三維設(shè)計(jì)在建筑給水排水中的應(yīng)用

胥標(biāo)，劉銳

（1中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039；2中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州 311122）

0 引言

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，外形及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑越來(lái)越多，功能要求也日趨多樣化、復(fù)雜化。在當(dāng)前工程設(shè)計(jì)中，以二維平面設(shè)計(jì)為主的設(shè)計(jì)方法雖然最終可以實(shí)現(xiàn)建筑功能，但設(shè)計(jì)期間各專(zhuān)業(yè)間相互協(xié)調(diào)配合的過(guò)程較繁瑣，給排水、暖通、電氣等設(shè)備專(zhuān)業(yè)的管道在有限的空間里相互碰撞的情況也給施工階段留下了隱患。為了滿(mǎn)足各類(lèi)大型工程建設(shè)的需要，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各類(lèi)三維設(shè)計(jì)軟件 （如Auto CAD civil 3D、ProE、CATIA、Microstation、PDMS、天正等）在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域逐漸得到重視和應(yīng)用。本文以用Microstation系列三維設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)的某辦公建筑為例，對(duì)三維設(shè)計(jì)在建筑給水排水中的應(yīng)用予以簡(jiǎn)單介紹。

1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目位于杭州，為地下一層，地上建筑十四層，建筑高度54.2m，總建筑面積約7.3萬(wàn)m2，是一幢現(xiàn)代化的高層辦公樓。給水排水專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括給水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)以及太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。從設(shè)計(jì)角度而言，該項(xiàng)目并不復(fù)雜，但該項(xiàng)目是將三維設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用于工民建領(lǐng)域的早期嘗試，對(duì)今后工民建項(xiàng)目的三維設(shè)計(jì)具有積極的示范作用。

2 三維設(shè)計(jì)流程

用于給水排水專(zhuān)業(yè)的Microstation系列三維設(shè)計(jì)軟件，主要由公共平臺(tái)軟件、專(zhuān)業(yè)應(yīng)用軟件和碰撞檢查軟件等組成。給排水專(zhuān)業(yè)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)流程大致如下：

（1）準(zhǔn)備階段。根據(jù)初步設(shè)計(jì)制定本專(zhuān)業(yè)的三維設(shè)計(jì)計(jì)劃。利用公共平臺(tái)軟件制定工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)文件目錄結(jié)構(gòu)（如圖1、圖2）。在設(shè)定好項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件以后，利用專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)軟件設(shè)置制圖規(guī)則，如系統(tǒng)、圖層、顏色和線型等等，在完成以上基本設(shè)置后三維設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作就算全部完成了。

圖1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件目錄結(jié)構(gòu)

圖2 給排水專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)文件目錄結(jié)構(gòu)

（2）設(shè)計(jì)階段。在進(jìn)行三維設(shè)計(jì)時(shí)不必像二維平面設(shè)計(jì)一樣向建筑、結(jié)構(gòu)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)索要條件圖，三維設(shè)計(jì)平臺(tái)是一個(gè)協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，各專(zhuān)業(yè)的模型在建好后都存在于已設(shè)置的項(xiàng)目目錄文件內(nèi)，并以只讀的形式共享給各專(zhuān)業(yè)，需要的專(zhuān)業(yè)可以在公共平臺(tái)自由參考。我們將所需的建筑、結(jié)構(gòu)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的模型參考到本專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)文件內(nèi)就可以開(kāi)始本專(zhuān)業(yè)的三維設(shè)計(jì)了。

