BIM在給水排水消防設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

吳娜

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039）

0 引言

從20世紀(jì)60年代，CAD開始進(jìn)入到設(shè)計(jì)領(lǐng)域，大大提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率。目前，在CAD的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了天正建筑，湘源控規(guī)等軟件，都為設(shè)計(jì)帶來了方便快捷性。然而，這些軟件都是在二維空間中設(shè)計(jì)，具有很大的局限性，與手繪圖紙同樣避免不了因?yàn)閰f(xié)調(diào)而造成的錯誤和浪費(fèi)。由二維圖紙轉(zhuǎn)化為三維實(shí)體時，尤其對于設(shè)備專業(yè)，各專業(yè)管道錯綜復(fù)雜，因此就凸顯了三維制圖在建筑設(shè)計(jì)中的重要作用。BIM三維設(shè)計(jì)的發(fā)展為了實(shí)現(xiàn)更為全面、更為高效的設(shè)計(jì)與制圖，就成為了一項(xiàng)巨大的突破，通過建筑模型的建立，可以反映建筑物所具有的真實(shí)信息。它具有可視化，協(xié)調(diào)性，優(yōu)化性，模擬性和可出圖性五大特點(diǎn)。目前BIM軟件種類繁多，核心建模軟件主要有以下幾種：①民用建筑使用Autodesk Revit。②工廠設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)設(shè)施用Bentley。 ③項(xiàng)目完全異性、預(yù)算比較充裕的可以選擇Digital Project或CATIA?！?】建筑給排水中主要仍是使用Autodesk Revit.

1 BIM在給排水消防工程中的應(yīng)用

1.1 可視化設(shè)計(jì)

BIM的三維視圖在給排水消防管道設(shè)計(jì)中最大的優(yōu)點(diǎn)就是可視化，能從不同角度看到不同剖面。用傳統(tǒng)二維的圖紙表達(dá)三維的建筑，必然要將本來完整的圖紙分割成平、立、剖等多個不同側(cè)面，引入了大量重復(fù)信息，效率低下，方案比選和管道碰撞檢查也變得復(fù)雜抽象。而BIM的三維可視化特點(diǎn)使設(shè)計(jì)人員不再局限于平面圖、立體圖和剖面圖的想象，而是使設(shè)計(jì)人員可以任意角度地觀察，繪制和修改模型，使整個設(shè)計(jì)過程變得更加明了直接，這樣就能減少傳遞信息過程中的失真情況，有效確保信息的有效性與完整性。此外，設(shè)備專業(yè)主要是在建筑和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，會隨著建筑結(jié)構(gòu)的修改而修改，故借助BIM繪圖技術(shù)則可使修改工作更加簡單，操作性強(qiáng)。目前我國已有不少大型項(xiàng)目BIM技術(shù)，例如2008年北京奧運(yùn)會奧運(yùn)村空間規(guī)劃及物資管理信息系統(tǒng)、南水北調(diào)工程以及香港地鐵、上海迪士尼奇幻童話城堡等項(xiàng)目。奇幻童話城堡（圖1）是上海迪士尼樂園的標(biāo)志性建筑，位于夢幻樂園的中心地塊。該項(xiàng)目空間不大，機(jī)電各專業(yè)系統(tǒng)錯綜復(fù)雜，較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)增加了許多新的系統(tǒng)，如水專業(yè)的水景管線，暖通專業(yè)的壓縮空氣以及電氣專業(yè)的滿足娛樂設(shè)備的配電橋架，這使得傳統(tǒng)的二維繪圖方式無法滿足該項(xiàng)目的要求。因此嘗試基于revit平臺通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，為圖紙繪制、管線綜合、碰撞檢測及施工指導(dǎo)提供新的途徑。減少工程造價、節(jié)約建設(shè)成本；提前為實(shí)現(xiàn)以運(yùn)營管理為導(dǎo)向的理念；提供運(yùn)營管理需要的有效信息；打造樂園獨(dú)特魅力【2】。

