BIM技術(shù)在住宅小區(qū)地下室綜合管網(wǎng)中的深化設(shè)計與應(yīng)用

文／芶黎明 綿陽市金鵬置業(yè)開發(fā)有限公司 四川綿陽 621700

引言：

住宅小區(qū)地下室管網(wǎng)在城市發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，也是建筑領(lǐng)域中一項重要的基礎(chǔ)設(shè)施，其主要由雨水管道、電力管道、污水管道、熱力管道、給水管道等構(gòu)成，不同管道由不同部門進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計、施工及運(yùn)維管理，這些管道構(gòu)成了小區(qū)地下室綜合管網(wǎng)，在整個建筑物內(nèi)部承擔(dān)著各種物質(zhì)運(yùn)輸功能，滿足用戶的基本生活需要。然而由于該工程基本是地下敷設(shè)，綜合管網(wǎng)空間較為復(fù)雜和隱蔽，致使工程建設(shè)、運(yùn)維管理難度較大，若各專業(yè)之間缺乏有效的溝通和合作，不僅會導(dǎo)致不同管道之間相互碰撞、相互制約，還會導(dǎo)致地下室空間的浪費(fèi)，從而導(dǎo)致住宅小區(qū)的居住質(zhì)量大大降低。BIM 技術(shù)的主要優(yōu)勢在于貫穿于建筑項目全生命周期，將該技術(shù)應(yīng)用到住宅小區(qū)地下室綜合管網(wǎng)建設(shè)中，能夠進(jìn)一步優(yōu)化綜合管網(wǎng)的設(shè)計與管理，從而提高施工效率，確保整個工程的建設(shè)質(zhì)量。

1、地下室綜合管網(wǎng)中BIM 技術(shù)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀

關(guān)于BIM 的定義，美國國家BIM 標(biāo)準(zhǔn)委員會認(rèn)為：“BIM 作為一種建筑信息模型，主要是通過先進(jìn)數(shù)字技術(shù)的利用，構(gòu)建一個能夠存儲整個工程項目所有階段的各個物理與功能特性的三維模型，有助于相關(guān)部門借助模型信息進(jìn)行工程項目的運(yùn)維管理”。通過調(diào)查和統(tǒng)計分析得出：BIM 技術(shù)可以事先找出建筑工程中一部分潛藏而難以發(fā)展的變更，在很大程度上減少預(yù)算未知變更量；相較于具體工程成本，可以更加精準(zhǔn)的控制建筑工程成本概預(yù)算；可以迅速統(tǒng)計工程，縮短項目成本估算實(shí)踐；對于施工方案的設(shè)計，可利用虛擬的三維模型，來對施工方案進(jìn)行碰撞檢查，提前發(fā)現(xiàn)方案中存在的問題和不足之處，然后對施工方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提前解決各種沖突，節(jié)約建設(shè)成本；能夠模擬施工，對施工進(jìn)度進(jìn)行有效優(yōu)化，從而縮短施工工期。近年來，國外發(fā)達(dá)國家的大多數(shù)公共建筑工程中都應(yīng)用了BIM 技術(shù)，并制定了各種BIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

