BIM技術(shù)在醫(yī)院給水排水工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張愛華，梁書凱，萬 芳

（中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院有限公司，沈陽 110006）

BIM技術(shù)在醫(yī)院給水排水工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張愛華，梁書凱，萬 芳

（中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院有限公司，沈陽 110006）

BIM，即建筑信息模型，是指建筑物在設(shè)計(jì)和建造過程中，創(chuàng)建和使用的“可計(jì)算數(shù)字信息”；覆蓋了整個(gè)建筑生命周期，是有效的將建筑業(yè)主、設(shè)計(jì)理念、施工現(xiàn)場(chǎng)、運(yùn)營(yíng)管理全方位有效的結(jié)合到一起的一種新型設(shè)計(jì)方法，由于其三維化、參數(shù)化、信息化等優(yōu)點(diǎn)越來越受到各界的重視。本文以渾南醫(yī)院腫瘤中心及急診急救中心建筑給排水工程設(shè)計(jì)為實(shí)例，分析BIM相比于傳統(tǒng)二維制圖軟件在醫(yī)院給水排水設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)。

BIM；給水排水工程設(shè)計(jì)；協(xié)同工作；碰撞檢查；三維視圖

0 引言

從20世紀(jì)90年代開始，CAD發(fā)展日漸成熟，CAD的使用大大地提高了工作效率，使設(shè)計(jì)人員從繁瑣的手繪圖紙中解脫出來[1]；但是隨著科技的發(fā)展，CAD已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段建筑行業(yè)的要求；其中醫(yī)療類建筑的設(shè)計(jì)是建筑及復(fù)雜工藝設(shè)計(jì)的集合體，通常比其他建筑設(shè)計(jì)復(fù)雜程度高，涉及建筑能耗系統(tǒng)、物流運(yùn)輸系統(tǒng)及生命支撐系統(tǒng)的交叉設(shè)置，建筑內(nèi)管線錯(cuò)綜復(fù)雜，同時(shí)需要多學(xué)科人員緊密配合。應(yīng)用BIM技術(shù)能夠較好的解決這些問題，并且清晰地表現(xiàn)各種管道系統(tǒng)布置方式，為日后運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供信息支持。

目前，BIM技術(shù)主要用于建筑設(shè)計(jì)，設(shè)備專業(yè)工程師對(duì)BIM的認(rèn)識(shí)深度和接受應(yīng)用的程度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于建筑工程師。本文以實(shí)際設(shè)計(jì)項(xiàng)目“沈陽市渾南醫(yī)院——腫瘤中心及急診急救中心”為基礎(chǔ)，使用revit軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了BIM技術(shù)在醫(yī)療類建筑的給水排水設(shè)計(jì)中相比于傳統(tǒng)二維制圖軟件所表現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。

2 BIM在醫(yī)院給水排水工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 BIM協(xié)同化工作的優(yōu)勢(shì)

協(xié)同化工作，包括設(shè)計(jì)時(shí)的能量分析、碰撞檢查、成本計(jì)算；施工時(shí)的進(jìn)度跟蹤、現(xiàn)場(chǎng)安全；使用時(shí)的運(yùn)營(yíng)管理、維修管理[2]；以及建筑使用后的翻新、改造、拆除等等[3]。如此，BIM能夠有效地綜合所有建設(shè)項(xiàng)目所涉及到的部門，為建設(shè)項(xiàng)目的每個(gè)過程提供精準(zhǔn)化服務(wù)。

在二維設(shè)計(jì)中，通常先由建筑專業(yè)向其他各個(gè)專業(yè)提出最初的建筑條件，隨后各個(gè)專業(yè)根據(jù)自身需要向建筑專業(yè)反提條件，如此反復(fù)直到設(shè)計(jì)工作最終完成。在這樣的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，因軟件及技術(shù)的局限性，各部門設(shè)計(jì)人員難以實(shí)現(xiàn)協(xié)同化工作，必然引發(fā)溝通不足與非必要性修改等問題，由此極大地影響了設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的工作效率。而在BIM技術(shù)協(xié)同工作中存在一個(gè)共享平臺(tái)，即信息模型。各個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)人員可同時(shí)對(duì)此信息模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，將各自所需要的設(shè)備構(gòu)件、管道信息設(shè)置于模型中并賦予參數(shù)，各專業(yè)的設(shè)計(jì)人員即可在第一時(shí)間了解其他專業(yè)的設(shè)備參數(shù)、設(shè)計(jì)進(jìn)度、交叉碰撞情況。

