BIM 在建筑給排水工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

董家念

（六盤水市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，貴州 六盤水 553000）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)、信息化、數(shù)字化等新興技術(shù)不斷迅速發(fā)展，建筑信息模型（BIM）技術(shù)也隨之誕生了。它主要能夠?qū)ㄖこ讨卸鄠€(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬，如建筑設(shè)計(jì)、施工、造價(jià)、以及控制等，從而為建筑工程帶來極大的便利，由此受到建筑工程的青睞，被大量推廣應(yīng)用。此外運(yùn)用BIM 技術(shù)還能夠把建筑每個(gè)流程、步驟集成在一個(gè)平臺(tái)上，對于給排水設(shè)計(jì)，能夠使各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)信息共享，由此促進(jìn)了建筑給排水設(shè)計(jì)過程的整體質(zhì)量提升，有效地降低了工程流程中存在的風(fēng)險(xiǎn)，從而推動(dòng)了建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 BIM 技術(shù)概述

建筑信息模型（BIM）技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一系列三維數(shù)字建模軟件的集合，可以在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中對真實(shí)的建筑信息加以參數(shù)化、模型化。立足這一數(shù)字化虛擬模型平臺(tái)，工程師、施工人員、設(shè)計(jì)人員等多方均能夠?qū)崿F(xiàn)建筑工程信息的共享，強(qiáng)化彼此之間的溝通交流，實(shí)現(xiàn)建筑工程項(xiàng)目生命周期內(nèi)數(shù)據(jù)信息的傳輸、共享。在設(shè)計(jì)技術(shù)方面，BIM 技術(shù)是將三維模型作為核心，在這一模型中對數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)，項(xiàng)目圖紙僅是三維模型在二維形式上的表達(dá)方式；在展現(xiàn)設(shè)計(jì)成果方面，BIM 技術(shù)可以通過直觀、形象的三維方式對建筑形體進(jìn)行呈現(xiàn)，這就方便了各方之間的溝通和交流；在具體設(shè)計(jì)流程方面，BIM 技術(shù)可以對整個(gè)設(shè)計(jì)流程的每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面分析，讓各方都能夠參與到項(xiàng)目的各個(gè)階段，從而進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量；在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)價(jià)值方面，BIM 技術(shù)憑借自身三維模型信息的全面性，不僅能提高設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)質(zhì)量，還能夠?qū)ㄖ沙掷m(xù)、節(jié)能環(huán)保等方面的功能進(jìn)行有效完善?？梢?，BIM 技術(shù)能夠有效提升建筑的生產(chǎn)效率，強(qiáng)化工程建設(shè)各階段中各參與方之間的協(xié)同作業(yè)，避免發(fā)生爭端問題，從而確保整個(gè)建筑工程項(xiàng)目有序高效地開展。

2 建筑給排水設(shè)計(jì)中BIM 技術(shù)的應(yīng)用

2.1 可視化設(shè)計(jì)

近年來，在移動(dòng)終端便捷化、小型化發(fā)展趨勢中，BIM 輕量化模型設(shè)計(jì)中能有效展示良好的設(shè)計(jì)成效，對項(xiàng)目現(xiàn)場施工活動(dòng)能有效指導(dǎo)。BIM 技術(shù)運(yùn)用中能與VR 技術(shù)有效整合，讓更多設(shè)計(jì)人員在更為真實(shí)的情境中查看管線設(shè)計(jì)情況，便于對管線碰撞情況有效控制調(diào)整。給排水系統(tǒng)裝置三維模型如圖1 所示。例如，應(yīng)用MEP 仿真軟件建立BIM 模型后，就能夠?qū)o排水管道是否存在碰撞實(shí)現(xiàn)檢查操作，因?yàn)樵撥浖旧砼渲昧斯艿琅鲎矙z測功能。對碰撞實(shí)現(xiàn)檢查操作，通常選擇專業(yè)用來對管道碰撞進(jìn)行檢查的軟件——Navisworks 軟件。在使用Navisworks 軟件對管道碰撞或者交叉檢查過程中，倘若發(fā)現(xiàn)問題需要修改，就需要采用MEP 三維仿真軟件來對其進(jìn)行修改。

圖1 給排水系統(tǒng)裝置三維模型

2.2 協(xié)同設(shè)計(jì)

當(dāng)前在BIM 技術(shù)運(yùn)用中，主要是基于工作集模式能有效優(yōu)化諸多專業(yè)布設(shè)中不規(guī)范化的問題，擬定針對性設(shè)計(jì)反饋意見。此外，在建筑給排水專業(yè)中，要注重對建筑項(xiàng)目衛(wèi)生器具、軸網(wǎng)、建筑標(biāo)高等進(jìn)行判定。此類高效化技術(shù)運(yùn)用有助于提升建筑給排水設(shè)計(jì)成效，能對各類專業(yè)對接問題進(jìn)行控制，降低諸多無法預(yù)知的錯(cuò)誤。

