大型商業(yè)綜合體中BIM管線綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究

任昱忠 李勇

摘 ?要：在大型復(fù)雜工程項(xiàng)目中，傳統(tǒng)的二維圖紙難以解決綜合管線施工中各專業(yè)之間的碰撞、錯(cuò)誤、遺漏等問題。結(jié)合工程實(shí)踐，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行復(fù)雜機(jī)電工程管線綜合深化設(shè)計(jì)、碰撞檢測(cè)、工程量統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)平衡校核、施工技術(shù)交底、質(zhì)量問題跟蹤、輔助編制專項(xiàng)方案等，有效提高了施工圖紙的質(zhì)量和施工效率，減少了項(xiàng)目協(xié)調(diào)和返工時(shí)間，縮短了建設(shè)工期，降低了項(xiàng)目建設(shè)成本，提高了施工質(zhì)量，提升了技術(shù)和管理水平，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和綜合效益，為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);機(jī)電管線綜合深化設(shè)計(jì);碰撞優(yōu)化;可視化;工程管理

中圖分類號(hào)：TU81 ???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ???文章編號(hào)：2096-6903（2019）03-0000-00

1 現(xiàn)行管線綜合設(shè)計(jì)與安裝施工中存在的問題

大型商業(yè)綜合體項(xiàng)目往往伴隨著錯(cuò)綜復(fù)雜的綜合管線，管線和設(shè)備安裝過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各專業(yè)管線之間、管線與建筑結(jié)構(gòu)之間的碰撞，因此增加了施工工作的復(fù)雜性。在傳統(tǒng)二維CAD設(shè)計(jì)圖紙中標(biāo)識(shí)各專業(yè)管線位置及走向，說明管線排布原則，在綜合圖紙中疊加體現(xiàn)。因此在局部管線較多或交叉碰撞的關(guān)鍵部位增加剖面圖。再經(jīng)圖紙會(huì)審后實(shí)施。

由于項(xiàng)目復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)工作人員能力存在差別，在實(shí)際施工安裝中，設(shè)計(jì)方在現(xiàn)場(chǎng)參與較少，很多問題難以得到全面直觀的考慮。因此常常出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象，造成返工和材料的浪費(fèi)，此外還存在操作空間不足、室內(nèi)凈高不夠、管線排布不美觀、操作時(shí)存在安全隱患等問題。因此設(shè)計(jì)“錯(cuò)、漏、碰、撞”等問題日益突出，極大地影響工作效率和工程質(zhì)量。具體問題如下：

（1）管線碰撞分析不全面，不能綜合考慮安裝中各專業(yè)與建筑結(jié)構(gòu)等專業(yè)間的位置沖突。實(shí)施中參建各單位專業(yè)人員通過不斷查看圖紙來進(jìn)行綜合管線的分析及校正，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，失誤也多。特別是在大型項(xiàng)目中，有部分梁高變化較大，常常忽略了管線與梁的碰撞問題。（2）管線優(yōu)化處理難以系統(tǒng)化。二維設(shè)計(jì)軟件不能提供實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)修改功能，需要手動(dòng)修改。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于綜合管線交叉碰撞位置的處理主要為局部調(diào)整，難以從整體角度考慮大范圍管線的走向問題，因此會(huì)因?yàn)榫植康恼{(diào)整造成其他部位管線和構(gòu)件的再次碰撞。

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等五大特點(diǎn)。本文主要采用基于BIM的Magicad、Naviosworks管線綜合多專業(yè)三維協(xié)同優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)與機(jī)電安裝專業(yè)模型的三維可視化融合、碰撞檢查分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決復(fù)雜建筑綜合管線安裝質(zhì)量問題。