在我國，BIM 在城市地下室綜合管網(wǎng)建設(shè)方面的研究和應(yīng)用相對較少，缺乏一套完善、成熟的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。在2011年，我國有關(guān)部門頒布了一系列文件，明確指出：“建筑設(shè)計與勘測單位應(yīng)當(dāng)以網(wǎng)絡(luò)平臺為出發(fā)點(diǎn)，積極促進(jìn)BIM技術(shù)在建筑工程項目中的信息化、集成化與協(xié)同化，實(shí)現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電等方面的信息共享，增強(qiáng)自身的業(yè)務(wù)水平”。我國專業(yè)從業(yè)者經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：（1）基于國內(nèi)現(xiàn)階段的施工管理現(xiàn)狀，針對一些大型建筑工程項目，可依據(jù)BIM 技術(shù)在工程施工各環(huán)節(jié)的應(yīng)用現(xiàn)狀，二次開發(fā)了以BIM 的三維模型為基礎(chǔ)的4D 施工管理系列軟件，經(jīng)過具體實(shí)踐可知，BIM 能夠有效提高建筑工程施工效率與質(zhì)量；（2）在某建筑工程項目中借助BIM 技術(shù)構(gòu)建管線模型，并進(jìn)行管線碰撞檢測，在設(shè)計圖紙會審環(huán)節(jié)利用管線碰撞與管線綜合，找出二維圖紙中存在的設(shè)計錯誤，從而進(jìn)一步優(yōu)化管線設(shè)計圖；（3）在某大型機(jī)電安裝工程中應(yīng)用BIM 技術(shù)，完成BIM 三維建模，然而進(jìn)行模擬分析，提高技術(shù)交底的有效性，最終應(yīng)用結(jié)果表明：BIM技術(shù)在建筑MEP 中具有應(yīng)用價值等。

對于住宅小區(qū)地下室綜合管網(wǎng)建設(shè)而言，通過應(yīng)用BIM 技術(shù)的三維設(shè)計與規(guī)劃，能夠篩選出最為科學(xué)可行的管線布設(shè)方案，顯著提高設(shè)計效率，促使地下室管線布設(shè)更加順利、有效的開展，提高地下室空間的利用率，也能為地下室綜合管線的施工安裝與管理維護(hù)提供有效的指導(dǎo)，盡量避免綜合管道施工中由于碰撞而引發(fā)設(shè)計變更問題，有效縮短工期，節(jié)省建設(shè)成本。

2、BIM 技術(shù)在住宅小區(qū)地下室綜合管網(wǎng)中有效運(yùn)用

2.1 構(gòu)建BIM 地下室綜合管網(wǎng)模型

2.1.1 建模規(guī)范

BIM 地下室綜合管網(wǎng)模型構(gòu)建的好壞直接關(guān)系到住宅小區(qū)地下室綜合管網(wǎng)工程的建設(shè)質(zhì)量，所以在具體構(gòu)建過程中必須立足于三維數(shù)字化技術(shù)，在三維模型中錄入工程項目全生命周期中各個階段的所有信息，讓地下室綜合管網(wǎng)的建設(shè)流程與管網(wǎng)系統(tǒng)的自身信息集合起來，生成一個完善的信息化與數(shù)字化系統(tǒng)[1]。相關(guān)建模標(biāo)準(zhǔn)包括：（1）結(jié)合具體工程建設(shè)需求，分階段和分系統(tǒng)建模；（2）建模等級必須符合各階段設(shè)計交付規(guī)范；（3）依據(jù)命名規(guī)則對構(gòu)件信息與類型進(jìn)行正確、合理的命名，以便后續(xù)及時獲取構(gòu)件信息；（4）管網(wǎng)模型信息必須全面且完整；（5）管網(wǎng)模型必須真實(shí)的反映出管道構(gòu)件的具體材質(zhì)、功能及尺寸等，以便統(tǒng)計；（6）模型中所有數(shù)據(jù)必須具備一定的關(guān)聯(lián)性與交互性。

2.1.2 建模模型流程

一是，在建模前，應(yīng)編寫建模計劃與建模構(gòu)件清單。由于住宅小區(qū)地下室綜合管網(wǎng)工程的規(guī)模比較龐大，需要多個部門參與進(jìn)來，會用到種類繁多的的管件與附屬設(shè)施，只有七千制定好構(gòu)件清單，才能夠確保后續(xù)施工安裝工作的有序開展，清單內(nèi)容包括：使用哪款軟件建模，使用何種顏色來區(qū)分不同管件等，從而形成一個清晰的建模思路，避免重新建?；蚴侵型痉倒ぁ?/p>

二是，繪制場地模型。結(jié)合住宅小區(qū)地下室所在區(qū)域的地形特點(diǎn)，明確高程基點(diǎn)，然后利用Revit Architecture 軟件來繪制出場地模型。

