BIM技術(shù)在給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

武曉東

（筑博設(shè)計(jì)股份有限公司， 山西 太原 030000）

建筑給排水工程與建筑使用者的日常生活息息相關(guān)。 隨著建筑行業(yè)的發(fā)展， 建筑給排水的工作方式得以優(yōu)化， 相繼引入更多前沿的技術(shù)。 在建筑給排水設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)后， 建立實(shí)體建筑模型，供設(shè)計(jì)人員直觀分析設(shè)計(jì)成果， 評估存在的不足之處， 經(jīng)過優(yōu)化后提升整體設(shè)計(jì)效果， 較好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式的不足。

1 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)通過對建筑工程信息的收集后做數(shù)據(jù)化、 信息化處理， 建立三維立體模型， 以更具直觀性的方式呈現(xiàn)建筑工程信息。 隨著BIM技術(shù)應(yīng)用水平的提高， 相繼在更多建筑給排水設(shè)計(jì)中取得應(yīng)用，借助三維模型表達(dá)給排水管道系統(tǒng)架構(gòu)， 除了供設(shè)計(jì)人員分析給排水管道的布設(shè)情況外， 還可用于給排水與強(qiáng)弱電、 暖通等專業(yè)設(shè)施的碰撞檢查， 發(fā)現(xiàn)設(shè)施間的矛盾， 在源頭上予以規(guī)避。 基于BIM技術(shù)的給排水設(shè)計(jì)成果更具可行性， 有利于工程建設(shè)活動的高效開展。

2 BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 設(shè)計(jì)成果可視化

常規(guī)給排水設(shè)計(jì)方法采用的是二維設(shè)計(jì)圖的信息表達(dá)方式， 例如應(yīng)用CAD軟件繪制平面圖形， 存在難以全面、 直觀展現(xiàn)信息的局限性[1]。 相較而言，BIM技術(shù)改變固有設(shè)計(jì)方式的弊端， 以三維模型的方式呈現(xiàn)設(shè)計(jì)成果， 得益于三維可視化的特點(diǎn)， 建筑工程各參與主體可直觀溝通， 且能夠加強(qiáng)整體布局優(yōu)化和各項(xiàng)專業(yè)間的有效協(xié)調(diào)， 在設(shè)計(jì)初期發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行修改。 經(jīng)驗(yàn)表明， 基于BIM技術(shù)的給排水設(shè)計(jì)較好地規(guī)避了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式中管線沖突問題，設(shè)計(jì)的有效性提升， 對現(xiàn)場施工大有裨益。

2.2 多專業(yè)設(shè)計(jì)的協(xié)同化

建筑給排水設(shè)計(jì)具有系統(tǒng)性， 除了給排水主體外還需考慮與電氣管線、 暖通等專業(yè)的關(guān)系。 依托BIM技術(shù)的協(xié)同化優(yōu)勢， 將多專業(yè)的設(shè)計(jì)人員聚集起來， 共同商討各專業(yè)、 專業(yè)間的設(shè)計(jì)方式， 保證各專業(yè)設(shè)計(jì)有效性的同時(shí)避免專業(yè)間協(xié)調(diào)效果差的問題。 并且， 協(xié)同設(shè)計(jì)的方式可增強(qiáng)信息的流通，以防由于資料不匹配、 信息共享不及時(shí)等問題而出現(xiàn)設(shè)計(jì)遺漏、 設(shè)計(jì)錯(cuò)誤等各類異常狀況。

2.3 設(shè)計(jì)信息參數(shù)化

基于BIM技術(shù)的建筑模型具有參數(shù)化的特點(diǎn)，由于設(shè)計(jì)要求需調(diào)整參數(shù)時(shí)， 可直接在Revit軟件中修改， 相關(guān)聯(lián)的參數(shù)隨即更新， 從而保證材料信息、工程量等各項(xiàng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。 從工作強(qiáng)度的角度來看， 由于參數(shù)的自動化更新， 將有效減少人為操作的工作量， 減輕作業(yè)強(qiáng)度。 得益于BIM技術(shù)設(shè)計(jì)信息參數(shù)化的特點(diǎn)， 設(shè)計(jì)人員更加便捷地對設(shè)計(jì)模型信息做出修改， 促進(jìn)設(shè)計(jì)效率的提高。

3 項(xiàng)目概況

某建筑工程總面積10100m2， 建筑高度133.2m，局部地下2 層、 地上33 層， 屬于具有辦公、 商業(yè)多項(xiàng)功能的綜合型建筑。 給排水系統(tǒng)屬于建筑的重要組成部分， 包含給水、 排水、 熱水、 污水、 廢水多類細(xì)分子系統(tǒng)。

4 BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

4.1 協(xié)同設(shè)計(jì)