圖1 奇幻童話城堡地下室模型

1.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)

在BIM繪圖中，所有設(shè)備構(gòu)件及管件等都可以精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員要合理安排擺放設(shè)備，確定管道走向，管徑大小，管道材質(zhì)及管道連接方式等。對于BIM模型而言，有效利用參數(shù)化特性可以提高畫圖效率，如明細(xì)表、三維視圖、二維視圖等可都在建筑模型中表現(xiàn)出信息的形式，如果修改模型的參數(shù)化，BIM模型可以對平面、明細(xì)表、模型視圖等不同的位置的設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，并且及時地更新修改后的信息【3】。此外，通常我們在設(shè)計(jì)時，在進(jìn)行給排水工程材料表編制的工作中，基本都是按照圖紙進(jìn)行測量和統(tǒng)計(jì)，這樣的做法不僅效率低，而且易出現(xiàn)錯誤，一旦對圖紙進(jìn)行了修改，要重新統(tǒng)計(jì)，將會變得非常復(fù)雜，而利用BIM本身是一個數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)，可以隨時取到真實(shí)可靠的材料表清單，進(jìn)行工程的成本預(yù)算等工作。參數(shù)化設(shè)計(jì)主要包括項(xiàng)目參數(shù)和共享參數(shù)，是指的機(jī)電各專業(yè)內(nèi)部的參數(shù)，如給排水專業(yè)設(shè)備明細(xì)表中需統(tǒng)計(jì)的設(shè)備族參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)圖框的信息欄對應(yīng)的項(xiàng)目參數(shù)，以及機(jī)電圖紙標(biāo)注所需的共享參數(shù)等。共享參數(shù)只需制定一次即可一勞永逸。這項(xiàng)工作一般由機(jī)電各專業(yè)負(fù)責(zé)人完成，以保障參數(shù)的統(tǒng)一性【4】。構(gòu)建參數(shù)化可以為設(shè)計(jì)思考和創(chuàng)意提供一個開放的圖形式系統(tǒng)。參數(shù)化構(gòu)建不需要編程語言或代碼，便可用于錯綜復(fù)雜的建筑設(shè)備及管道系統(tǒng)的裝備。重慶某商貿(mào)物流項(xiàng)目運(yùn)用BIM技術(shù)采用參數(shù)化設(shè)計(jì)對施工圖進(jìn)行檢測校對，如圖2所示可以清晰明了的記錄給排水消防系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)，構(gòu)件和設(shè)備的幾何信息。

圖2 某商貿(mào)中給水排水消防系統(tǒng)BIM模型

1.3 協(xié)同設(shè)計(jì)

協(xié)同設(shè)計(jì)是指在一個完整的組織機(jī)構(gòu)共同來完成一個項(xiàng)目，建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣均從項(xiàng)目的信息和文檔從一開始創(chuàng)建時起，就放置到一個共享平臺上，為項(xiàng)目組的所有成員查看和利用，從而完美實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)流程上下游專業(yè)間的“提資”。通常在CAD平臺工作時，無法加載其他的數(shù)據(jù)信息，尤其是在進(jìn)行給排水工程設(shè)計(jì)時，需要結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)資料，較為復(fù)雜，各個專業(yè)難以協(xié)同化工作，影響工作效率，并增加了非必要工作量。而在BIM模式下，所有的數(shù)據(jù)信息都會在建筑信息模型庫中匯總，各個專業(yè)可以隨時改動并通知其他專業(yè)，其他專業(yè)重新鏈接一下即可完成底圖替換工作，如給排水中水泵的質(zhì)量以及尺寸等，其他專業(yè)的也可以隨時進(jìn)行查閱。給排水專業(yè)的水泵相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行了修改后，電氣專業(yè)的符號也會隨著進(jìn)行改變，所有的專業(yè)工作都會根據(jù)這個建筑信息模型來開展，不僅可以簡化工作模式，還能增強(qiáng)工作的協(xié)同性【5】。BIM提供項(xiàng)目參與方三維的信息共享平臺，促進(jìn)更有效的互動。在傳統(tǒng)方式上非專業(yè)人員想更全面了解設(shè)計(jì)理念是十分困難的，這就造成實(shí)際存在的信息斷層。三維的BIM模型表達(dá)形式更直觀易懂，連接了傳統(tǒng)模式上分散的設(shè)計(jì)成果，降低了非專業(yè)人士對項(xiàng)目的理解難度，提升了不同專業(yè)間、不同參與方對項(xiàng)目的協(xié)同能力，同時提高設(shè)計(jì)精度。

