BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

【摘要】文章以建筑給排水系統(tǒng)為研究對(duì)象，基于BIM技術(shù)進(jìn)一步完善給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，以期達(dá)到給排水系統(tǒng)的最優(yōu)功能，探討其在城市給排水系統(tǒng)中的應(yīng)用前景。通過對(duì)BIM技術(shù)在建筑給排水方面的應(yīng)用與研究狀況進(jìn)行分析，采用文獻(xiàn)研究法、案例分析法、問卷調(diào)查法等結(jié)合實(shí)際案例，對(duì)BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行深入探索。研究結(jié)果表明，采用BIM技術(shù)對(duì)建筑物進(jìn)行三維建模，可以實(shí)現(xiàn)建筑給排水系統(tǒng)的三維可視化，從而大幅提升給排水設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效率。

【關(guān)鍵詞】建筑設(shè)計(jì)；給排水；BIM技術(shù)

【中圖分類號(hào)】TU991 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）11-0028-03

0 引言

利用BIM技術(shù)可以整理、分析收集到相關(guān)數(shù)據(jù)資料和數(shù)據(jù)，并把有用的信息加以整合，建立特定的信息交互形式。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)完整、立體的三維模型可以滿足后續(xù)工程建設(shè)對(duì)數(shù)據(jù)的需要，確保施工各環(huán)節(jié)有序?qū)嵤??；贐IM技術(shù)的信息傳遞、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與整合功能，能將工程參數(shù)直觀地展現(xiàn)出來，為預(yù)防設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的紕漏和風(fēng)險(xiǎn)提供支持。

1 BIM技術(shù)內(nèi)涵及其優(yōu)勢分析

1.1 BIM技術(shù)的內(nèi)涵

BIM技術(shù)，即建筑信息模型，是指在建設(shè)項(xiàng)目中通過某種工具或基本要素，構(gòu)成對(duì)應(yīng)的要素，再結(jié)合數(shù)據(jù)信息、相關(guān)數(shù)據(jù)和理化特征，建立一個(gè)建筑信息模型，即建筑工程產(chǎn)生的信息資料庫。在項(xiàng)目建設(shè)過程中，必須有一些數(shù)據(jù)用作參考，而BIM可以及時(shí)提供，以滿足建設(shè)項(xiàng)目的要求，保證建設(shè)項(xiàng)目的正常開展。數(shù)據(jù)庫中不僅包括建筑物自身的參數(shù)信息，由于所有功能模塊都是相互關(guān)聯(lián)的，整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的全部信息都存儲(chǔ)在BIM平臺(tái)中。同一個(gè)工程的各個(gè)參數(shù)之間也是互通的，BIM內(nèi)部可以真正地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的共享，讓溝通變得更便捷[1]。從建設(shè)項(xiàng)目的初始設(shè)計(jì)到最終的利用與管理，BIM能夠?qū)⒔ㄔO(shè)項(xiàng)目全過程中各個(gè)階段的數(shù)據(jù)都收集起來，并保證溝通活動(dòng)的正常進(jìn)行?；贐IM技術(shù)的運(yùn)用，工作人員能夠更快地完成相關(guān)工作。同時(shí)，當(dāng)某個(gè)操作指標(biāo)順利達(dá)成后，就會(huì)生成新的數(shù)據(jù)并自動(dòng)錄入系統(tǒng)，不斷補(bǔ)充和完善數(shù)據(jù)庫。

1.2 BIM技術(shù)的優(yōu)勢

1.2.1 保證建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的直觀性

BIM技術(shù)在改變傳統(tǒng)平面信息顯示的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個(gè)立體的信息模型，使相關(guān)人員能夠更好地了解、掌握整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案。如果仍然采用以往的設(shè)計(jì)方法，那么當(dāng)計(jì)劃變更時(shí)，建筑物的立面、斷面也將作出相應(yīng)的調(diào)整。而借由BIM構(gòu)建的相關(guān)模型，將項(xiàng)目數(shù)據(jù)內(nèi)容統(tǒng)一存儲(chǔ)在一個(gè)平臺(tái)上，各板塊之間都可以實(shí)現(xiàn)信息共享，一旦某個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生變化，相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息就會(huì)隨之改變，確保數(shù)據(jù)信息的一致性。很明顯，BIM技術(shù)可以簡化方案設(shè)計(jì)過程，也可以降低設(shè)計(jì)人員的工作壓力和負(fù)擔(dān)，極大地提高了建筑方案的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效果。

1.2.2 有利于多專業(yè)協(xié)作

建筑工程設(shè)計(jì)需要多個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)人員共同協(xié)作，而過去的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式缺少有效的溝通與交流，造成設(shè)計(jì)工作的延誤和疏漏[2]。將BIM技術(shù)應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，可以很好地避免這個(gè)問題，保證綜合設(shè)計(jì)效果，每位設(shè)計(jì)人員都會(huì)用到同樣的建筑信息，使彼此更容易溝通，并且可以加強(qiáng)整體設(shè)計(jì)的成效。

1.2.3 便于綜合分析和評(píng)價(jià)建筑物設(shè)計(jì)規(guī)劃

基于建模軟件平臺(tái)，對(duì)建筑物的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面分析，從而生成一份相關(guān)的評(píng)估報(bào)告，使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)υO(shè)計(jì)方案的可行性有一個(gè)較為透徹的認(rèn)識(shí)，還能方便進(jìn)行方案后續(xù)調(diào)整，進(jìn)一步減輕員工的工作量。