2 工程概況

本工程為河南省駐馬店市置地百佳商業(yè)廣場(chǎng)工程，位于駐馬店市樂山路與洪河大道交叉路東南角，總建筑面積125050m，結(jié)構(gòu)類型為框架-核心筒、剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑高度78.5m，分為商場(chǎng)、A座、B座、C座、D座五個(gè)部分。其中商場(chǎng)部分為地下二層、地上五層。在商業(yè)工程部分，包括土建、機(jī)電安裝、鋼筋、裝飾裝修、地下工程和人防工程等。其中商業(yè)廣場(chǎng)部分深基礎(chǔ)達(dá)-11.54m，內(nèi)部包括通風(fēng)防排煙、空調(diào)新風(fēng)、空調(diào)水、噴淋、消防、生活給水、生活排水、虹吸雨水、照明、弱電、變配電等眾多子系統(tǒng)。管線、設(shè)備多集中于地下室、地上商場(chǎng)、公共走廊中，機(jī)械設(shè)備較多，機(jī)電管線系統(tǒng)繁多，管線錯(cuò)綜復(fù)雜，碰撞檢查復(fù)雜，環(huán)境要求較高，空間凈高要求嚴(yán)格，施工難度較大。

3 BIM機(jī)電管線綜合優(yōu)化過程

BIM技術(shù)在機(jī)電管線綜合深化設(shè)計(jì)中的優(yōu)化流程如圖1所示。

3.1 建筑結(jié)構(gòu)BIM模型的建立

本工程建筑結(jié)構(gòu)BIM模型采用Magicad軟件，使用Room智能建模，基于原二維CAD圖紙建立建筑結(jié)構(gòu)BIM模型。

3.2 建立機(jī)電安裝BIM模型

由于原設(shè)計(jì)圖紙是分專業(yè)進(jìn)行設(shè)計(jì)，基本沒有明確的管線標(biāo)高標(biāo)注，僅有施工時(shí)籠統(tǒng)的安裝原則，很難避免各專業(yè)管線的位置和標(biāo)高互相重合。如果直接按照原二維設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行建模，其碰撞點(diǎn)是初步規(guī)劃設(shè)計(jì)后建模碰撞點(diǎn)數(shù)量的3～5倍，有的甚至達(dá)到10倍以上。因此在建模之前，有必要和機(jī)電安裝總工商討進(jìn)行初步的管線綜合討論，初步確定機(jī)電管線的各自標(biāo)高，制定管線綜合排布的走向并繪制草圖，然后根據(jù)初步規(guī)劃的管線綜合方案進(jìn)行BIM建模。對(duì)于不同類型的管線，需要設(shè)置的模型精細(xì)度不一樣，對(duì)于像暖通風(fēng)管和給排水水管等需要較高的模型精細(xì)度，需要設(shè)置的參數(shù)有標(biāo)高。管道尺寸、坡度和材質(zhì)等，而對(duì)于像附件、管件、閥門等等不需要太高的模型精細(xì)度，過分追求較高的模型精細(xì)度反而會(huì)讓模型瀏覽起來更加緩慢，因此采用合理的機(jī)電模型精細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)劃分是十分有必要的。

3.3 模型整合

通過Magicad軟件整合通風(fēng)、給排水、電氣專業(yè)的BIM模型，進(jìn)而輸出nwf格式的文件，再次用navisworks軟件打開該文件。在Navisworks軟件中采用統(tǒng)一的BIM色彩標(biāo)準(zhǔn)展示，有助于管理人員和技術(shù)人員清晰區(qū)分不同的管道系統(tǒng)類型。

3.4 碰撞檢測(cè)

利用navisworks軟件中強(qiáng)大的“Clash Detective”功能進(jìn)行管線綜合碰撞檢測(cè)。本工程涉及20多種專業(yè)，管線比較復(fù)雜，碰撞專業(yè)涉及通風(fēng)防排煙、噴淋、消火栓、給排水、電纜橋架、空調(diào)風(fēng)、空調(diào)水、虹吸雨水8個(gè)專項(xiàng)，23種碰撞關(guān)系，碰撞總次數(shù)達(dá)3263次。如表1所示。