1.4 管線綜合

在二維CAD繪圖過程中，各個專業(yè)在各自的圖上繪制，互相之間缺乏了解溝通，很可能在項(xiàng)目完成時發(fā)現(xiàn)管線碰撞，或者管線穿梁等問題，調(diào)整起來較為繁瑣，影響工作質(zhì)量。機(jī)電安裝過程最容易造成經(jīng)濟(jì)損失的便是返工，越大規(guī)模的項(xiàng)目，設(shè)備管線越多，錯綜復(fù)雜，碰撞沖突可能性越大，造成工期、經(jīng)濟(jì)損失。而在BIM模式下，三維直觀的管道系統(tǒng)反映的是空間狀態(tài)，直觀地呈現(xiàn)出管線綜合之后的凈空高度，設(shè)計(jì)師既可以在繪圖過程中直觀觀察到碰撞沖突，又可在繪圖后期利用軟件進(jìn)行碰撞檢查，將檢測內(nèi)容及時反饋給各專業(yè)設(shè)計(jì)人員以進(jìn)行調(diào)整和修改。對項(xiàng)目進(jìn)行管線綜合的工作，對于后期施工也有很大的幫助。以前在二維圖中很難發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)失誤，導(dǎo)致后續(xù)施工出現(xiàn)問題，整修既費(fèi)時又費(fèi)力，而在BIM三維視圖中進(jìn)行管線綜合設(shè)計(jì)可大大提高項(xiàng)目可靠性。BIM給建筑施工企業(yè)帶來的不僅是一個高效的工具，更多的是提供一種建筑施工的全新理念。通過BIM技術(shù)，能夠?yàn)楦鲗I(yè)的安裝和施工提供準(zhǔn)確的構(gòu)件信息和定位尺寸等數(shù)據(jù)，最終到達(dá)指導(dǎo)施工、檢驗(yàn)施工和降低施工成本的目的。以下是某塑料廠模型碰撞分析對比表1、圖3，可以看出在BIM平臺中的設(shè)計(jì)能夠智能檢測出全部碰撞，便于設(shè)計(jì)人員修改，提高施工質(zhì)量。

圖3 綜合管線碰撞示意圖

表1 沖突報(bào)告檢測內(nèi)容

2 BIM運(yùn)用中的問題及解決方法

BIM在工程設(shè)計(jì)中已占據(jù)越來越重要的地位，然而在給排水消防設(shè)計(jì)中依然存在一定的問題，具體如下：

（1）目前BIM設(shè)計(jì)未形成統(tǒng)一的給排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，未能統(tǒng)一則導(dǎo)致不同設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)差異頗大，對整體設(shè)計(jì)行業(yè)影響不好。政府和行業(yè)應(yīng)整體推進(jìn)推廣BIM應(yīng)用工作，積極參與BIM標(biāo)準(zhǔn)的制定，完善建筑業(yè)行業(yè)體制、規(guī)范。

（2）Revit的繪圖方式建立在“族”的調(diào)用及其參數(shù)設(shè)置上，然而BIM設(shè)計(jì)中給水排水的很多設(shè)備構(gòu)建在BIM的族庫中還是沒有的，同時，符合中國建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件更為缺少。工程師目前可通過一些論壇以及國外知名廠家的網(wǎng)站來搜索族，以滿足使用要求。

