基于BI M技術(shù)的建筑工程碰撞檢查及優(yōu)化研究

張晨

（廣西柳州市城市建設(shè)投資發(fā)展集團(tuán)有限公司，廣西 柳州545002）

1 引言

大量的工程實(shí)踐表明，建筑工程領(lǐng)域資源的浪費(fèi)率長(zhǎng)期居高不下。有的浪費(fèi)是不可避免的，但通常情況下大部分浪費(fèi)都是設(shè)計(jì)變更或者返工所導(dǎo)致的[1]。圖紙?jiān)O(shè)計(jì)不夠精細(xì)，或者是現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)隨意變更，導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)或者專業(yè)管線在空間上產(chǎn)生沖突，因而不得不進(jìn)行修改或者返工，會(huì)造成經(jīng)濟(jì)與工期的雙重浪費(fèi)。進(jìn)行碰撞檢查旨在避免上述情況的發(fā)生，通過(guò)BIM 系統(tǒng)對(duì)多專業(yè)之間進(jìn)行信息模型協(xié)調(diào)審查與碰撞，可解決建筑、結(jié)構(gòu)以及專業(yè)管線之間的問(wèn)題和矛盾，對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行優(yōu)化。

2 基于BI M系統(tǒng)的碰撞檢查

2.1 BI M技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介

1975 年，查理·伊斯特曼提出的建筑描述系統(tǒng)被認(rèn)為是BIM 的前身，即以數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)，在三維建筑信息模型與二維平面圖紙之間建立關(guān)聯(lián)，在進(jìn)行圖紙修改時(shí)只需要在三維模型中進(jìn)行操作，二維平面圖紙就會(huì)同步自動(dòng)更新[2，3]。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，硬件與軟件水平大幅度提高，BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域內(nèi)得到了很大的重視，應(yīng)用面很廣泛。BIM 理念首次被引入中國(guó)是在2004 年，在引進(jìn)的最初階段發(fā)展速度緩慢，到2010 年才開始在建筑工程領(lǐng)域快速發(fā)展，并得到了政府的扶持。BIM 技術(shù)在國(guó)內(nèi)最開始主要使用在建筑工程上，如上海世博會(huì)的部分場(chǎng)館以及上海中心大廈等工程。

BIM 技術(shù)的應(yīng)用是建立在強(qiáng)大的硬件與軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上的，由于國(guó)內(nèi)對(duì)BIM 技術(shù)研究起步較國(guó)外晚，沒(méi)有成熟的核心軟件系統(tǒng)，所以目前所使用的BIM 軟件均為從國(guó)外引進(jìn)的，常用的軟件有4 種，如表1 所示。

表1 BI M常用軟件

2.2 碰撞檢查

碰撞檢查是指對(duì)整個(gè)工程建設(shè)期間所有的專業(yè)及專業(yè)之間可能會(huì)出現(xiàn)的沖突提前進(jìn)行發(fā)現(xiàn)并說(shuō)明，分為硬碰撞與軟碰撞2 種。其中，硬碰撞是指實(shí)體之間在空間上產(chǎn)生的交叉碰撞；軟碰撞又稱為間隙碰撞，是指實(shí)體并未產(chǎn)生空間上的交叉碰撞，但是實(shí)體之間的空間距離與要求不符，如空間過(guò)小導(dǎo)致作業(yè)面受限安裝不變，或者是不符合相應(yīng)的強(qiáng)制性要求，存在安全隱患，如強(qiáng)電與燃?xì)夤芫€之間的距離不夠。就目前碰撞檢查的發(fā)展現(xiàn)狀而言，主要是針對(duì)硬碰撞進(jìn)行檢查。通常情況下，安裝工程是碰撞問(wèn)題的高發(fā)區(qū)，常見(jiàn)的碰撞問(wèn)題有專業(yè)設(shè)備管線之間的碰撞、管線與主體結(jié)構(gòu)之間的碰撞以及結(jié)構(gòu)主體之間的碰撞。