從項(xiàng)目構(gòu)成上劃分：地下二層碰撞670次，地下一層碰撞808次，一層碰撞725次，二層碰撞86次，三層碰撞161次，四層碰撞83次，五層碰撞325次，六層碰撞405次。從管線碰撞關(guān)系上劃分：碰撞次數(shù)較多的是噴淋與消火栓管線碰撞達(dá)833次，空調(diào)水與空調(diào)風(fēng)碰撞664次，暖通與給排水碰撞618次，給排水與電氣碰撞452次，空調(diào)水與通風(fēng)防排煙碰撞406次，暖通與電氣碰撞285次，碰撞次數(shù)較少的是空調(diào)風(fēng)與通風(fēng)防排煙碰撞5次。通過導(dǎo)出“HTML”格式的碰撞報(bào)告，在碰撞報(bào)告中清楚地看出存在碰撞的圖元的ID，方便優(yōu)化。

3.5 模型優(yōu)化及全專業(yè)CAD圖紙出圖

得到“碰撞報(bào)告后”，BIM優(yōu)化人員根據(jù)各專業(yè)技術(shù)要求，空間要求，施工工作面以及質(zhì)量安全要求等與項(xiàng)目機(jī)電安裝總工商討，確定本工程管線綜合優(yōu)化原則：

（1）層高5.4m部分，通風(fēng)防排煙和空調(diào)風(fēng)管底標(biāo)高不低于4m;層高5.1m部分，通風(fēng)防排煙和空調(diào)風(fēng)管底標(biāo)高不低于3.6m;層高4.5m部分，通風(fēng)防排煙和空調(diào)風(fēng)管底標(biāo)高不低于3m;層高3.9m部分，通風(fēng)防排煙和空調(diào)風(fēng)管底標(biāo)高不低于2.6m。（2）有壓管避讓無壓管（排水管），無壓管（排水管）一般不改動(dòng)。（3）通風(fēng)防排煙和空調(diào)管道與有壓管道（噴淋、給水、消防）碰撞時(shí)，有壓管道避讓，90°上翻處理。通風(fēng)管道末端與水管碰撞時(shí)，提前終止風(fēng)管避讓水管。（4）通風(fēng)防排煙和空調(diào)管道一般情況下按照下部平齊原則排布。（5）消防管道與噴淋管道碰撞時(shí)，噴淋管道避讓消火栓管道;同管徑時(shí)，生活給水管讓消火栓管道，消火栓管道讓噴淋管道。橋架與風(fēng)管碰撞時(shí)，橋架避讓風(fēng)管。（6）水平方向上，管道定位優(yōu)化順序依次為：無壓管道、風(fēng)管、有壓管道和橋梁。

依據(jù)優(yōu)化原則，BIM優(yōu)化人員在Magicad軟件中完成全專業(yè)管線的優(yōu)化，本次優(yōu)化僅優(yōu)化干管部分，支管等管徑較小的管道（如噴淋管道DN15等）不予優(yōu)化。完成二維施工圖紙的優(yōu)化后進(jìn)行BIM出圖。BIM出圖與一般出圖方式不同，該種圖紙是三維與二維相結(jié)合的圖紙，易于理解，方便施工，如圖2所示。

全專業(yè)模型優(yōu)化完成后，利用Magicad軟件中“自動(dòng)預(yù)留孔洞”功能進(jìn)行全專業(yè)孔洞的預(yù)留，通過詳細(xì)的預(yù)留孔洞標(biāo)識(shí)完成對(duì)全專業(yè)預(yù)留孔洞圖紙出圖。如圖3所示。由于該圖紙沒有設(shè)計(jì)單位蓋章及通過圖紙技術(shù)審查及行政聯(lián)合審查，只能作為第三方咨詢成果為項(xiàng)目服務(wù)。

4 本項(xiàng)目管線綜合深化設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

4.1 在地下一層“高低跨”處的應(yīng)用

地下一層17—19軸交A—H軸處，由于梁頂標(biāo)高由5400mm降為4500mm，并且此處管線較為集中，所以在深化設(shè)計(jì)中將此處作為重點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。此區(qū)域有通風(fēng)防排煙管道2000×500mm，空調(diào)風(fēng)管道1000×200mm，空調(diào)供水管道DN100，空調(diào)回水管道DN100，消火栓管道DN150，噴淋管道DN150，強(qiáng)電橋架600×150mm。原設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诖颂帥]有標(biāo)注管線隨著梁高度變化而變化的說明，并且此處管線非常復(fù)雜，涉及到7個(gè)系統(tǒng)，有多處明顯碰撞。如圖4所示。

