BIM技術(shù)在建筑給排水工程深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

□ 楊舒雯

隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷增長，人們生活水平逐漸提高，對(duì)居住環(huán)境的要求也越來越高。建筑給排水系統(tǒng)作為建筑物的重要組成部分，對(duì)于后期居住環(huán)境的安全性和舒適性有著重要的影響。尤其是在如今的建筑業(yè)，人們不僅要求建筑給排水系統(tǒng)在功能性、安全性以及穩(wěn)定性上滿足要求，還要求其符合美觀、高效、經(jīng)濟(jì)以及節(jié)能環(huán)保等條件。同時(shí)，高層建筑、裝配式建筑、綠色建筑等新型建筑也被不斷提出與推廣，使得建筑給排水的設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，以CAD為主的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式已略顯疲態(tài)。

同時(shí)，近年來我國建筑業(yè)也在大力推廣發(fā)展BIM（建筑信息模型）技術(shù)，其應(yīng)用極大地提高了建筑工程的質(zhì)量、安全、進(jìn)度三大目標(biāo)管理的質(zhì)量與效率，為建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展指明了方向，也為建筑給排水的深化設(shè)計(jì)提供了新的解決方案。

1 建筑給排水設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及存在問題

隨著日益增加的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和建筑功能需求，建筑管道也愈加復(fù)雜，同一個(gè)建筑物內(nèi)部常常會(huì)出現(xiàn)大量不同功能、類型材質(zhì)、直徑以及安裝要求等的管道。由于給排水管道的設(shè)置還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)、建筑以及暖通與電氣管道之間的關(guān)系[1]，其布置方法、設(shè)計(jì)要求以及造價(jià)規(guī)劃都會(huì)隨著建筑物功能要求的多樣化和建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化變得越來越煩瑣[2]。設(shè)計(jì)復(fù)雜程度提高的同時(shí)，建筑給排水設(shè)計(jì)的要求也在不斷提高，尤其對(duì)于一些高層、復(fù)雜的建筑，相較于以往的設(shè)計(jì)，由于其層數(shù)多、高度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和功能多元化的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的因素、限制條件也越多，設(shè)計(jì)要求也相應(yīng)提高，如更大的靜水壓力、更重的消防任務(wù)、更高的可靠性要求及更強(qiáng)的防振防噪能力等。同時(shí)，綠色、環(huán)保要求也使得建筑給排水的節(jié)能設(shè)計(jì)要求越高[3]。除上述兩點(diǎn)外，產(chǎn)業(yè)鏈上游建筑材料的不斷發(fā)展也給予建筑給排水設(shè)計(jì)在材料與構(gòu)件選擇上更大的空間[2]。以往建筑給排水管道較為單一，主要包括銅管、鑄鐵管、鍍鋅鋼管等金屬管道，如今HDFE管、UPVC管等新型管道已在建筑給排水中大量應(yīng)用。但是，這在一定程度上增加了設(shè)計(jì)的難度，使得建筑給排水設(shè)計(jì)中水壓計(jì)算變得比較復(fù)雜，在滿足設(shè)計(jì)水壓要求的同時(shí)，還需綜合考慮安全性和經(jīng)濟(jì)性的需求。

目前，大部分建筑給排水工程的深化設(shè)計(jì)仍采用二維CAD模式，不足之處已日益凸顯，具體表現(xiàn)為：（1）傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)以二維圖紙為主要表現(xiàn)形式，在一些復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，無法準(zhǔn)確、立體地反映出各系統(tǒng)間的空間關(guān)系，缺乏直觀感受，使得建筑給排水的深化設(shè)計(jì)需要花費(fèi)更多的時(shí)間和精力進(jìn)行思考與繪制[1]，同時(shí)其設(shè)計(jì)效率與呈現(xiàn)效果不佳。（2）以往的設(shè)計(jì)主要靠交流和圖紙審查來消除設(shè)計(jì)中錯(cuò)、漏、碰等問題，如今復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)使得建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)更容易出現(xiàn)各種問題，僅靠傳統(tǒng)方式很難完善地處理這些問題。

從上述分析可以看出，以CAD為核心的傳統(tǒng)建筑給排水設(shè)計(jì)方法在設(shè)計(jì)時(shí)愈顯乏力，很有必要將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑給排水的設(shè)計(jì)中，至少在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建筑給排水深化設(shè)計(jì)中十分必要。