3 碰撞檢查與優(yōu)化

3.1 設(shè)計(jì)階段的碰撞檢查

3.1.1 碰撞檢查方法

1）傳統(tǒng)方法

在建筑工程設(shè)計(jì)工作中，傳統(tǒng)的碰撞檢查方法是將各專業(yè)的設(shè)計(jì)圖紙打印之后，將圖紙互相疊放，選取一個(gè)公共的參照點(diǎn)對(duì)圖紙進(jìn)行對(duì)照檢查，所有的工作由人工來(lái)完成。不僅僅效率低，圖紙的準(zhǔn)確性也難以保證。隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)工作開始應(yīng)用輔助設(shè)計(jì)軟件來(lái)完成，進(jìn)行碰撞檢查時(shí)采用電子圖紙來(lái)進(jìn)行，對(duì)準(zhǔn)確性有了一定的提升，但由于檢查的實(shí)施主體依舊是人，因此，在效率提升方面并沒(méi)有多大改進(jìn)，而且對(duì)于檢查人員的專業(yè)素養(yǎng)要求很高。由于采用二維圖紙來(lái)構(gòu)建三維模型，對(duì)于常規(guī)形狀的建筑物進(jìn)行碰撞檢查尚能適用，但是對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑物適用效果就會(huì)大打折扣。

2）BIM 方法

運(yùn)用BIM 方法直接在三維模式下進(jìn)行碰撞檢查，工作效率與精確性都有保障，而在進(jìn)行結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑物的碰撞檢查時(shí)優(yōu)勢(shì)更加明顯。在設(shè)計(jì)階段不需要將大量的時(shí)間及精力投入在碰撞檢查工作中，可以在空間優(yōu)化、管線布置與節(jié)能設(shè)計(jì)上下更多的工夫。

3.1.2 協(xié)同設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)階段，以BIM 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，各相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)人員可相互配合進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，對(duì)于在設(shè)計(jì)過(guò)程中結(jié)構(gòu)之間以及結(jié)構(gòu)與管線間的沖突可提前發(fā)現(xiàn)，協(xié)同設(shè)計(jì)的流程如圖1 所示。

圖1 基于BI M的協(xié)同設(shè)計(jì)工作流程

3.1.3 碰撞檢查在協(xié)同設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中，碰撞檢查貫穿整個(gè)過(guò)程。通過(guò)進(jìn)行碰撞檢查能夠使各專業(yè)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)能夠有效地聯(lián)系在一起，在設(shè)計(jì)過(guò)程中就可以對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化以及同步更新。在協(xié)同設(shè)計(jì)中碰撞檢查承擔(dān)的是制約與平衡的角色，促使各專業(yè)之間達(dá)到“求同存異”的結(jié)果。隨著設(shè)計(jì)工作的不斷深入，通過(guò)碰撞檢查進(jìn)行各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)，對(duì)發(fā)現(xiàn)的各種沖突進(jìn)行解決，在設(shè)計(jì)階段將碰撞問(wèn)題解決，避免在施工過(guò)程中進(jìn)行重大變更甚至是返工，能夠降低工程建設(shè)成本，并有效地縮短建設(shè)周期。

3.1.4 碰撞檢查在協(xié)同設(shè)計(jì)中的意義

基于BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)是未來(lái)設(shè)計(jì)工作的發(fā)展趨勢(shì)。不同于以往各專業(yè)之間的線形協(xié)同模式，基于BIM 技術(shù)的協(xié)同模式能夠加強(qiáng)各專業(yè)之間的溝通，使設(shè)計(jì)工作更加快速、高效、精確。而進(jìn)行碰撞檢查是協(xié)同設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵工作，是決定協(xié)同設(shè)計(jì)有效實(shí)施的關(guān)鍵因素，使各專業(yè)之間的協(xié)作更加有效。以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)設(shè)計(jì)人員提供三維設(shè)計(jì)界面，提高碰撞檢查的便捷性與準(zhǔn)確性，能夠有效地提高設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量，明顯提高建筑項(xiàng)目的品質(zhì)。

3.2 施工階段的碰撞檢查

3.2.1 施工階段碰撞檢查的實(shí)質(zhì)

在現(xiàn)代建筑領(lǐng)域內(nèi)，BIM 技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，采用BIM 技術(shù)進(jìn)行建模能夠有效地對(duì)施工過(guò)程中的碰撞進(jìn)行避免。實(shí)質(zhì)上就是采用BIM 技術(shù)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行模擬，在這個(gè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題，達(dá)到節(jié)約投資、縮短工期的目的。與此同時(shí)，還能夠有效地提高施工的質(zhì)量與效率。