（3） Revit二維功能比較弱，圖象輸出分辨率不能滿足要求，生產(chǎn)二維圖紙的能力較弱，目前BIM對于給水排水專業(yè)出圖率只能達(dá)到30%左右，故不能通過圖紙明確表達(dá)出設(shè)計(jì)意圖、指導(dǎo)施工，這樣對于使用電腦不便的施工方較為不利，故在未來發(fā)展中還需完善技術(shù)，提高出圖率。

（4）進(jìn)行管道計(jì)算、系統(tǒng)計(jì)算前管道與器具、管道與設(shè)備必須建立邏輯連接和物理連接，有時一處管道沒連好造成整個系統(tǒng)無法計(jì)算，【6】核算過程較為復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)人員加倍細(xì)心，保質(zhì)保量完成每一步。

3 BIM技術(shù)與傳統(tǒng)CAD技術(shù)的優(yōu)劣比較

通過對Revit在建筑給排水消防設(shè)計(jì)中的運(yùn)用實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代設(shè)計(jì)的需求，并且在許多大型工程項(xiàng)目上的使用越來越力不從心，兩者比較主要有以下幾個方面考慮：

（1）傳統(tǒng)CAD技術(shù)在施工圖階段效率低下，易出現(xiàn)管線碰撞，設(shè)計(jì)漏洞等；而BIM技術(shù)運(yùn)用設(shè)備管線提前繪制模擬成型，解決了機(jī)電工程管線綜合和碰撞檢測，可直觀有效地指導(dǎo)機(jī)電管線安裝，并有效地實(shí)現(xiàn)與各個專業(yè)之間的配合，降低了施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)錯誤整改拆修的成本投入，開啟設(shè)計(jì)優(yōu)化模式。

（2）傳統(tǒng)CAD技術(shù)需要人工統(tǒng)計(jì)材料表，造成漏項(xiàng)錯項(xiàng)問題嚴(yán)重，同時二維CAD中無法精確畫出每一個閥門閥件，通常較為粗略；BIM技術(shù)則可自動統(tǒng)計(jì)材料表，省下了人力物力，同時又較為精準(zhǔn)，使工程現(xiàn)場材料管理精細(xì)化，也可方便準(zhǔn)確計(jì)算工程造價，便于購買工程材料等。

（3）傳統(tǒng)CAD技術(shù)中各專業(yè)獲取數(shù)據(jù)的及時性和準(zhǔn)確性難于保證，尤其是對于復(fù)雜的工程項(xiàng)目，難以保證施工進(jìn)度；BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容協(xié)同一致；充分有效利用項(xiàng)目信息；縮短建設(shè)周期，便于進(jìn)行統(tǒng)籌管理，提高其效率的同時，優(yōu)化了其管理效率和管理工程，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。

（4）傳統(tǒng)CAD技術(shù)使用更加快捷方便，出圖率高；BIM技術(shù)中快捷鍵的使用相對弱化【7】，在項(xiàng)目中已建成的單體構(gòu)筑物二次利用難度較大，現(xiàn)有的模型復(fù)制和移動時經(jīng)常出現(xiàn)管路連接斷開，以及不能隨意移動等問題。

4 結(jié)語與展望

近年來，建筑信息模型技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域取得了大量的應(yīng)用成果。BIM作為一種新理念得到了業(yè)內(nèi)的認(rèn)可。雖然在國內(nèi)BIM設(shè)計(jì)技術(shù)還未廣泛使用，行業(yè)內(nèi)仍以CAD為主，但是BIM的巨大優(yōu)勢必將引領(lǐng)設(shè)計(jì)的新征程。同時，BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計(jì)中存在的問題還需積極探究解決，確保在建筑給排水設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的優(yōu)勢能得到充分發(fā)揮。相信在未來設(shè)計(jì)市場上BIM設(shè)計(jì)技術(shù)將會具有良好的發(fā)展前景和商業(yè)價值。

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