2.3 參數(shù)化設(shè)計(jì)

在建筑給排水設(shè)計(jì)中運(yùn)用BIM 技術(shù)，做好參數(shù)化設(shè)計(jì)就是將全部設(shè)計(jì)要素作為對應(yīng)函數(shù)的變量?；诤瘮?shù)以及各類算法運(yùn)用，通過有效輸入?yún)?shù)數(shù)據(jù)之后便能生成相應(yīng)模型?，F(xiàn)階段在參數(shù)化設(shè)計(jì)中能運(yùn)用Dynamo，其屬于Revit 參數(shù)化建模插件。主要是選取節(jié)點(diǎn)可視化編程方式，通過對操作模型節(jié)點(diǎn)參數(shù)有效控制，能實(shí)現(xiàn)造型控制。例如，合理運(yùn)用Dynamo，對管道穿梁以及墻體實(shí)施開洞，對開洞尺寸度進(jìn)行控制，整合各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳遞給施工部門。此外，在設(shè)計(jì)中還能全面運(yùn)用Revit API 二次開發(fā)功能，對管網(wǎng)損失情況進(jìn)行判定。規(guī)范化研究相應(yīng)的插件，做好管徑合理布設(shè)，這樣較多管材能有效應(yīng)用。

2.4 材料統(tǒng)計(jì)與模擬安裝

在現(xiàn)有的BIM 建筑給排水設(shè)計(jì)中，要注重對光滑各類構(gòu)件屬性綜合性、關(guān)聯(lián)性進(jìn)行判定，實(shí)現(xiàn)一次性統(tǒng)計(jì)。定期對設(shè)備以及相關(guān)管道實(shí)施更新，材料表能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)計(jì)算，整體操作較為便捷、快速。

2.4.1 建立管材統(tǒng)計(jì)用量明細(xì)表

充分運(yùn)用MEP 三維仿真軟件在BIM 模型用材統(tǒng)計(jì)方面的有利條件，建立管材用量明細(xì)表，具體步驟有：①定義明細(xì)表名稱；②選取管材或者附件屬性類別；③設(shè)置“管材耗量明細(xì)表”相關(guān)屬性；④通過本軟件自動(dòng)生成功能形成“管材耗量明細(xì)表”。

2.4.2 管材耗量明細(xì)表的屬性設(shè)定

管材耗量明細(xì)表設(shè)具體包含的內(nèi)容如圖2 所示。管材耗量明細(xì)表中包含字段設(shè)定為管材明細(xì)表的表頭設(shè)定，也就是表格里務(wù)必增加內(nèi)容，如類型、總計(jì)、屬性、種類等均為字段設(shè)置的范圍；過濾器指設(shè)計(jì)者依照其想法對所需要消耗材料數(shù)量實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)，因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)范圍存在差異，其設(shè)定耗材量也不一樣，其統(tǒng)計(jì)范圍一般是以層或者房間面積進(jìn)行計(jì)算。管材耗量明細(xì)表既能夠使相關(guān)設(shè)計(jì)工作者對工程中管道材料所需要實(shí)際數(shù)量有一定把握，又能夠在設(shè)計(jì)時(shí)加強(qiáng)對材料用量與成本控制。

圖2 管材耗量清單表中主要內(nèi)容

2.4.3 安裝模擬

在機(jī)電安裝施工中會(huì)涉及諸多專業(yè)同步施工，施工前期要注重對施工工序合理控制，規(guī)范化控制管線位置。對施工中各類常見的返工情況有效控制，有助于安裝施工活動(dòng)有序進(jìn)行。為保障項(xiàng)目施工活動(dòng)穩(wěn)定實(shí)施，要注重運(yùn)用BIM 技術(shù)對給排水施工有效模擬安裝，有助于控制項(xiàng)目施工時(shí)間，加快施工進(jìn)度。

3 實(shí)例分析

某大型辦公建筑的總面積為18 萬m2，項(xiàng)目中建筑層高有24 層、15 層和8 層等，均用于科研辦公，地下有2 層，為停車庫。該項(xiàng)目所用的水源是由市政管道提供，利用地下車庫泵房中設(shè)置的變頻供水設(shè)備加壓則可以為中高區(qū)供水。參照項(xiàng)目整體的布置方案和高度進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)，豎向分為4 個(gè)生活給水區(qū)域，工程中1～4 層為市政直供水，5～11 層、12～18 層、19～24 層為變頻設(shè)備加壓供水。建筑室內(nèi)的消火栓系統(tǒng)分割成兩個(gè)區(qū)域，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)劃分為兩個(gè)區(qū)域。

3.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)難點(diǎn)