3.2.2 施工階段的碰撞檢查應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型建筑物施工時(shí)，通過(guò)利用BIM 技術(shù)對(duì)施工過(guò)程中的碰撞進(jìn)行檢查具有很大的優(yōu)勢(shì)。采用BIM模型對(duì)建筑物的施工工程進(jìn)行模擬，同時(shí)可對(duì)模型進(jìn)行審核，在這個(gè)過(guò)程中能夠發(fā)現(xiàn)一些在設(shè)計(jì)階段被忽視的問(wèn)題，這些問(wèn)題與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并無(wú)較大關(guān)系，卻與專業(yè)有很緊密的關(guān)系。與傳統(tǒng)的碰撞檢查方法比，采用BIM 技術(shù)在施工階段進(jìn)行碰撞檢查具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）通過(guò)BIM 技術(shù)可將所有專業(yè)的模型整合在一起，然后對(duì)專業(yè)本身以及與其他專業(yè)之間進(jìn)行全面的碰撞檢查。由于模型是基于建筑物的實(shí)際尺寸來(lái)搭建的，相比于傳統(tǒng)圖紙能夠?qū)⒏顚哟蔚膯?wèn)題清楚地展現(xiàn)出來(lái)。

2）能夠徹查不同專業(yè)之間存在的沖突問(wèn)題，并將這些問(wèn)題反饋給相應(yīng)的專業(yè)設(shè)計(jì)人員，由其對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解決，基本可以將產(chǎn)生的碰撞消除。

3）可以對(duì)管線的定位及標(biāo)高進(jìn)行明確的標(biāo)注，并清楚地將樓層高度分布情況表現(xiàn)出來(lái)，能夠非常容易地發(fā)現(xiàn)在二維平面里難以發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，有效地避免碰撞問(wèn)題的發(fā)生。

4）采用BIM 技術(shù)不僅能夠輸出傳統(tǒng)的二維平面圖紙以及局部剖面圖，還可以采用漫游等方式來(lái)對(duì)模型進(jìn)行觀察，可視性更強(qiáng)。

3.2.3 碰撞優(yōu)化解決方案

依據(jù)專業(yè)的不同，將碰撞分為以下5 種類型：標(biāo)高性、路由性、工藝性、空間性及美觀性。其中，前3 類會(huì)對(duì)工期產(chǎn)生影響，后2 類主要是影響成品的美觀性。當(dāng)結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生碰撞的時(shí)候，修改次要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)滿足主要結(jié)構(gòu)的需求。當(dāng)結(jié)構(gòu)與管線之間產(chǎn)生碰撞的時(shí)候要對(duì)管線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)避開結(jié)構(gòu)。管線之間產(chǎn)生碰撞的時(shí)候要遵循以下原則：重力管道優(yōu)先于壓力管道；大管徑管道優(yōu)先于小管徑管道；不易彎折管道優(yōu)先于易彎折管道；永久管道優(yōu)先于臨時(shí)管道；現(xiàn)有管道優(yōu)先于新建管道；檢修困難管道優(yōu)先于檢修方便管道。

4 結(jié)語(yǔ)

由于建筑工程本身的專業(yè)性與復(fù)雜性，在實(shí)施過(guò)程中容易出現(xiàn)碰撞問(wèn)題，對(duì)工程的質(zhì)量與進(jìn)度都會(huì)產(chǎn)生很大的影響，采用BIM 技術(shù)可對(duì)碰撞問(wèn)題有效地避免與解決。采用協(xié)同設(shè)計(jì)來(lái)加強(qiáng)各專業(yè)之間的聯(lián)系，使碰撞問(wèn)題在設(shè)計(jì)階段就得到解決，提高設(shè)計(jì)工作的效率及準(zhǔn)確性，避免因未及時(shí)發(fā)現(xiàn)碰撞問(wèn)題在施工階段產(chǎn)生重大變更或者返工。在施工階段進(jìn)行碰撞檢查可查漏補(bǔ)缺，及時(shí)發(fā)現(xiàn)一些在設(shè)計(jì)階段忽略的問(wèn)題，及時(shí)提出解決方案，提高施工效率與質(zhì)量。隨著BIM 技術(shù)的不斷發(fā)展，其在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。