三是，繪制土層模型。結(jié)合工程項目地質(zhì)勘查報告，使用不同的材質(zhì)來反映不同的土層。地下室綜合管網(wǎng)均需在土層里進(jìn)行施工安裝，因此在設(shè)計土層模型時，應(yīng)充分考慮土層的具體性質(zhì)，對管道進(jìn)行力學(xué)分析。

四是，構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)模型。地下室綜合管網(wǎng)的物質(zhì)輸送終端為構(gòu)建物各種裝置與設(shè)備，從而更好地滿足居民日常生活所需。

五是，構(gòu)建地下室管線模型。遵循從上到下、先干管后支管的原則，結(jié)合不同功能的管道，構(gòu)建不同的模型建模。

六是，模型整合。以導(dǎo)入或是鏈接方式，把不同專業(yè)的地下室管道模型、建筑模型等拼接到一個模型中，并結(jié)合場地模型將上述模型放到合適的標(biāo)高位置。

2.1.3 建模關(guān)鍵技術(shù)

在住宅小區(qū)地下室綜合管網(wǎng)的BIM模型建模過程中，需要有效使用相應(yīng)的建模關(guān)鍵技術(shù)，以更加科學(xué)、深入的優(yōu)化管線碰撞檢測與管理設(shè)計，為后續(xù)施工作業(yè)和運(yùn)維管理提供有效的指導(dǎo)。具體包括：（1）充分考慮具體施工情況，BIM 工程師應(yīng)在具體施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對施工中存在的工作面、空間問題進(jìn)行全面考慮，搭建不同管道模型，確保三維管線模型能夠指導(dǎo)具體施工；（2）采集建模信息，“信息”是BIM 模型的核心，也是住宅小區(qū)地下室綜合管網(wǎng)建設(shè)的“靈魂”，所以在建模前，工程師必須加強(qiáng)以業(yè)主、建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位等方面的溝通協(xié)調(diào)，獲取到準(zhǔn)確、全面的工程信息，特別是管線變更信息，從而確保最終建成的BIM 模型具備應(yīng)有的使用價值[2]；（3）創(chuàng)建異形構(gòu)建，BIM 工程師應(yīng)集合工程具體狀況，設(shè)計一些復(fù)雜多樣、新的異形構(gòu)件，以滿足住宅小區(qū)地下室綜合管網(wǎng)的基本功能。

2.2 三維模型可視化與碰撞檢測

2.2.1 可視化

對于住宅小區(qū)地下室綜合管網(wǎng)而言，可視化在管線布設(shè)、施工安裝、后期運(yùn)維管理中起著重要的作用。如：在管線二維施工設(shè)計圖中，僅僅以點(diǎn)線面、文字符號的方式來呈現(xiàn)管線的空間位置，而對于管線布設(shè)方式與空間幾何位置的明確，需要結(jié)合既有工作經(jīng)驗(yàn)來自行想象，這就導(dǎo)致在施工安裝結(jié)束后出現(xiàn)管線布設(shè)與空間位置不吻合設(shè)計圖紙的問題，從而影響到后期運(yùn)營中的維護(hù)管理和管線更新[3]。針對這一情況，工程師可利用BIM 的可視化功能，把繁復(fù)多變、空間位置參差錯落的管道管線三維的立體形象實(shí)物模型展現(xiàn)在工作人員眼前，也便于設(shè)計人員更加直觀地開展碰撞檢測分析，為施工人員開展施工作業(yè)提供必要的指導(dǎo)，確保設(shè)計與施工的相一致。

2.2.2 碰撞檢測

碰撞檢測主要指借助BIM 技術(shù)中的相關(guān)軟件，把二維設(shè)計圖轉(zhuǎn)變成三維模型，這一過程并非是簡單的建模，還是一個對工程施工過程的動態(tài)模擬，能夠充分暴露出設(shè)計圖紙中隱藏的各種問題，以便各方人員及時查缺補(bǔ)漏。同時，碰撞檢測也是一個精細(xì)化的設(shè)計檢測技術(shù)，能夠?qū)こ淌┕ぶ锌赡馨l(fā)生的不合理或是問題進(jìn)行提前預(yù)判，以便設(shè)計人員有針對性的優(yōu)化施工圖紙，提高設(shè)計質(zhì)量，為后續(xù)施工工作高質(zhì)高效開展提供有力的保障。

