BIM技術在高層建筑給排水設計中的應用探究

文／高倩 四川博達建筑勘察設計有限公司 四川內江 641000

1、BIM技術特征

與傳統(tǒng)CAD 相比，BIM技術能夠利用三維模型，實現(xiàn)建筑方案規(guī)劃、設計、施工等全過程的協(xié)同與交互，避免了由于繪圖或圖紙理解錯誤導致的工程損失，減少了工程返工現(xiàn)象，提升了施工進度和質量。對比CAD 技術，BIM技術具備以下技術特征（表1）：

表1 BIM 與CAD 對比

2、BIM技術在建筑給排水設計中的應用優(yōu)勢

2.1 可視化設計

在傳統(tǒng)給排水設計中，通常應用CAD 制圖軟件，以點、線、面的方式展示管道管件、設備附件等布局位置，即二維圖紙。給排水專業(yè)對精準度要求較高，一些設計師沒有勘察過現(xiàn)場，設計時主要依靠積累經(jīng)驗和空間想象，因此設計圖紙難免會與實際安裝不符，造成安裝困擾。而且，設計需要多次溝通、反復修改，二維圖紙修改時容易產(chǎn)生平剖面錯位、遺漏等問題。而通過應用BIM技術建模，可以按照實際尺寸將管道管件建成對應比例的模型，既包括管道材質，也包括管件連接方式，都能精準地展示出來，即三維立體圖形。對于各項設備附件，也可以根據(jù)實際產(chǎn)品采集，建成族模型，全方位展示。設計師即使沒有勘察現(xiàn)場，也可以依據(jù)設計規(guī)范和建筑結構功能，通過搭建模型進行模擬，可以及時掌握其他建筑結構專業(yè)能否滿足給排水專業(yè)的需求，對給排水設計予以修正。在建模完成后，可以應用剖面工具直接切面成圖，相比另行繪制的剖面圖，BIM 模型靈活性更好，只需要調整模型，剖切面就能實現(xiàn)隨時更新、自動修改。

2.2 協(xié)同設計

傳統(tǒng)的CAD 設計按照不同專業(yè)劃分，獨立完成，一般是流水線作業(yè)，即設計過程由上游專業(yè)逐步轉遞到下游專業(yè)，如果出現(xiàn)修改，還需要按照這個流程進行。這種模式下，如果設計圖紙需要變更，就可能導致設計周期拉長，一旦上游專業(yè)審核、修改不到位，還可能造成下游專業(yè)多次修改，難以出圖。在建筑工程中，建筑、結構工程專業(yè)設計屬于上游專業(yè)，給排水專業(yè)設計屬于下游專業(yè)，如果按照設計流程，給排水設計會經(jīng)常遇到修改、漏改等問題。采用BIM技術協(xié)同設計，能通過鏈接協(xié)同、建立工作集等方式，在工作集平臺上同時進行不同專業(yè)的協(xié)同設計，彼此共享信息。

2.3 模擬設計

管線排布是給排水工程中重要內容，也是比較復雜的部分，特別是吊頂區(qū)域，空間較小且管線密布，很難有效精準定位。傳統(tǒng)的圖紙設計難以保證各個管線精準布設，且會延長設計時間，造成施工困擾、資源浪費。而通過應用BIM技術，能夠以三維構圖方式模擬現(xiàn)場環(huán)境和作業(yè)方式，完整模擬施工全過程，經(jīng)分析對比達到預期效果后，再進行后續(xù)施工。此外，BIM技術還能應用可視化方式，簡化管線設計流程，優(yōu)化安裝作業(yè)工藝，在一定程度上提升施工效率，減少工程變更，提高經(jīng)濟效益。

2.4 碰撞檢測

設計人員可以應用BIM技術的三維建模方式，分析給排水管道凈空高度，對設計進行優(yōu)化處理，并針對管道后期可能出現(xiàn)的碰撞情況，模擬分析多種事故，排查分析設計方案的不足和問題，提出修改意見建議，通過調整結構參數(shù)等方式，進而降低碰撞事故的頻率，減少損失。

2.5 精準算量

傳統(tǒng)的CAD 設計中配套相關說明、標注，以表格、圖片方式，展示管道管件、設備附件等信息。如果需要統(tǒng)計工程量，則需要算量人員手工測量各個管道管件長度、設備附件數(shù)量，并由其他人員進行復核，工作枯燥、量大，且容易出錯。應用BIM技術建立的模型，可以直接進行數(shù)據(jù)信息化賦值，隨著模型的變化，包括大小、數(shù)量等，數(shù)據(jù)會自動更新統(tǒng)計。待BIM 設計完成后，使用“一鍵算量”可以將工程量直接導出進行匯總計算，不會出現(xiàn)錯漏，算量人員只需復核編程及公式即可。

