基于BIM 的建筑給排水設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究

張贊

（北京市東方暢想建筑設(shè)計(jì)有限公司）

1 引言

新時(shí)期國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，居民的生活水平的上升，相應(yīng)的對(duì)居住環(huán)境的要求也變的更多。對(duì)于建筑物的內(nèi)部給排水管道系統(tǒng)，人們不再僅僅要求它滿足用水要求。對(duì)于安全性和穩(wěn)定性等功能，應(yīng)更多考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)和布局是否合理以及是否影響建筑物的整體美觀。除了上述某些要求外，當(dāng)今的供水和排水管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須能夠滿足經(jīng)濟(jì)，節(jié)能和環(huán)保的要求。

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，給水排水管道是以施工圖和專業(yè)基礎(chǔ)圖為基礎(chǔ)的。與其他設(shè)備管道相比，獨(dú)立性強(qiáng)，易與其他管道碰撞、摩擦。然而，二維圖形對(duì)處理碰撞和摩擦等問題還不完善，這就要求設(shè)計(jì)者具備各種抽象思維能力[15]。管道的碰撞和摩擦問題在設(shè)計(jì)階段無法完全解決，假設(shè)管道彎曲問題和二維圖紙無法可視化，假設(shè)相關(guān)問題到施工階段才暴露出來，會(huì)給施工帶來很多麻煩和困難，影響并延誤工期。

2 BIM 與其理論

2.1 BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的內(nèi)涵

BIM 工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)化是一種基于統(tǒng)計(jì)值的建筑設(shè)計(jì)、施工和管理的保障方案。通過統(tǒng)計(jì)值與信息溝通系統(tǒng)中模式和風(fēng)格的整合，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、整體運(yùn)營(yíng)、綜合維護(hù)的目的[1]。為了使技術(shù)人員能夠清晰地反映不同的工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和包括施工單位在內(nèi)的協(xié)同工作奠定了基礎(chǔ)，在提高生產(chǎn)效率和節(jié)省成本，縮短施工周期方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。與過去的手工圖和CAD 圖相比，過去的設(shè)計(jì)方法只能實(shí)現(xiàn)單面設(shè)計(jì)，通常是分階段、分專業(yè)設(shè)計(jì)的。BIM 能夠運(yùn)用立體思維來設(shè)計(jì)項(xiàng)目和施工圖。同時(shí)，配合施工和竣工驗(yàn)收的問題，關(guān)系到BIM建筑施工的時(shí)間和效率高低。盡管短時(shí)間內(nèi)BIM 的效果也不明顯，然而當(dāng)施工時(shí)間的推移，工程量不斷增加，BIM 的設(shè)計(jì)方法也在不斷推廣和深化。這種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)將得到充分體現(xiàn)，并且在未來的建筑工程設(shè)計(jì)模式中具有很大的潛力。

2.2 BIM 在建筑給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用過程和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

BIM 在建筑給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用過程：BIM 技術(shù)更加實(shí)時(shí)直觀的保證了信息傳輸過程的完整性。BIM 是從全局出發(fā)繪制的，它保證了對(duì)系統(tǒng)的理解和控制，并且非常簡(jiǎn)單地完善了細(xì)微的部分的不足[2]。BIM 的三維視圖不僅可以實(shí)時(shí)呈現(xiàn)設(shè)計(jì)理念，還可以使設(shè)計(jì)人員從不同角度對(duì)模型進(jìn)行查詢、制作和修改，使整個(gè)設(shè)計(jì)過程更加完善充分。

BIM 模型在智慧云三維體感交互系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過體感交互，我們可以直觀地感受到擬建建筑的功能性、合理性、安全性和舒適性[11]。經(jīng)過對(duì)內(nèi)部走廊管線布局、管線高度、消火栓朝向、墻體、門窗材質(zhì)、色彩等的漫游功能模擬。采用BIM 技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，所有設(shè)備部件均符合實(shí)際規(guī)模。設(shè)計(jì)中應(yīng)合理布置設(shè)備，確定管道走向、管徑、材質(zhì)及連接方式。