在住宅小區(qū)地下室綜合管網(wǎng)工程中，涉及到中數(shù)量繁多、類型不一的管線，如：污水、電力、熱力、給水等，這些管道布設(shè)由不同的設(shè)計部門負(fù)責(zé)設(shè)計，不同的安裝部門負(fù)責(zé)安裝，不同的管理部門負(fù)責(zé)后期運(yùn)維管理，而不同管線的布線時間、布線位置及標(biāo)準(zhǔn)也存在很大的差異，故而不同管線之間在施工安裝時極易出現(xiàn)碰撞問題，從而影響到地下室綜合管網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量，乃至?xí)o建設(shè)企業(yè)造成不可避免的經(jīng)濟(jì)損失。基于此，可借助BIM 技術(shù)的碰撞檢測分析功能，來對不同管線之間、住宅小區(qū)與管線之間存在的各種碰撞問題進(jìn)行有效、迅速的識別，并將不同管線的布線方案構(gòu)建成不同的三維模型，然后在虛擬的模型中完成各種管道的碰撞檢測，從而找出存在的碰撞與沖突問題，告知相關(guān)負(fù)責(zé)部門及時修改錯誤，最終制定出更加科學(xué)可行的綜合管網(wǎng)施工方案[4]。相較于傳統(tǒng)碰撞檢測，基于BIM 技術(shù)的碰撞檢測能夠在極大程度上減少人力和物力的投入，碰撞檢測結(jié)果也更加全面和準(zhǔn)確，幾乎不會出現(xiàn)疏漏，還能夠有效縮短整個工程項目的建設(shè)周期。

另外，現(xiàn)階段，基于BIM 技術(shù)的碰撞檢測的軟件包括Navisworks、Solibri Model Checker、Navigator 等，BIM 工程師可結(jié)合工程項目的具體需要，選擇合適的碰撞檢測軟件，將管線由二維圖紙轉(zhuǎn)變成三維模型，更加直觀清晰地呈現(xiàn)出地下室綜合管網(wǎng)中的管線空間幾何位置，并直觀地發(fā)現(xiàn)存在的碰撞錯誤，然后利用BIM 技術(shù)的其他軟件將檢測結(jié)果發(fā)送給對應(yīng)的負(fù)責(zé)部門，督促其及時調(diào)整與修改，從而有效減少施工期間的設(shè)計變更幾率。

2.2.3 管線優(yōu)化

由于住宅小區(qū)地下室綜合管網(wǎng)的規(guī)模較大，且種類豐富，所以在完成地下室空間布設(shè)以后，需要進(jìn)一步優(yōu)化各類管線。具體優(yōu)化原則為：（1）科學(xué)處理管線碰撞問題；（2）對于各類管線的施工，必須保證不會影響到其他施工作業(yè)的開展，盡可能對各類管線進(jìn)行緊湊布置，從而確保地下室空間得到更加充分的利用；（3）盡量避開主要干管，減少管線彎轉(zhuǎn)；（4）盡可能在一個溝槽中埋設(shè)管線，依據(jù)相應(yīng)的順利與層次要求進(jìn)行管線布設(shè)；（5）嚴(yán)格按照相關(guān)管線布線標(biāo)準(zhǔn)，并盡可能提高管線布設(shè)的美觀性。

2.3 基于BIM 技術(shù)的綜合管網(wǎng)信息化管控

2.3.1 施工進(jìn)度方面

在住宅小區(qū)地下室綜合管網(wǎng)施工期間，可利用BIM技術(shù)來構(gòu)建科學(xué)可行的施工進(jìn)度管理體系，該系統(tǒng)集成了施工進(jìn)度與施工組織的管理方法、管理理論及先進(jìn)技術(shù)，借助信息化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)整個工程施工進(jìn)度管理的協(xié)調(diào)性、高效性、可視化及準(zhǔn)確性，確保施工進(jìn)度與質(zhì)量。同時，該系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)對施工進(jìn)度的模擬，從而提高進(jìn)度管理和成本控制效果。