優(yōu)化解決方案為：管線隨著梁頂標(biāo)高降低而降低，垂直方向上從下往上依次是，暖通專業(yè)、電氣專業(yè)、給排水專業(yè)。暖通管道在最下方，通風(fēng)防排煙管道做45°彎頭下移，下移后管底標(biāo)高為2500mm，空調(diào)風(fēng)管道做90°彎頭下移，下移后管底標(biāo)高為3000mm，空調(diào)水管道做90°彎頭下移，下移后中心標(biāo)高為3080mm。電氣專業(yè)強(qiáng)電橋架做90°彎頭下移，下移后底部標(biāo)高為3250mm，位于空調(diào)風(fēng)、通風(fēng)防排煙管道上方。給排水專業(yè)消火栓管道做90°彎頭下移，下移后中心標(biāo)高為3450mm，噴淋管道做90°彎頭下移，下移后中心標(biāo)高為3450mm。各專業(yè)之間留下足夠的安裝間距，方便施工。經(jīng)過管線綜合深化設(shè)計(jì)后如圖5所示，合理地解決了管線碰撞問題。

4.2 在一層公共走廊區(qū)域的應(yīng)用

本工程一層～六層為商業(yè)部分，一層應(yīng)用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，公共走廊內(nèi)管線復(fù)雜。分別有通風(fēng)防排煙管道2000×400mm，空調(diào)風(fēng)管道1000×200mm，空調(diào)供水管道DN100mm，空調(diào)回水管道DN100mm，噴淋管道DN150mm，消火栓管道DN150mm，強(qiáng)電橋架320×150mm。按照原設(shè)計(jì)圖紙走，此處管線碰撞明顯，并且控制凈高為3.5m，遠(yuǎn)不滿足項(xiàng)目需求。

優(yōu)化方案為：垂直方向上從下往上依次是，暖通專業(yè)，電氣專業(yè)，給排水專業(yè)，暖通專業(yè)中通風(fēng)防排煙管道管豎直上移500，管底標(biāo)高由3500mm升為4000mm，空調(diào)風(fēng)管道豎直上移500，管底標(biāo)高由3500mm升為4000mm，空調(diào)水管道中心標(biāo)高為4150mm，位于通風(fēng)管道上方。電氣專業(yè)強(qiáng)電橋架底部標(biāo)高為4250mm，給排水專業(yè)噴淋、消火栓管道中心標(biāo)高為4350mm，與強(qiáng)電橋架碰撞，噴淋、消火栓管道豎直方向翻彎上移200mm。調(diào)整后控制管底凈高為4000mm，提升了500mm，滿足各方的需要。

通過對(duì)公共走廊區(qū)域管線綜合深化設(shè)計(jì)后，實(shí)現(xiàn)對(duì)管線標(biāo)高全方位的定位，發(fā)現(xiàn)影響凈高的瓶頸位置，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)，使布局美觀緊湊。在施工交底過程中，應(yīng)用三維可視化交底技術(shù)，更直觀地對(duì)細(xì)節(jié)進(jìn)行查看，加快與各專業(yè)分包之間的溝通，同時(shí)通過三維可視化交底，讓現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員更深入地理解圖紙，減少由于施工作業(yè)人員對(duì)設(shè)計(jì)圖紙理解不清造成的返工。在安裝施工過程中，對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行施工模擬，輔以局部剖面圖及局部三維圖，使管線關(guān)系一目了然，更加清楚地向施工人員表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，讓施工人員掌握安裝過程的重點(diǎn)及難點(diǎn)、調(diào)整施工方法及施工工序，提高工程施工效率和質(zhì)量。