該工程是區(qū)域地標(biāo)性建筑，建筑自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能多樣，涉及的管道線路復(fù)雜，布設(shè)空間也十分有限，給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度較大。若采用傳統(tǒng)CAD 設(shè)計(jì)方法效率較低，復(fù)雜區(qū)域中的管線設(shè)計(jì)也無法通過二維圖紙表現(xiàn)。為此，項(xiàng)目采用BIM 技術(shù)進(jìn)行給排水設(shè)計(jì)，生成設(shè)計(jì)圖，流程如圖3 所示。

圖3 給排水系統(tǒng)圖出圖流程

3.2 準(zhǔn)備工作

該工程設(shè)計(jì)人員采用Revit 軟件按照實(shí)際情況構(gòu)建相應(yīng)的三維模型，包括建筑整體模型、鋼結(jié)構(gòu)模型和建筑屋面幕墻模型等。但是模型制作需做好前期準(zhǔn)備工作，設(shè)計(jì)人員根據(jù)機(jī)電設(shè)備對應(yīng)的專業(yè)創(chuàng)建工作集，工作集中涵蓋了管道類型、系統(tǒng)類型等信息，并集成給排水管道、構(gòu)件參數(shù)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫。在完成信息采集工作后，分類標(biāo)注顏色。

3.3 BIM 模型創(chuàng)建和給排水管線協(xié)調(diào)

3.3.1 模型創(chuàng)建和管線協(xié)調(diào)避讓原則

對于管線布設(shè)，需嚴(yán)格遵循小管徑避讓大管徑、壓力管道避讓重力管道、管線盡量上翻交叉、給排水管道避讓風(fēng)管等原則。同時(shí)，對于管線的連接，支管需翻出，不影響上部主管線設(shè)計(jì)，還需翻出梁格間的支管。此外，走廊、通道等區(qū)域內(nèi)的風(fēng)管沿著梁底方向進(jìn)行布設(shè)，強(qiáng)弱電橋也緊貼墻壁，而排水管道則布置于強(qiáng)弱電橋架下方，為閥門安裝預(yù)留充足的空間。

3.3.2 特殊復(fù)雜區(qū)域的管線設(shè)置

對于給排水管道分布較為密集的區(qū)域，如該工程中的人行過道，其吊頂?shù)膬?nèi)部空間面積較小，但是布設(shè)的管線數(shù)量較多，類型復(fù)雜，且對于此類區(qū)域的裝修凈高有嚴(yán)格要求。疏散通道交匯的地方，各類管線集中，走向復(fù)雜，為建筑不同功能區(qū)域的交匯點(diǎn)。對此，該工程設(shè)計(jì)人員避免曲繞設(shè)置排水管道，在減少成本的同時(shí)也可降低施工難度。

3.4 應(yīng)用效果

該工程設(shè)計(jì)人員充分利用BIM 技術(shù)Revit 軟件建模模塊，模擬建筑內(nèi)部環(huán)境。該工程規(guī)模較大，內(nèi)部布局復(fù)雜。其中某辦公樓三層的走道區(qū)域，因通道的寬度和凈高有限，其需布設(shè)給排水、電氣和暖通等主管道，需交叉布置，設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)和施工難度較高。因此，此區(qū)域管線需縱向布置，并進(jìn)行剖面布置優(yōu)化，對于橫梁區(qū)域的管線進(jìn)行優(yōu)化布設(shè)。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員采用三維模型進(jìn)行給排水管線的設(shè)計(jì)調(diào)整。同時(shí)，該項(xiàng)目中有大型會(huì)議室，設(shè)計(jì)層高為4.5m，但是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)跨度較大，部分梁高設(shè)計(jì)值為1.0m，內(nèi)有0.5m 高風(fēng)管、0.2m 高橋架、DN150 管道的消防主管及頂部噴淋系統(tǒng)，通過二維設(shè)計(jì)后，會(huì)議室吊頂完成后凈高僅有2.4m，無法滿足使用要求。所以，設(shè)計(jì)人員使用Revit 軟件模型，對凈高和設(shè)備管線設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)研究協(xié)調(diào)決定，需先優(yōu)化會(huì)議室土建和設(shè)備管線、裝修方案，調(diào)整后會(huì)議室的凈高可達(dá)2.8m，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對于生活工作環(huán)境的品質(zhì)要求日益提高，因此建筑設(shè)計(jì)難度也有所加大。本文以建筑給排水設(shè)計(jì)為例進(jìn)行分析，為提升設(shè)計(jì)效率，確保設(shè)計(jì)方案的適用性，可充分采用BIM 技術(shù)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式的缺陷。建筑給排水作為建筑工程設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵的部位，所以要確保該環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)具有相應(yīng)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，所以BIM 技術(shù)的有效使用，使得建筑工程給排水工作效率得到了大幅的提高，為建筑工程給排水設(shè)計(jì)提供了更為廣闊的發(fā)展前景。