Revit軟件在協(xié)同設(shè)計(jì)方面有鏈接模式和工作集模式兩種可供選擇[2]。 其中， 鏈接模式的外部鏈接模型不可編輯， 不利于設(shè)計(jì)工作中的管線調(diào)整操作；工作集模式的權(quán)限獲得與釋放流程頗具復(fù)雜性， 但可在相同項(xiàng)目文件中完成對管線的調(diào)整。 兩種模式均有各自的應(yīng)用特性， 結(jié)合項(xiàng)目管線設(shè)計(jì)要求和管線碰撞檢測目的， 經(jīng)對比分析后將建筑和結(jié)構(gòu)模型作為鏈接文件， 在相同文件內(nèi)協(xié)同工作。 以建筑23層設(shè)備層為例， 展開BIM技術(shù)的應(yīng)用探討。

4.2 項(xiàng)目準(zhǔn)備

4.2.1 項(xiàng)目創(chuàng)建

設(shè)計(jì)工具采用RevitMEP軟件， 建立機(jī)電BIM模型。 MEP項(xiàng)目的創(chuàng)建屬于項(xiàng)目創(chuàng)建的重點(diǎn)內(nèi)容， 思路為: 采用軟件的協(xié)同工作功能， 向MEP項(xiàng)目中鏈接建筑模型的中心文件， 讀取包含軸網(wǎng)、 標(biāo)高在內(nèi)的各項(xiàng)關(guān)鍵信息， 據(jù)此進(jìn)行設(shè)計(jì)； 并且， 對結(jié)構(gòu)模型的中心文件做鏈接處理。

4.2.2 三維視圖和平面視圖的創(chuàng)建

考慮到各層給排水管道的繪制要求， 創(chuàng)建各層的給排水平面視圖和三維視圖， 以便根據(jù)需求及時(shí)查看單獨(dú)的樓層， 實(shí)現(xiàn)此效果的方式是僅顯示可見視圖范圍內(nèi)的模型， 其它部分則予以隱藏。 此外，還賦予視圖 “過濾” 的功能， 例如僅顯示給排水管道及配套設(shè)備， 除此之外的其它各類管道和設(shè)備均被隱藏。

4.2.3 中心文件與工作集的創(chuàng)建

MEP項(xiàng)目文件被保存在文件服務(wù)器， 建立中心文件， 各獲得授權(quán)的工程師將文件另存為本地文件，從而開展工作[3]。 通過 “與中心文件同步” 功能的應(yīng)用， 建筑或結(jié)構(gòu)模型的中心文件經(jīng)過修改后自動更新模型。 各專業(yè)工程師利用工作集模式確定權(quán)限，創(chuàng)建專屬于自身的工作集并使用， 任何其它專業(yè)均無法對其圖元進(jìn)行修改， 若由于設(shè)計(jì)需要而確實(shí)需要做出修改， 允許專業(yè)人員進(jìn)行編輯。 為提高協(xié)同設(shè)計(jì)水平， 各專業(yè)同步開展BIM模型的創(chuàng)建工作， 存在需求時(shí)可及時(shí)互相查看工作進(jìn)度， 協(xié)調(diào)工作步伐。

4.3 給排水系統(tǒng)模型的創(chuàng)建

4.3.1 基本設(shè)置

加載和編輯管道、 管件和設(shè)備， 將各類給排水管道的配套設(shè)施載入構(gòu)件族庫， 存在屬性修改要求時(shí)借助 “類型屬性” 對話框?qū)崿F(xiàn)， 可修改的屬性信息包含管道的類型名稱、 材質(zhì)、 型號等。 基本設(shè)置是給排水系統(tǒng)模型創(chuàng)建的重要環(huán)節(jié)， 在此前提下有利于BIM模型記錄給排水系統(tǒng)構(gòu)件的集合信息、 材料性能信息等， 在豐富信息的基礎(chǔ)上， 軟件自動生成設(shè)備材料列表。

4.3.2 設(shè)備的選型與管道的鋪設(shè)

在基本設(shè)置操作落實(shí)到位后， 創(chuàng)建給排水系統(tǒng)的模型。 對dwg文件做鏈接處理， 在MEP項(xiàng)目文件的平面圖中呈現(xiàn)給排水平面圖， 據(jù)此創(chuàng)建三維模型，此方式將有效避免由于同時(shí)打開CAD軟件查看圖紙而導(dǎo)致的操作繁瑣問題， 對員工的便捷化作業(yè)較為友好。 調(diào)用族庫的衛(wèi)生器具、 供水設(shè)備等， 設(shè)定屬性， 根據(jù)功能需求確定各類設(shè)備的放置位置。 “常用” 選項(xiàng)卡內(nèi)有 “管道” 命令， 用于管道的繪制。從設(shè)置的管道類型中予以選擇， 明確管徑和標(biāo)高，根據(jù)掌握的參數(shù)繪制管段。 于關(guān)鍵的部位放置閥門及各類配套的附件。 在常規(guī)平面圖的基礎(chǔ)上賦予標(biāo)高值， 實(shí)現(xiàn)管件、 設(shè)備等設(shè)施從二維向三維的轉(zhuǎn)變，設(shè)計(jì)人員將從多個(gè)角度觀察， 對設(shè)施的三維特性有著全面的掌握。