2.3.2 4D 施工模擬

對于建筑工程項目而言，由于項目規(guī)模較大，涉及到的專業(yè)較多，施工過程中存在諸多的風(fēng)險因素，這就使得施工管理的難度非常大，而施工工序是既定的，一旦某一環(huán)節(jié)出錯，就需要投入更多的財力、人力及物力來解決，這樣不僅耽誤了工期，還會影響到整個工程項目的經(jīng)濟(jì)熊阿姨?；诖?，BIM 工程師可利用計算機(jī)技術(shù)來構(gòu)建一個虛擬平臺，依據(jù)工程項目的建設(shè)要求與各種信息資源，對施工組織計劃、施工安排、施工流程等進(jìn)行全面考慮，制定出以點(diǎn)線面為基礎(chǔ)的施工進(jìn)度方案，在三維模型中鏈接時間因素，構(gòu)建4D 施工進(jìn)度模擬，然后在此基礎(chǔ)上，對計劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度之間存在的偏差進(jìn)行有效分析，從而進(jìn)一步優(yōu)化施工進(jìn)度與施工計劃。

針對4D 施工模擬的應(yīng)用，以三維的住宅小區(qū)地下室管線模型為出發(fā)點(diǎn)，充分考慮施工時間因素，依據(jù)建模先后次序來對動態(tài)的工程項目施工過程進(jìn)行模擬，再借助先進(jìn)的信息化技術(shù)，構(gòu)建虛擬地下室綜合管網(wǎng)模型，從而在施工前對整個施工過程加以模擬，對其中可能遇到的問題進(jìn)行提前預(yù)判，實(shí)現(xiàn)先模擬后建造，解決設(shè)計錯誤，提前規(guī)避施工中隱藏的風(fēng)險與沖突，還能夠?qū)Σ煌┕び媱?、施工方法等進(jìn)行比較分析，篩選出最優(yōu)的施工計劃與施工方法，并提前完成施工技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)的技術(shù)交底，最終有效減少施工期間的設(shè)計變更問題、安全問題，實(shí)現(xiàn)對各類施工資料的動態(tài)集成管理，確保住宅小區(qū)地下室綜合管網(wǎng)工程的按時按質(zhì)完成。

2.3.3 施工管理

信息化管理是BIM 技術(shù)中最為重要的一環(huán)，BIM 是一種基于三維模型而構(gòu)建的信息數(shù)據(jù)庫，具備非常強(qiáng)大的存儲能力，在數(shù)據(jù)庫中存儲建筑工程項目的所有信息。在住宅小區(qū)地下室綜合管網(wǎng)施工過程中，可借助BIM 技術(shù)，將管網(wǎng)中的每個構(gòu)件的編號、類型、供應(yīng)商、施工日期等數(shù)據(jù)信息視作其屬性，在三維模型中進(jìn)行統(tǒng)一存儲，以便各方更加高效的開展地下室管線數(shù)據(jù)分析與管理工作。在具體施工管理環(huán)節(jié)，可先在BIM 平臺上錄入所有的地下室綜合管網(wǎng)信息，各參與方均可以從這一平臺上獲取所需信息，保證管線各部門之間的協(xié)同合作，對整個綜合管網(wǎng)的施工安裝工序進(jìn)行科學(xué)安排，提高施工安裝效率[5]。同時，利用地下室綜合管網(wǎng)的4D 施工模擬，能夠更加準(zhǔn)確和充分的掌握建筑工程施工中進(jìn)步計劃的關(guān)鍵點(diǎn)，然后通過比較工程具體進(jìn)度與模型計劃，找出其中存在的偏差或是錯誤，然后及時進(jìn)行處理，把具體變化控制在計劃范圍之內(nèi)。