2.2 BIM三維可視化的應(yīng)用

BIM的三維視圖和可視化是不能分割的，三維視圖的出現(xiàn)就是為了通過視覺效果，從不同的角度認(rèn)識(shí)、了解建筑。在BIM的三維視圖中，軟件不再是一種畫圖的工具，更是一種設(shè)計(jì)的手段，基于BIM的三維可視化特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)構(gòu)思能夠得到實(shí)時(shí)性呈現(xiàn)，不再局限于通過平面圖、立面圖、剖面圖的想象[4]。BIM的三維視圖不僅能夠?qū)崟r(shí)呈現(xiàn)設(shè)計(jì)構(gòu)思，同時(shí)還允許設(shè)計(jì)人員任意角度觀察、繪制及修改模型，使整個(gè)設(shè)計(jì)過程變得鮮活流暢。圖1是BIM技術(shù)設(shè)計(jì)的腫瘤中心的外部效果圖，包括外部的建筑顏色、日照分析、場(chǎng)內(nèi)的功能劃分等，建筑效果一目了然。同時(shí)BIM的漫游功能，能夠模擬設(shè)計(jì)人員親臨建筑內(nèi)部，通過內(nèi)部的視覺效果了解擬建建筑物的功能性、合理性、安全性及舒適度等問題。通過漫游功能模擬的內(nèi)部走廊中管道布置狀況、管道高度、消火栓位置、墻體、門窗材質(zhì)、顏色等，整個(gè)擬建建筑的內(nèi)部設(shè)計(jì)都盡收眼底。

圖1 BIM設(shè)計(jì)建筑外部三維效果圖

對(duì)于給水排水專業(yè)，由于所有管道、設(shè)備均被參數(shù)化，可視化的三維效果，能夠準(zhǔn)確的了解到每一根水管的走向、坡度、與設(shè)備的連接方式、是否有利于檢修以及能否與室外管線銜接等各種問題。在運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，所有的設(shè)備構(gòu)件都與實(shí)際的尺寸一致，在設(shè)計(jì)時(shí)，就能夠合理的布置設(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。以排水管道為例，圖2為醫(yī)院診室內(nèi)洗手盆排水管道的局部剖面圖，與洗手盆連接的排水立管管徑為d75，排水橫干管管徑為d100，排水坡度為1.2%，排水橫干管在梁下敷設(shè)，所有設(shè)計(jì)效果均能準(zhǔn)確呈現(xiàn)。

圖2 BIM技術(shù)設(shè)計(jì)的排水管道剖面圖

在普通的CAD繪圖中，當(dāng)任意管道或設(shè)備要修改時(shí)，相對(duì)應(yīng)的其他圖紙均需要自行修改，系統(tǒng)圖更需要設(shè)計(jì)人員通過空間想象來繪制。而在運(yùn)用BIM進(jìn)行給水排水設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可利用多窗口、多角度、多剖面進(jìn)行同時(shí)觀察、同時(shí)設(shè)計(jì)；并且在任一窗口進(jìn)行的設(shè)計(jì)修改，結(jié)果會(huì)實(shí)時(shí)反饋到其他窗口，這對(duì)于空間管線布置及設(shè)備連接有很大幫助，也避免了人為疏忽造成的錯(cuò)誤或遺漏。同時(shí)BIM能夠自動(dòng)生成系統(tǒng)圖（即三維視圖），保證了系統(tǒng)圖與平面圖的完全一致，不僅減少了繁瑣的工作量，更減少了錯(cuò)誤的出現(xiàn)。如圖所示，利用BIM的可視化功能對(duì)平面、剖面、三維視圖同時(shí)設(shè)計(jì)的衛(wèi)生間給水管道圖（圖3）及病房放大圖（圖4）。