BIM 在建筑給排水設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)：協(xié)同運(yùn)作，包括設(shè)計(jì)過程中的能量分析、碰撞檢測(cè)和成本核算；施工過程中的進(jìn)度跟蹤和現(xiàn)場(chǎng)安全；應(yīng)用過程中的運(yùn)維處理?；诖?，BIM 可以有效地匯總建設(shè)項(xiàng)目中涉及的各個(gè)環(huán)節(jié)，為建設(shè)項(xiàng)目的每一個(gè)過程提供準(zhǔn)確的服務(wù)[4]。各專業(yè)以共同模式為中心，不僅簡(jiǎn)化了運(yùn)作模式，而且加強(qiáng)了協(xié)同的有效性和聯(lián)動(dòng)性，使排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以隨時(shí)查詢各專業(yè)設(shè)計(jì)人員的修改意見，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同設(shè)計(jì)的質(zhì)的飛躍[12]。

3 BIM 在建筑給排水工程技術(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化應(yīng)用中的現(xiàn)實(shí)問題

3.1 信息量大，很難糾正

在使用過程中，它包含建筑物和設(shè)備等信息，涵蓋建筑物給排水工程的信息和統(tǒng)計(jì)值，并為用戶提供更合適的資源。通過給排水工程統(tǒng)計(jì)數(shù)值的準(zhǔn)確性，對(duì)整體統(tǒng)計(jì)數(shù)值作對(duì)比分析，為設(shè)計(jì)技術(shù)員提供更完備的統(tǒng)計(jì)數(shù)值參數(shù)。但在在實(shí)際的施工圖設(shè)計(jì)過程中，由于建筑物給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程比較困難，設(shè)計(jì)類型較小容易引起不同統(tǒng)計(jì)數(shù)值參數(shù)的波動(dòng)，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)數(shù)值量巨大，給設(shè)計(jì)工作帶來一定困難[6]。

3.2 協(xié)作同步設(shè)計(jì)的高難度性給BIM系統(tǒng)的最終達(dá)成帶來困難

BIM 協(xié)作同步設(shè)計(jì)基本種類是集成型和鏈接型。但這兩種類型還存在不少問題。相關(guān)問題的顯現(xiàn)必定給建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中技術(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化過程產(chǎn)生一定的阻礙，在構(gòu)造集成方面，BIM 在獲得權(quán)限的過程中相對(duì)繁瑣，這對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程的效率非常不利。 BIM 協(xié)作同步設(shè)計(jì)有一定的局限性，需要相關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)和優(yōu)化技術(shù)加以糾正和改進(jìn)[9]。為了使BIM 在建筑施工中發(fā)揮更大的作用，有必要不斷開發(fā)BIM 的技術(shù)設(shè)計(jì)和優(yōu)化應(yīng)用功能，優(yōu)化和補(bǔ)充BIM 在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中的不足，為建筑給水施工提供更完備美好的技術(shù)設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法給排水系統(tǒng)。

4 BIM 技術(shù)在建筑給排水工程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)與優(yōu)化中的應(yīng)用策略

4.1 進(jìn)行安裝模擬演示

這項(xiàng)技術(shù)對(duì)建筑給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的施工隊(duì)伍，施工設(shè)計(jì)提供了相應(yīng)的戰(zhàn)略指導(dǎo)，使施工隊(duì)伍在施工過程中更加合乎事理、科學(xué)。但實(shí)際施工過程中，施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常存在施工環(huán)境困難的問題。像給排水管道安裝不整齊、底數(shù)大、吊裝面積大、施工單位在這種工作環(huán)境中互不相讓等，都會(huì)造成工期延誤和資源使用不當(dāng)[10]。施工圖設(shè)計(jì)應(yīng)采用BIM 三維設(shè)計(jì)，充分演示施工過程。能夠向技術(shù)人員演示不同的施工階段演示事實(shí)。根據(jù)論證結(jié)果，制定適合初步設(shè)計(jì)裝配工藝，根據(jù)目前的情況安排適當(dāng)?shù)陌惭b工藝[7]。之后我們要求技術(shù)工人按照原配套流程開始施工，防止給排水工程設(shè)計(jì)變更，這樣既節(jié)約了資源，同時(shí)又抬高了工作效能。

