因此，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)一步證明BIM 技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用到真實(shí)的建筑給排水施工中能夠提高給排水管道的施工質(zhì)量，并且提高設(shè)計(jì)方案的制定效率。

圖1 基于BIM 技術(shù)給排水管線設(shè)計(jì)方案生成圖

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)設(shè)計(jì)給排水參數(shù)與管線平衡優(yōu)化兩個(gè)方面，進(jìn)一步開展對(duì)給排水設(shè)計(jì)的研究。在完成此次研究后，為進(jìn)一步驗(yàn)證本文的理論分析結(jié)果，將BIM 應(yīng)用到真實(shí)的建筑項(xiàng)目中，以此種方式證明BIM 技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。因?yàn)閷⑵鋺?yīng)用到真實(shí)的建筑給排水施工中能夠提高給排水管道的施工質(zhì)量，并且提高給排水設(shè)計(jì)方案的制定效率，所以有理由認(rèn)為本文基于BIM 理論下展開的設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中具有真實(shí)應(yīng)用效果，不僅可以提高建筑給排水管線的科學(xué)性，也可以在一定程度上為建筑工程的合理化施工提供技術(shù)層面指導(dǎo)。