部分管道按特定的坡度敷設(shè)， 根據(jù)布設(shè)要求啟用 “向下坡度”、 “向上坡度” 選項(xiàng)卡， 輸入坡度值后即可完成繪制。 于立面視圖中進(jìn)行立管的繪制，對應(yīng)至平面視圖中， 對立管的位置做細(xì)微的調(diào)節(jié)即可， 高效繪制立管。 給排水設(shè)計(jì)時(shí)， 同步打開平面、立面、 三維視圖窗口， 供設(shè)計(jì)人員更加直觀地分析，掌握建筑、 結(jié)構(gòu)的信息， 評價(jià)管道的平面位置、 立面位置是否達(dá)到要求。 由于信息的呈現(xiàn)更具全面性，有助于設(shè)計(jì)人員在源頭上發(fā)現(xiàn)問題， 經(jīng)過優(yōu)化后獲得可行性較高的設(shè)計(jì)方案。

在協(xié)同設(shè)計(jì)的工作模式下， 給排水專業(yè)管道繪制期間由其它專業(yè)人員同步組織暖通、 電氣等專業(yè)的設(shè)計(jì)工作， 各專業(yè)間互相查看工作進(jìn)度， 視實(shí)際設(shè)計(jì)狀況加以協(xié)調(diào)。 模型建立初期可觀察到碰撞狀況， 便于前期的協(xié)調(diào)。 例如， 暖通專業(yè)圖紙中的水箱上方分布風(fēng)管， 設(shè)計(jì)人員經(jīng)由模型觀察到水箱上方有梁和環(huán)帶桁架， 多類設(shè)施高密度分布在有限的空間內(nèi)， 存在碰撞問題， 諸如此類問題將以碰撞位置截圖的方式保存， 建模結(jié)束后生成碰撞報(bào)告， 設(shè)計(jì)人員根據(jù)碰撞報(bào)告做出調(diào)整。 消防管道模型， 如圖1 所示。

圖1 消防管道的繪制

4.4 碰撞檢測

RevitMEP軟件在三維協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境中整合給排水模型、 暖通模型、 電氣模型， 為碰撞檢測與管線檢查提供了良好條件[4]。 管線布置如圖2 所示， 各專業(yè)管線建模完成后， 繪制管線和設(shè)備放置位置，進(jìn)入第一輪調(diào)整。 以手動查找的方式做初步的判斷，確定明顯的管線碰撞問題， 以移動位置和調(diào)節(jié)標(biāo)高的方式消除碰撞。 已解決和待解決的碰撞問題均得到完整的記錄， 向設(shè)計(jì)人員反饋資料， 由其根據(jù)記錄內(nèi)容對圖紙做出修改。 初期的初步檢查必須落實(shí)到位， 是后續(xù)精細(xì)化檢查的重要保障。 若直接啟用“碰撞檢查” 功能， 將一次檢出大量的碰撞點(diǎn)， 加大修改工作量， 可能由于修改遺漏或其它原因而影響管線碰撞處理效果。

圖2 生活水箱間附近管線布置

經(jīng)過初步的管線碰撞檢查和調(diào)整后， 啟用 “碰撞檢查” 功能， 利用數(shù)學(xué)方程描述監(jiān)測對象輪廓，確定被測對象的聯(lián)立方程并對其是否有解進(jìn)行判斷。根據(jù)檢查結(jié)果生成沖突報(bào)告。 碰撞檢查功能的覆蓋面廣， 例如機(jī)電管線間的檢查、 管線與建筑結(jié)構(gòu)的碰撞檢查。

碰撞檢查過程中發(fā)現(xiàn)需要重大調(diào)整的問題時(shí)，先根據(jù)檢查結(jié)果生成預(yù)解決方案， 各專業(yè)工程師溝通， 富有針對性地對三維模型做出調(diào)整， 生成一套適應(yīng)于現(xiàn)存問題的解決方案， 通過各專業(yè)人員的確認(rèn)后， 按照方案要求加以修改， 直至問題消除為止。例如， 碰撞檢查結(jié)果顯示水箱與環(huán)帶桁架存在碰撞，通過與相關(guān)專業(yè)人員的溝通后， 提出 “將水箱高度降低0.5m、 橫向加寬” 的調(diào)整方案， 按照方案要求修改模型和施工圖， 而后與中心文件同步， 相關(guān)聯(lián)的信息隨即更新， 呈現(xiàn)經(jīng)過調(diào)整后的管線位置情況。