（3）碰撞檢查階段。對(duì)于一個(gè)建筑系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它涵蓋了建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣等各專(zhuān)業(yè)，在有限的建筑空間里給排水、暖通、電氣等各設(shè)備專(zhuān)業(yè)的管線縱橫交錯(cuò)，雖然在協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中可以減少碰撞，但由于各專(zhuān)業(yè)對(duì)方案的不定期調(diào)整，專(zhuān)業(yè)管道間的碰撞仍然不可避免。此時(shí)，可以根據(jù)項(xiàng)目需要，用三維設(shè)計(jì)碰撞檢查軟件對(duì)給排水專(zhuān)業(yè)各系統(tǒng)的管道以及其它專(zhuān)業(yè)的管線和設(shè)備進(jìn)行碰撞檢查。碰撞檢查時(shí)可將給排水專(zhuān)業(yè)和其它相關(guān)專(zhuān)業(yè)文件分別作為碰撞檢查的檢查對(duì)象和參照對(duì)象（如圖3所示），如果檢查對(duì)象與參照物之間有碰撞，會(huì)被捕捉并記錄下來(lái)，供設(shè)計(jì)人員審核是否需要修改，如圖4所示。這一過(guò)程簡(jiǎn)單快速，極大地減輕了設(shè)計(jì)人員和校核人員的工作負(fù)擔(dān)，可以避免在各專(zhuān)業(yè)完成圖紙?jiān)O(shè)計(jì)以后再進(jìn)行單獨(dú)的管線綜合設(shè)計(jì)，對(duì)于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率都十分有利。

圖3 碰撞檢查文件設(shè)置

圖4 檢查出的水管與風(fēng)管的碰撞

（4）制圖階段。目前工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域用于建筑項(xiàng)目的施工圖紙仍以二維平面圖紙為主，因此，在完成項(xiàng)目三維設(shè)計(jì)以后還須將三維設(shè)計(jì)成果轉(zhuǎn)化為平面圖紙才能交付業(yè)主用于施工。Microstation系列三維設(shè)計(jì)軟件中的切圖功能及其與我們常用的CAD制圖軟件的良好兼容性為三維設(shè)計(jì)成果轉(zhuǎn)化成平面施工圖設(shè)計(jì)產(chǎn)品提供了保障。三維設(shè)計(jì)軟件的切圖功能可以實(shí)現(xiàn)在任何位置切出相應(yīng)平面、立面及剖面圖紙，并且在生成平面圖紙時(shí)軟件會(huì)自動(dòng)將給排水專(zhuān)業(yè)管線轉(zhuǎn)換成單線條，將給排水附件（如消火栓、噴頭、閥門(mén)等）轉(zhuǎn)換成符合國(guó)家制圖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的平面符號(hào)。圖5就是利用三維設(shè)計(jì)軟件的切圖功能抽出來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)層消火栓及給排水平面圖。生成平面圖紙以后再輔以尺寸標(biāo)注、文字說(shuō)明等等就可以作為施工圖產(chǎn)品交付業(yè)主。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)層消火栓及給排水平面圖

3 三維設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)與不足

3.1 三維設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

（1）三維設(shè)計(jì)過(guò)程實(shí)質(zhì)是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行虛擬的工程施工，設(shè)計(jì)師所想即所得，通過(guò)三維設(shè)計(jì)建立的模型就是建筑在建好后的實(shí)際情況，可提前解決施工時(shí)可能遇到的問(wèn)題。

（2）三維設(shè)計(jì)能夠直觀而形象地表現(xiàn)出建筑的外觀和構(gòu)造，給排水等專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師們能更清楚地了解建筑師的設(shè)計(jì)理念及設(shè)計(jì)意圖，配合建筑師更好地完善建筑功能。在三維設(shè)計(jì)過(guò)程中給排水、暖通、電氣等各設(shè)備專(zhuān)業(yè)間設(shè)備及管線的空間相對(duì)位置表達(dá)更精確，能更充分地利用建筑空間層高。

圖6 空氣源熱泵+太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)設(shè)備及管路

（3）整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了協(xié)同設(shè)計(jì)、無(wú)紙化校審，三維軟件中附帶的漫游動(dòng)畫(huà)等功能將所設(shè)計(jì)的內(nèi)容以三維實(shí)體的形式展示（如圖6），更直觀地表達(dá)了給排水設(shè)備與其它專(zhuān)業(yè)間的空間位置。由此可幫助工程設(shè)計(jì)及施工人員加深對(duì)建筑構(gòu)造及專(zhuān)業(yè)間的認(rèn)識(shí)。