圖3 BIM技術(shù)繪制衛(wèi)生間給水排水放大圖

圖4 BIM技術(shù)繪制的三維病房放大圖

2.3 BIM管道綜合的應(yīng)用

在建筑設(shè)計(jì)中，尤其是遇到體量龐大復(fù)雜的工程時(shí)，各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)難度也將成倍增加。在二維的設(shè)計(jì)工作中，管道綜合通常是通過簡(jiǎn)單的圖紙疊加來實(shí)現(xiàn)，難于全面分析管道的交叉情況，無法直觀的看出管道的縱向布置。因此管線之間或管線與結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間常常發(fā)生碰撞，造成返工或浪費(fèi)，給施工帶來麻煩，影響室內(nèi)凈高[5]，甚至引發(fā)安全隱患。BIM技術(shù)就可以解決這些問題，全專業(yè)的真實(shí)尺寸建模技術(shù)能夠準(zhǔn)確定位管道高度，全面檢查管線碰撞，通過平面圖、剖面圖、軸測(cè)圖、3D模型以及動(dòng)畫漫游，將所有擬建構(gòu)思完整呈現(xiàn)。圖5為管道經(jīng)碰撞檢查前后對(duì)比圖，圖6為局部管道三維圖。從圖中我們能夠看出，雖然整個(gè)工程的管道量非常大，但是通過不同的顏色區(qū)分出了不同專業(yè)和系統(tǒng)的管道，管道在建筑中的排列是井然有序的，為日后的施工和運(yùn)營(yíng)管理提供了更便利的條件。

圖5 經(jīng)碰撞檢查前后局部管道綜合對(duì)比圖

圖6 設(shè)備層局部管道綜合圖

3 結(jié)語

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展。以傳統(tǒng)的CAD技術(shù)為代表的二維設(shè)計(jì)已不能滿足建筑行業(yè)的要求，BIM的誕生，將設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)緊密聯(lián)系在一起，極大地提高了人員的工作效率，節(jié)省工程建設(shè)成本。

1）參數(shù)驅(qū)動(dòng)的建筑三維設(shè)計(jì)，給施工圖修改帶來的“一處修改、處處更新[6]”的便利，極大地縮減了改圖工作量及出錯(cuò)幾率。

2）三維協(xié)同設(shè)計(jì)為全專業(yè)實(shí)時(shí)配合帶來的工作效率提高。

3）可視化使各設(shè)計(jì)部門的溝通變得方便直接。

4）碰撞檢查技術(shù)能夠排查設(shè)計(jì)盲點(diǎn)降低圖紙出錯(cuò)率。

BIM技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)于現(xiàn)階段，仍存在不足之處：

1）出圖率低，現(xiàn)階段BIM在給水排水專業(yè)中的出圖率僅有30%左右，并且是二維圖紙出圖，而二維圖紙無法明確表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，并指導(dǎo)施工。

2）目前針對(duì)BIM技術(shù)沒有統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[7]。

3）為了將BIM技術(shù)運(yùn)用到整個(gè)建筑生命周期，就需要設(shè)計(jì)單位、施工單位、運(yùn)營(yíng)單位同時(shí)掌握BIM技術(shù)并學(xué)會(huì)使用，對(duì)相關(guān)人員的技術(shù)水平要求高。

隨著科技技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)家政策的大力支持，BIM技術(shù)將逐步發(fā)展成為建筑工程設(shè)計(jì)的主要手段，有助于提高效率、節(jié)約成本、提高施工質(zhì)量、完善運(yùn)營(yíng)管理等。本文從一個(gè)設(shè)計(jì)者的角度，總結(jié)實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，介紹一些BIM設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，希望能給更多的設(shè)計(jì)者一些幫助。

[1]李雄華.BIM技術(shù)在給水排水工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2009.

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[3]Teicholz Eastman，Liston Sacks.BIM Handbook-a guide to building information modeling for owners，managers，designers，engineers and contractors[M].Aufl，2，Wiley，Hoboken，2011.

[4]王哲，閆學(xué)坤.BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)工作中的應(yīng)用研究[A].第五屆中國(guó)國(guó)際數(shù)字城市建設(shè)技術(shù)研討會(huì)論文集[C].北京：中國(guó)電子商務(wù)協(xié)會(huì)，建設(shè)部，2010：392-396.

[5]薛訓(xùn)明，陳凱，等.BIM在合肥卷煙廠全生命周期應(yīng)用的研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)：學(xué)術(shù)交流，2014（1）：195-198.

[6]梁超.BIM在建筑給排水工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].給水排水，2012，38（1）：142-144.

[7]楊珊珊，劉勤.由Revit軟件初體驗(yàn)到BIM三維模式的思考[J].山西建筑，2011，18（37）：255-256.

TU205

A

1673-1093（2015）02-0076-03

張愛華，女，高級(jí)工程師。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.02.019

2014-09-30；

2014-11-22