3、BIM技術在建筑給排水設計中的實踐應用

3.1 協(xié)同設計

在建筑設計中，各個專業(yè)間都要做好及時溝通、彼此共享設計信息，而Revit MEP 中的鏈接模型能夠有效提升設計師的協(xié)同工效。在創(chuàng)建新的MEP 項目時，首先需要鏈接建筑模型，與項目文件相關聯(lián)，點擊“復制／監(jiān)視”功能，讀取標高、軸網(wǎng)等數(shù)據(jù)，然后創(chuàng)建工作平面。在鏈接建筑模型時，同步鏈接結構模型，這樣一旦發(fā)現(xiàn)結構專業(yè)沖突，就能在制圖中及時反應出來。

Revit MEP 中的協(xié)同設計原理是通過創(chuàng)建中心文件，實現(xiàn)各工作組成員的同步，這樣各個專業(yè)在BIM 設計時，可以實時更新、協(xié)同設計。具體協(xié)同設計方法為：首先創(chuàng)建中心文件，各成員編輯中心文件副本；然后將副本與中心文件同步，個人設計信息即時同步到圖紙上；最后是其他設計人員可建立與中心文件鏈接，獲取專業(yè)圖紙。

3.2 項目準備

（1）初始文件創(chuàng)建

創(chuàng)建新的MEP 項目，需首先應用Revit MEP 協(xié)同功能，構建BIM 三維模型初始文件，并對該文件設定給排水管道、衛(wèi)浴等給排水系統(tǒng)。

（2）工作集創(chuàng)建

創(chuàng)建工作集能夠最大限度減少設計人員觀看的視圖信息，使三維仿真設計難度大大降低。同時，能夠按照不同專業(yè)屬性對三維建模予以分類并構建工作集，如此一來，設計人員就可以根據(jù)自身習慣和需要，獲取直接設定好的視圖工作集。

（3）平面圖導入

應用MEP 構建BIM 模型，是將給排水管CAD 二維設計圖導入軟件中。這樣，在建筑結構、位置、空間等設計中，管道管件、設備附件等三維信息就能與平面圖信息相匹配和統(tǒng)一，不會出現(xiàn)偏差。

3.3 模型創(chuàng)建

（1）基本設置

在進行給排水系統(tǒng)模型創(chuàng)建前，應首先對給排水系統(tǒng)管道、管件以及設備等信息予以加載與編輯。其中，管道管件、設備附件可以直接從構件族庫中加載，在“類型屬性”中修改管道屬性，設置管道的屬性信息，主要包括給水管、污水管、消防管等類型名稱，以及管道材質、型號、連接方式、制造廠商等信息。設置這些基本信息構成了BIM 模型的給排水系統(tǒng)設計基礎，也是構建BIM 模型的關鍵一步。通過創(chuàng)建BIM 模型不僅能夠記錄給排水系統(tǒng)的空間布局、結構位置、設備構件等信息，而且還可以記錄諸如材料性能、構件屬性等詳細的信息，這幾個方面的信息結合起來，就可以通過軟件自動生成設備材料匯總表。

（2）給排水設計

在基本信息設置完成后，就能夠進行給排水系統(tǒng)模型的創(chuàng)建。同時，設計人員還可以通過外部參照對dwg 文件進行鏈接，并在MEP 項目平面視圖中展示給排水平面圖以作為創(chuàng)建三維模型的參考，防止在同時使用CAD 軟件查看圖紙和二次操作時出現(xiàn)宕機。

在進行各子項的設計時，首先調用族庫中的供水、衛(wèi)具等設備，進行類型屬性設置，并在對應位置設置設備。通過“常用”菜單中的“管道”命令，在平面視圖中繪制管道，并在之前設置的管道類型中選擇管型、管徑，錄入標高數(shù)據(jù)，就可以繪制管段，與設備相連，并在彎角處、接口處等相應的位置，放置管件、閥門、管道附件等。由于在平面視圖中所繪制的管道管件、設備附件等含有標高數(shù)據(jù)，具有三維屬性，在視圖中將會呈現(xiàn)三維效果，能從不同角度直觀反映出空間位置。在繪制含有一定坡度的管道時，可通過選項卡中“向上坡度”或“向下坡度”的選擇，將對應管道的坡度值錄入，就能自動繪制有坡度的管道。在繪制立管時，可以先創(chuàng)建剖面，然后在立面視圖中繪制，并與之前的橫管相連，最后通過平面視圖調整移動立管的位置。此外，對于同一空間不同給排水管線而言，需要根據(jù)管線的功能性、重要性予以合理避讓優(yōu)化設計，進而提高建筑空間的利用率，而通過BIM 三維模型創(chuàng)建，能夠進行直觀檢查與管線排布。如圖1所示，為某建筑項目地下工程的給排水管道設計圖紙，a 是管線局部二維設計圖，通過BIM 管線綜合優(yōu)化設計后形成管線局部三維圖b，這種三維圖紙更加直觀明顯，不僅能幫助施工人員準確掌握建筑物、結構物的有關信息，還能精準確定管道的平面空間位置及立面情況，以滿足設計規(guī)范中要求的凈空高度。