3.2 三維設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題及解決辦法

三維設(shè)計(jì)在擁有眾多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也存在很多局限性：

（1）三維設(shè)計(jì)是在三維空間中進(jìn)行專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)，需要通過(guò)多視口、多視角在空間中不停旋轉(zhuǎn)切換以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要。因此，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)周期較傳統(tǒng)平面設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，對(duì)于建筑行業(yè)要求設(shè)計(jì)、施工都要快的行業(yè)現(xiàn)狀有一定的局限性。三維設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)一方面需要我們進(jìn)一步熟悉并提高三維設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用技能，同時(shí)也應(yīng)讓市場(chǎng)適應(yīng)三維設(shè)計(jì)速度，現(xiàn)在建筑市場(chǎng)放緩的當(dāng)下正是逐步試點(diǎn)推行三維設(shè)計(jì)的大好時(shí)機(jī)。

（2）Microstation系列三維設(shè)計(jì)軟件無(wú)模擬計(jì)算功能。在給排水專(zhuān)業(yè)的三維模型中包含有給排水的全部設(shè)備及管道信息，但這些信息在三維設(shè)計(jì)成果轉(zhuǎn)換為平面圖紙的過(guò)程中除統(tǒng)計(jì)材料以外別無(wú)用處?，F(xiàn)在建筑對(duì)節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材具有更高的要求，若三維設(shè)計(jì)軟件帶有模擬計(jì)算功能，運(yùn)用設(shè)計(jì)時(shí)所輸入的設(shè)備、管材、管徑等參數(shù)信息模擬給水、排水系統(tǒng)相關(guān)運(yùn)行工況，并對(duì)設(shè)備選型和管道管徑等提出優(yōu)化建議，無(wú)疑會(huì)使三維設(shè)計(jì)有更好的前景。

（3）三維空間中橫管與立管是相對(duì)概念，同一系統(tǒng)的管道所在圖層和顏色自然也相同。在抽取平面圖紙以后同一系統(tǒng)的立管和橫管也均處于同一圖層，擁有相同的顏色，往往導(dǎo)致打印藍(lán)圖時(shí)立管不易查看。若切圖工具在將橫管變成單線時(shí)賦予0.53mm或0.7mm的線寬即可減少平面圖紙的后期加工時(shí)間，這在技術(shù)層面也是可以做到的。

（4）三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)辦公硬件有較高要求，會(huì)在一定程度上增加設(shè)計(jì)院的辦公成本。但三維設(shè)計(jì)后除了可產(chǎn)生平面圖紙以外，尚有三維模型可作為設(shè)計(jì)產(chǎn)品一并售與業(yè)主，可彌補(bǔ)辦公成本的增加。

4 結(jié)語(yǔ)

三維設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)平面設(shè)計(jì)相比能更準(zhǔn)確真實(shí)的展示建筑環(huán)境，為建筑系統(tǒng)各專(zhuān)業(yè)提供了更好的空間環(huán)境，盡管在現(xiàn)階段的應(yīng)用中還存在一些不足，但隨著相關(guān)設(shè)計(jì)輔助工具的開(kāi)發(fā)以及三維設(shè)計(jì)軟件的完善，相信三維設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)（尤其在設(shè)計(jì)一些大型的復(fù)雜工程時(shí)）會(huì)更加明顯。通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)踐，我們認(rèn)為三維設(shè)計(jì)是符合現(xiàn)代建筑發(fā)展的一種新的設(shè)計(jì)理念與技術(shù)，能夠擁有良好的發(fā)展前景，將會(huì)是未來(lái)工程設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。

[1]湯眾，欒容，劉烈輝，等.Microstation工程設(shè)計(jì)應(yīng)用教程（制圖篇）[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008：40-43.

[2]趙偉，張翔宇，陳超熙，等.Microstation V8中文版實(shí)用手冊(cè)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2002：128-129.