在第一輪管線碰撞檢查的基礎(chǔ)上， 進(jìn)入第二輪檢查， 此階段的檢查空間較之于第一輪有所縮小，細(xì)節(jié)問題更應(yīng)得到重視。 弱電橋和暖通風(fēng)管需經(jīng)由生活水箱上方穿越， 為保證設(shè)施空間位置的合理性，在多專業(yè)商討后對施工圖進(jìn)行修改， 至此各項(xiàng)管線碰撞問題得到妥善的解決， 不會由于前期設(shè)計(jì)不到位而導(dǎo)致現(xiàn)場施工時(shí)出現(xiàn)管線碰撞問題。 具體至本建筑工程中， 設(shè)備層的設(shè)施組成復(fù)雜， 相關(guān)人員加強(qiáng)重點(diǎn)分析和綜合調(diào)整， 經(jīng)過優(yōu)化后的設(shè)備層空間凈高滿足要求， 一方面有效避讓結(jié)構(gòu)， 另一方面精準(zhǔn)確定管線的位置和標(biāo)高， 為后續(xù)的高效施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計(jì)中的其他應(yīng)用

5.1 在設(shè)備材料統(tǒng)計(jì)中的應(yīng)用

BIM模型具備自動統(tǒng)計(jì)分析的功能， 根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果生成設(shè)備材料表， 對設(shè)備、 材料的取用有重要的引導(dǎo)作用。 在BIM模型建立初期， 工程師完成對設(shè)備、 材料基本屬性的設(shè)定， 資料信息將由BIM模型保存， 經(jīng)過自動統(tǒng)計(jì)后即可生成設(shè)備材料表。 模型文件中某給水管道的管徑改變時(shí)， 除了基礎(chǔ)參數(shù)的變化外， 與之相關(guān)聯(lián)的列表也將同步更新， 全程無需人工手動操作， 減少工作量的同時(shí)提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性， 為項(xiàng)目的概預(yù)算提供了可靠的數(shù)據(jù)支持， 也能夠給業(yè)主的成本控制提供富有參考價(jià)值的信息， 保證成本控制的有效性。

5.2 在施工模擬中的應(yīng)用

建筑項(xiàng)目3D模型與施工進(jìn)度建立起關(guān)聯(lián)， 促進(jìn)時(shí)間和空間兩層面信息的整合， 基于多維度信息建立4D施工信息模型， 提供4D施工模擬功能， 兼具動態(tài)化、 集成化、 可視化的突出優(yōu)勢[5]。 對于建筑給排水系統(tǒng)中的各類管線和設(shè)備進(jìn)行可建性模擬，此功能的應(yīng)用一方面有利于對安裝順序做合理的協(xié)調(diào)， 確保各項(xiàng)安裝工作按照流程有條不紊地推進(jìn)，另一方面對安裝進(jìn)度做出妥善的規(guī)劃， 在較短的時(shí)間內(nèi)保質(zhì)保量完成施工作業(yè)， 總體來看達(dá)到保證質(zhì)量、 提高效率的突出效果。

5.3 在維護(hù)及管理中的應(yīng)用

除了建設(shè)外， 建筑使用期間的維護(hù)管理也是保證給排水系統(tǒng)得以正常運(yùn)行的重要途徑， BIM技術(shù)在此方面依然具有應(yīng)用價(jià)值。 若建筑使用期間存在管線故障， 采用BIM技術(shù)予以解決， 聯(lián)合應(yīng)用BIM模型和運(yùn)營管理系統(tǒng)， 精準(zhǔn)定位故障部位， 深入探明導(dǎo)致故障發(fā)生的關(guān)鍵原因， 獲取與故障有關(guān)的信息， 根據(jù)故障狀況安排保修， 力爭在較短時(shí)間內(nèi)處理故障， 使建筑給排水系統(tǒng)恢復(fù)正常使用的狀態(tài)。

6 結(jié)語

建筑給排水工程包含生活給水、 消防給水、 雨水排水、 污廢水排水等細(xì)分組成部分， 隨著建筑建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大和用戶使用要求的提高， 建筑給排水的設(shè)計(jì)水平應(yīng)有所進(jìn)步。 在復(fù)雜的建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， 可以考慮BIM技術(shù)的應(yīng)用， 依托該項(xiàng)技術(shù)可視化、 參數(shù)化等優(yōu)勢高效完成本專業(yè)的設(shè)計(jì)， 并實(shí)現(xiàn)給排水與其它相關(guān)專業(yè)的協(xié)同， 提高設(shè)計(jì)水平，促使后續(xù)建設(shè)工作的高效開展。