2 BIM技術(shù)在建筑給排水深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用流程

基于BIM技術(shù)的建筑給排水深化設(shè)計(jì)的基本流程，主要包括創(chuàng)建各專業(yè)模型、管線綜合、碰撞檢測(cè)、模型審核、工程量統(tǒng)計(jì)、出圖及審查7個(gè)環(huán)節(jié)（見圖1），主要需求資料為各專業(yè)設(shè)計(jì)文件，主要產(chǎn)出資料為碰撞檢測(cè)報(bào)告、深化設(shè)計(jì)模型、工程量清單及深化設(shè)計(jì)圖紙。下面將詳細(xì)介紹其核心關(guān)鍵環(huán)節(jié)：碰撞檢測(cè)、工程量統(tǒng)計(jì)及BIM出圖，其余環(huán)節(jié)將結(jié)合實(shí)例進(jìn)行展示。

圖1 基于BIM技術(shù)的建筑給排水深化設(shè)計(jì)

2.2 關(guān)鍵環(huán)節(jié)

2.2.1 碰撞檢測(cè)

碰撞檢測(cè)是BIM技術(shù)在建筑給排水工程深化設(shè)計(jì)中最常見應(yīng)用點(diǎn)之一[4]，其主要作用是通過各專業(yè)管道與結(jié)構(gòu)本身之間的碰撞分析，提前發(fā)現(xiàn)各管道之間、管道與結(jié)構(gòu)之間存在的錯(cuò)、漏、碰等問題并處理解決，提升管道工程施工的可行性、保證安裝的便捷高效[5]。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙建立各專業(yè)的BIM模型后，可依照管線布置相關(guān)原則進(jìn)行碰撞檢測(cè)。碰撞檢測(cè)主要依靠Revit、Naviswork等軟件的自動(dòng)碰撞檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)，可全方面對(duì)整個(gè)建筑給排水系統(tǒng)存在的沖突、操作空間、檢修空間、凈高、保暖等進(jìn)行硬檢測(cè)（物理沖突）與軟檢測(cè)（安裝、檢修及使用空間的校核），發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的問題，并進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)注，在模型上用不同的顏色呈現(xiàn)。同時(shí)，基于BIM技術(shù)的建筑給排水碰撞檢測(cè)還會(huì)自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告，提高了設(shè)計(jì)人員進(jìn)行修改與完善的效率，降低了建筑給排水設(shè)計(jì)時(shí)的出錯(cuò)率，減少了后期施工不必要的返工與浪費(fèi)。

2.2.2 工程量統(tǒng)計(jì)

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式下建筑給排水工程量的統(tǒng)計(jì)與編制都需要結(jié)合CAD圖紙進(jìn)行人為劃分與綜合測(cè)量，繼而再統(tǒng)計(jì)出材料使用量等數(shù)據(jù)，且為了避免出錯(cuò)，還需進(jìn)行多次復(fù)核。如果對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，就要重新進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與編制，花費(fèi)設(shè)計(jì)人員大量的精力與時(shí)間。而BIM技術(shù)信息化的特點(diǎn)，為其自動(dòng)化分析統(tǒng)計(jì)工程量提供了極大的便利。在建立模型之前，對(duì)建筑給排水管道、構(gòu)件與設(shè)備的屬性、材質(zhì)及其他參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，在模型的建立過程中，材料表始終與模型內(nèi)容先關(guān)聯(lián)[6]。BIM模型完整保存了相關(guān)材料的信息，并依照材料屬性與材質(zhì)進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，高效生成工程量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，這對(duì)于復(fù)雜、煩瑣的建筑給排水設(shè)計(jì)大有裨益。同時(shí)，若管道或設(shè)備等方面的設(shè)計(jì)發(fā)生修改，與之關(guān)聯(lián)的材料表也會(huì)實(shí)時(shí)進(jìn)行更新，這大大降低了工程量統(tǒng)計(jì)的出錯(cuò)率，提高了設(shè)計(jì)的效率?？旖莺?jiǎn)單的工程量統(tǒng)計(jì)也為前期方案選擇、成本估算以及工程預(yù)決算提供了很好的依據(jù)。