圖1 給排水管道設計圖

3.4 碰撞檢查

（1）在所有管線繪制完成及設備設置完成后，根據(jù)創(chuàng)建模型時出現(xiàn)的碰撞點做出首輪調整。首先，通過手動方式在三維視圖里查找明顯的碰撞點，按要求進行初步調整，通常很多碰撞點能夠用平移位置或增減標高的方式進行處理；然后，對已經(jīng)調整過和已經(jīng)發(fā)現(xiàn)但無法調整的碰撞點進行統(tǒng)計匯總，做好記錄，反饋給設計人員進行修改。首輪調整盡量以手動方式檢查，如果直接選擇“碰撞檢查”功能，那么檢查出的碰撞點數(shù)量將會很多，不便于修改。

（2）在首輪調整完成后，再選擇“碰撞檢查”功能，對管道管件、設備附件進行自動檢查，形成碰撞檢查沖突報告?！芭鲎矙z查”功能比較強大，既能夠檢查給排水管線之間的碰撞，也能夠檢查管線和建筑、結構的碰撞。如圖2 為某建筑項目給排水系統(tǒng)的消火栓碰撞剖面圖，其水平管道（排水專業(yè)）和電氣設備（電氣專業(yè)）之間出現(xiàn)碰撞，解決方法是將該區(qū)域的消火栓水平管道上移，靠近頂部天花板位置，如圖3 為優(yōu)化后的消火栓剖面圖。對于較為重大的變更調整，需要考慮初步解決方案，召集相關專業(yè)設計人員共同協(xié)商，并對BIM 模型予以調整，制定合理的解決方案，最后修改施工圖。涉及碰撞的管道管件、設備附件，需要先做出修改調整，再和中心文件同步，就能夠對管線位置進行實時更新。

圖2 碰撞剖面圖

圖3 碰撞優(yōu)化后的剖面圖

（3）通常來說，根據(jù)設計圖紙修改要求，碰撞檢測需要多輪檢測、反復調整，這樣可以將問題化解在前端，防止在施工作業(yè)時出現(xiàn)問題而造成返工。如圖4 為碰撞檢測整個流程。尤其是對于高層建筑工程而言，由于設備層比較復雜，需重點排查分析并做出優(yōu)化調整，以確保管線設備能夠滿足空間凈高要求，并在對建筑結構做出合理避讓的同時，進一步明確管線的位置和標高，在后續(xù)安裝施工時大大減少了返工現(xiàn)象，提升了施工進度和質量。

圖4 碰撞檢測流程

3.5 精準算量

BIM 模型具有良好的智能化、信息化功能，可以自動統(tǒng)計、分析、匯總各項數(shù)據(jù)。在建模時，已經(jīng)提前錄入設定管道管件、設備附件等屬性和數(shù)據(jù)，BIM 模型會默認保存完整的資料，選擇自動統(tǒng)計，就能生成設備材料等相關列表。該列表與模型相關聯(lián)，當模型文件發(fā)生變化，如排水管徑變大或變小，其關聯(lián)的設備材料等相關列表也會自動同步更新，減少了手工錄入的失誤幾率。在給排水系統(tǒng)設計完成后，通過清單定額統(tǒng)計實現(xiàn)“一鍵算量”。相比CAD 圖紙統(tǒng)計，BIM 算量更加精準，清單可以隨著設計圖紙修改自動更新，大大節(jié)約了實物量計算的時間和成本。此外，在設計階段計算出工程量，能有助于做好項目概預算，合理控制建設費用，優(yōu)化資源、降低成本。

結語：

基于BIM 的建筑給排水設計能夠呈現(xiàn)出可視化的三維模型，解決了給排水管道經(jīng)常出現(xiàn)的碰撞、偏差、布設不合理等問題，同時，在設計結果的檢查、修改方面較以往更為便利，算量更精準，對照施工更直觀，極大程度上規(guī)避與減少了返工、窩工的出現(xiàn)，加快了進度，保證了質量，故極具推廣、應用價值。