4.2 對(duì)材料表進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)

在給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常使用以往給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)資料。這種方法不夠全面，沒有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)可供比較，這就經(jīng)常導(dǎo)致計(jì)算誤差，在一定程度上降低了設(shè)計(jì)效率。另外，給排水系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)值有誤的時(shí)候，設(shè)計(jì)和技術(shù)人員必須對(duì)已完成的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行修改和更改，必須重新編制整個(gè)統(tǒng)計(jì)值數(shù)據(jù)庫(kù)[3]。因?yàn)樵O(shè)計(jì)工作不能改動(dòng)，一旦出現(xiàn)問題，就必須進(jìn)行新的設(shè)計(jì)。因此項(xiàng)目策劃單位經(jīng)常使用BIM 技術(shù)來改善這一問題，因?yàn)锽IM 有著很多的總計(jì)值的數(shù)據(jù)庫(kù)，因此，相關(guān)技術(shù)人員在編制給排水系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)值時(shí)具有大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)支持，從而使項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)值在清算過程中準(zhǔn)確無誤，提高了工程計(jì)算能力[8]。此外，BIM 技術(shù)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)費(fèi)用預(yù)算中也起著重要作用，既減少工程預(yù)算，也節(jié)約了成本。

4.3 最終達(dá)成了可視化設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化是一種不同于過去CAD 施工圖的三維圖形模式。在過去的施工圖中，每一張施工圖的信息都是以線形圖的形式呈現(xiàn)在圖紙上的[13]。真正的構(gòu)圖需要設(shè)計(jì)師自己模擬。以前的繪圖方法在設(shè)計(jì)工作中會(huì)受各種因素限制，而大大降低了工作效率?，F(xiàn)在BIM 提供了一種可視化的設(shè)計(jì)指導(dǎo)，使設(shè)計(jì)者能夠?qū)⒃嫉木€條圖轉(zhuǎn)換成三維模式與樣式，它還可以映射到設(shè)計(jì)師的眼睛上，使整個(gè)設(shè)計(jì)工作可視化，才能提升了建筑設(shè)計(jì)的效率[14]（見圖1）。

圖1 最終達(dá)成了可視化設(shè)計(jì)的示意圖

4.4 協(xié)作同步設(shè)計(jì)的技術(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化應(yīng)用

過去，建筑給排水工程的設(shè)計(jì)大多都依賴于CAD 平臺(tái)，而CAD 一直是一種繪圖器材用具，沒有辦法描述工程的其他信息。因此，在給排水工程設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)荷載與電氣荷載相結(jié)合，增加了工作的難度。然而假設(shè)將BIM 模式適合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，則可以將項(xiàng)目的所有信息匯總到統(tǒng)計(jì)數(shù)值庫(kù)中，如水泵的具體型號(hào)、尺寸、重量等，以便其他專業(yè)技術(shù)員隨時(shí)查閱[16]（見圖2）。

圖2 協(xié)作同步設(shè)計(jì)的技術(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

BIM 技術(shù)作為一種新的建筑設(shè)計(jì)圖形學(xué)方法，有著無限的發(fā)展前景。為了提高建筑給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，適用于建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。需要相關(guān)計(jì)術(shù)人員優(yōu)化相關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)，并且不斷優(yōu)化和完善BIM 技術(shù)及其應(yīng)用方式，以此促進(jìn)建筑工程行業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。