2.2.3 BIM出圖

基于BIM技術(shù)的建筑給排水出圖，無論是平、立、剖面圖，還是錯(cuò)綜復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)大樣詳圖、渲染圖、甘特圖不僅準(zhǔn)確精致，而且快速簡(jiǎn)便。其主要步驟為：（1）建立、修改完善模型；（2）確定出圖標(biāo)準(zhǔn)與內(nèi)容；（3）調(diào)整視圖比例；（4）平面顯示設(shè)置；（5）確定出圖視圖；（6）添加管道標(biāo)記及文字注釋；（7）添加圖框、圖例、圖名及其他內(nèi)容；（8）打印出圖[7]。在圖紙修改時(shí)，只需調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)即可對(duì)模型相關(guān)位置或部件進(jìn)行修改，二維模型的圖紙也自動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。這對(duì)于復(fù)雜、非標(biāo)準(zhǔn)層建筑給排水的設(shè)計(jì)而言，大大減少了設(shè)計(jì)修改的時(shí)間。同時(shí)，對(duì)于一些特定剖面圖，直接在特定的位置進(jìn)行剖面即可完成繪制，無須像CAD制圖那樣重新繪制。可以看出，基于BIM技術(shù)的出圖雖然增加了前期建模的時(shí)間，但大大提高了后期修改與出圖的效率。

3 應(yīng)用實(shí)例

以某一安置房項(xiàng)目為例，其對(duì)BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用流程和實(shí)際效果進(jìn)行介紹展示。該項(xiàng)目總建筑面積19.9萬m2，包括住宅、商業(yè)、活動(dòng)中心等，建筑最高層高為27層，項(xiàng)目具有體量大、工期緊，地下管線復(fù)雜的特點(diǎn)。

（1）該設(shè)計(jì)建筑給排水三維建模采用Autodesk Revit MEP軟件，以二維圖紙為基礎(chǔ)，確定好三維模型的標(biāo)高與軸線的位置與信息，創(chuàng)建建筑給排水的BIM三維模型（常與暖通等模型一同創(chuàng)建），并對(duì)模型中各種管道及其他設(shè)備的相關(guān)信息與參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

（2）將創(chuàng)建好的建筑給排水模型與建筑模型、結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行整合，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的視覺渲染，實(shí)現(xiàn)從不同角度對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行直觀且具有真實(shí)感的觀測(cè)，并進(jìn)一步進(jìn)行管線綜合與碰撞檢測(cè)。其中碰撞檢測(cè)所采用Autodesk Navisworks軟件，選擇相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)對(duì)象，對(duì)檢測(cè)的類型與檢測(cè)報(bào)告的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，即可進(jìn)行碰撞檢測(cè)找出本設(shè)計(jì)中的碰撞之處與生產(chǎn)檢測(cè)報(bào)告。再根據(jù)檢測(cè)報(bào)告在Autodesk Revit MEP對(duì)碰撞之處進(jìn)行修改優(yōu)化，基于BIM技術(shù)的管線碰撞檢測(cè)優(yōu)化具體優(yōu)化效果見圖2。

圖2 基于BIM的管線優(yōu)化

（3）將模型存在的問題修改完善后，對(duì)模型再次審核，若無誤后，就可以對(duì)建筑給排水的管線及其附件的工程量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。創(chuàng)建材料用量明細(xì)表并定義其名稱，選擇需要統(tǒng)計(jì)的各類管材及其他設(shè)備相對(duì)應(yīng)的屬性類型，然后對(duì)材料用量明細(xì)表的屬性進(jìn)行設(shè)置，利用軟件的材料功能自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出各類管材及其他設(shè)備的用量[7]，并輸出相應(yīng)的材料用量明細(xì)表，統(tǒng)計(jì)出的明細(xì)表如圖3所示。此外，設(shè)計(jì)人員也可在模型創(chuàng)建過程中生成材料用量明細(xì)表，方便其在設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)掌握各種管材的用量，對(duì)設(shè)計(jì)成本進(jìn)行初步的預(yù)算。

圖3 材料用量明細(xì)表

（4）根據(jù)2.2.3節(jié)給出的BIM出圖步驟，基于優(yōu)化完善好的建筑給排水三維模型，對(duì)出圖所要求的視圖、比例、標(biāo)注、圖框及圖例等的參數(shù)與信息進(jìn)行設(shè)置，打印輸出相關(guān)的圖紙。

4 結(jié)語

BIM技術(shù)的應(yīng)用可以有效改善傳統(tǒng)二維CAD深化設(shè)計(jì)的不足之處，有助于提高建筑給排水深化設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效果?；贐IM的技術(shù)深化設(shè)計(jì)必將成為建筑給排水深化設(shè)計(jì)的主流方向之一。