另外，在具體施工管理過程中，BIM 技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)包括：（1）實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，即通過構(gòu)建三維模型，實(shí)現(xiàn)對地下室綜合管網(wǎng)的可視化，并對其進(jìn)行4D 施工模擬，可對整個施工安裝過程進(jìn)行科學(xué)高效的管控，并通過對比模擬關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的施工安裝方案，篩選出最優(yōu)的施工技術(shù)和工藝；同時，在技術(shù)交底環(huán)節(jié)，可借助三維模型來對施工技術(shù)與工藝進(jìn)行直觀、立體的呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)可視化交底，以便相關(guān)人員更加科學(xué)的安排每一道施工工序，實(shí)現(xiàn)對各施工節(jié)點(diǎn)的合理控制，確保具體施工進(jìn)度與模擬進(jìn)度趨于一致，從而切實(shí)保障施工質(zhì)量與施工進(jìn)度。在此基礎(chǔ)上，可利用工作分解結(jié)構(gòu)進(jìn)行工程費(fèi)用計價，并與施工安裝預(yù)算相鏈接，構(gòu)建BIM 4D/5D 進(jìn)度—成本模型，最終明確該工程總承包預(yù)算與單項工程成本預(yù)算，以便相關(guān)人員更加科學(xué)、精準(zhǔn)地控制各施工環(huán)節(jié)的建設(shè)成本，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益；（2）施工信息共享，在綜合管網(wǎng)施工安裝過程中，各參建方的管理協(xié)調(diào)工作是否良好，直接影響到整個工程的施工進(jìn)度與質(zhì)量，所以可利用BIM 平臺來實(shí)現(xiàn)各參建方的施工信息共享，強(qiáng)化彼此之間的溝通交流，構(gòu)建起模塊化與集成化的施工模式，確保各項資源的最優(yōu)化利用。

2.3.4 運(yùn)維管理

通過BIM 模型的應(yīng)用，對建筑工程建設(shè)中各環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的信息進(jìn)行全面分析和存儲，包括：規(guī)劃環(huán)節(jié)、設(shè)計環(huán)節(jié)、施工環(huán)節(jié)、竣工驗(yàn)收環(huán)節(jié)等，從而為后期的住宅小區(qū)地下室綜合管網(wǎng)運(yùn)維管理提供必要的數(shù)據(jù)支持，如：通過利用BIM 技術(shù)，建立工程項目運(yùn)維管理系統(tǒng)，在信息數(shù)據(jù)庫中存儲管網(wǎng)的所有屬性信息與空間信息，以便后期存儲管理；借助該系統(tǒng)所具備的強(qiáng)大分析能力，再與其他分析軟件相連接，實(shí)現(xiàn)對地下室綜合管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的全過程、動態(tài)模擬與監(jiān)測；另外，利用BIM平臺的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行功能，對地下室綜合管網(wǎng)中各類管線的復(fù)雜分布、空間關(guān)系相應(yīng)情況進(jìn)行實(shí)時查詢、瀏覽及觀測，及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)其中出現(xiàn)的一些突發(fā)事故，并告知相關(guān)部門進(jìn)行處理，以確保地下室綜合管網(wǎng)始終保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。從而實(shí)現(xiàn)工程后期運(yùn)維管理的智能化與自動化，顯著提高運(yùn)維管理質(zhì)量和水平。

結(jié)語：

綜上所述，在住宅小區(qū)地下室綜合管網(wǎng)建設(shè)過程中，建設(shè)企業(yè)必須積極應(yīng)用BIM 技術(shù)，構(gòu)建三維模型，通過三維模型可視化與碰撞檢測來提高工程項目的設(shè)計效率，實(shí)現(xiàn)對綜合管網(wǎng)的深化設(shè)計，編制出更加科學(xué)、可行的施工方案，為后續(xù)施工工作提供有效的指導(dǎo)。同時，通過基于BIM 技術(shù)的綜合管網(wǎng)信息化管控，能夠有效控制施工進(jìn)度，確保施工安裝作業(yè)的保質(zhì)保量完成，獲得良好的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。