5 BIM管線綜合技術(shù)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

本工程涉及20多種機(jī)電安裝專業(yè)，管線復(fù)雜，管線間碰撞共計(jì)3263處。經(jīng)過BIM優(yōu)化后碰撞點(diǎn)僅有221處（多為支管直接碰撞，施工時(shí)簡(jiǎn)單上翻即可），優(yōu)化復(fù)雜碰撞點(diǎn)538個(gè)，發(fā)現(xiàn)圖紙問題25處，理論上優(yōu)化后碰撞點(diǎn)數(shù)為0個(gè)。在實(shí)際施工過程中通過對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了綜合管線安裝的質(zhì)量控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，綜合管線一次安裝合格率達(dá)到了93%，超出了目標(biāo)值90%。并在節(jié)約成本、縮短工期、施工管理效率等方面效果顯著。

（1）節(jié)約成本。經(jīng)過BIM管線綜合深化設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)并優(yōu)化解決了較大碰撞點(diǎn)，明確了所有管線的走向、標(biāo)高和具體位置，依據(jù) BIM-magicad軟件列出材料清單，在施工中，材料利用率達(dá)95%以上。為項(xiàng)目節(jié)約材料成本直接費(fèi)約85萬元。（2）縮短工期。通過BIM-magicad軟件進(jìn)行管線綜合深化設(shè)計(jì)后，大大節(jié)省了各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)工作，為支吊架、預(yù)制件的提前加工制作創(chuàng)造了大量的時(shí)間，同時(shí)避免了不必要的返工，大大地縮短了工期。（3）技術(shù)和管理水平提高。應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行可視化、虛擬化、精細(xì)化的建造，解決了室內(nèi)外機(jī)電專業(yè)多、管線復(fù)雜密集、管線難以合理排布、凈高要求難以滿足、施工難度大等問題。提高交底的有效性，極大提高了技術(shù)管理水平。（4）綜合效益提升。通過應(yīng)用BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)事前控制，設(shè)計(jì)變更大幅減少，現(xiàn)場(chǎng)安裝效率大幅提升，確保項(xiàng)目整體工期、成本和質(zhì)量目標(biāo)。

6 結(jié)語

BIM 技術(shù)在河南省駐馬店市置地百佳商業(yè)廣場(chǎng)工程中的應(yīng)用證明，BIM模型實(shí)現(xiàn)了工程的機(jī)電管線綜合深化設(shè)計(jì)，碰撞檢測(cè)、工程量統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)平衡校核、施工技術(shù)交底、質(zhì)量問題跟蹤、輔助編制專項(xiàng)方案等。BIM技術(shù)在大型復(fù)雜項(xiàng)目中對(duì)提高項(xiàng)目管理水平、施工質(zhì)量和效率有重要作用。

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收稿日期：2019-05-12

作者簡(jiǎn)介：任昱忠（1990—），男，甘肅武威人，本科，研究方向：建筑工程咨詢。

Application Research of BIM Integrated Pipeline Optimization Design in Large Commercial Complex

REN Yuzhong， LI Yong

（1.Xi'an Yanbixing Engineering Consulting Co.， Ltd， Xi'an Shaanxi 710000;

2.Huanghuai University， Zhumadian Henan 463000）

Abstract：?In large and complex engineering projects， traditional two-dimensional drawings are difficult to solve problems such as collisions， errors， and omissions among various majors in integrated pipeline construction. Combining engineering practice， applying BIM technology to ?deepen design of complex mechanical and electrical engineering integrated pipelines， collision detection， engineering quantity statistics， system balance check， construction technology disclosure， quality problem tracking， auxiliary preparation special programs， etc.， which can effectively improve the quality of construction drawings and construction quality， reduce the time spending on the project coordination and rework. And BIM technology can shorten the construction period， reduce project construction cost， improve construction quality， technology and management level. Also BIM technology can achieve good economic benefits and comprehensive benefits， and provide reference for similar projects.

Keywords：?BIM technology; deepening design of mechanical and electrical integrated pipeline; collision optimization; visualization; engineering management