2 建筑給排水工程中BIM技術(shù)的核心內(nèi)容

2.1 可視化

考慮一般給排水工程的規(guī)定，需要對(duì)其所處的環(huán)境有一定的了解，應(yīng)盡量使用CAD平臺(tái)，繪制部分外觀圖和橫截面，完成整個(gè)工程，降低各專業(yè)間的沖突，節(jié)約資源成本，避免多余的二次建設(shè)，推動(dòng)BIM技術(shù)在建筑三維可視化領(lǐng)域的發(fā)展。例如，在工程的日常施工期間，通過Revit等技術(shù)，能夠建立專用消防栓系統(tǒng)的三維模型，以此來提升整個(gè)工程的施工效率，通過三維模型，還可以反饋消防栓、排水泵房、升壓穩(wěn)壓等設(shè)備信息。最后，若項(xiàng)目組在實(shí)地考察中發(fā)現(xiàn)問題，可使用BIM技術(shù)對(duì)其進(jìn)行再設(shè)計(jì)，使其符合建設(shè)項(xiàng)目的給排水要求。

2.2 模擬化

如何讓建設(shè)者更好地完成建設(shè)工作，是建筑給排水工程設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。而建筑給排水的施工流程比較復(fù)雜，不但要有各類給排水專用管路，而且要兼顧其他專業(yè)的專用大梁、暖通風(fēng)道、排煙風(fēng)道、電氣橋架等因素。如果在施工期間不能對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的安排，就會(huì)導(dǎo)致工程進(jìn)度的延誤，造成資源損耗大，增加費(fèi)用投入，并產(chǎn)生二次施工情況。借助建筑信息模型，能夠構(gòu)建一類三維時(shí)空模型，創(chuàng)建安裝進(jìn)度工作表。在施工期間，建筑工人遵循工作表的內(nèi)容與步驟，更便捷地開展各項(xiàng)施工活動(dòng)，這樣既能提高施工效率，又能盡量減少誤差。

2.3 數(shù)值化

給排水工程的數(shù)值計(jì)算通常較為復(fù)雜。在BIM應(yīng)用以前，設(shè)計(jì)者一般都是用Excel表來進(jìn)行計(jì)算，這種方法在保證準(zhǔn)確率的前提下，也給系統(tǒng)增加了大量工作。BIM技術(shù)的運(yùn)用，為設(shè)計(jì)人員提供極大助益，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在進(jìn)行方案調(diào)整時(shí)，所有的數(shù)字計(jì)算都可以得到保證，如此，員工的工作效率也會(huì)有所提升。

3 BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 工程情況

以某住宅項(xiàng)目為例，項(xiàng)目占地面積為8 145.76 m2，建筑面積為124 365 m2，總層高為216 m，地下一層到五層，以設(shè)備機(jī)房、停車場為主。工程地上辦公區(qū)域高度為4.5 m。由于樓層凈高測量極為重要，因此在工程開始之前，要盡可能利用BIM技術(shù)，對(duì)建筑各層的凈高進(jìn)行測算。在BIM技術(shù)進(jìn)行組件建模時(shí)，為確保凈高滿足更高的需求，所有的噴淋管都要穿過梁架，而不能滿足凈高要求的公用部分則要進(jìn)一步調(diào)整。在管道密度較大的地區(qū)，對(duì)管道方向進(jìn)行調(diào)整，將施工中可能出現(xiàn)的各類布局不合理、凈高不足等問題進(jìn)行控制，這樣就可以縮短施工時(shí)間并節(jié)省費(fèi)用。而CAD僅能給出一張平面圖，不能滿足工程完整、直觀的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)需求。但在BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上，使用Revit軟件對(duì)某類建筑進(jìn)行建模，可以很好地解決管線整體化、常規(guī)碰撞和預(yù)留空間等問題，在強(qiáng)化工程精度控制上提供較大的助力。

3.2 BIM技術(shù)在給排水工程設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用

3.2.1 初步設(shè)計(jì)和管道避碰

項(xiàng)目依據(jù)建筑內(nèi)部空間的高低和建筑的使用用途，并考慮建筑布局形式，對(duì)建筑內(nèi)部的凈間距進(jìn)行全方位預(yù)測，進(jìn)而完成管道系統(tǒng)高度的設(shè)計(jì)。根據(jù)建筑的特殊結(jié)構(gòu)，對(duì)給排水、暖通、電力三大專業(yè)進(jìn)行初步評(píng)估，論證是否通過側(cè)向或垂直調(diào)整避免本地光束。

在相同空間中，管道間的避碰問題是管道優(yōu)化設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，如表1所示。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)著重對(duì)管網(wǎng)中的重力管分區(qū)方向進(jìn)行觀測，結(jié)合建筑內(nèi)的總體管線布局和局部管線碰撞的位置，對(duì)整棟建筑內(nèi)多系統(tǒng)管線的空間要求進(jìn)行預(yù)測，制定合理、科學(xué)的避碰方案，從而達(dá)到提高建筑空間利用率、降低資源浪費(fèi)的目的。

3.2.2 系統(tǒng)管線和碰撞測試

在Revit平臺(tái)上，將不同的建筑模型置于不同的環(huán)境中，在三維視圖中進(jìn)行詳細(xì)比較，可以精確地找到?jīng)_突的位置，也可以通過人工尋找到重要的管道土建等方面的沖突，從而對(duì)可能出現(xiàn)的大型沖突進(jìn)行初步的處理。一般情況下，通過調(diào)整管道的布置與高度，可以很好地解決這一問題。Revit平臺(tái)提供碰撞試驗(yàn)功能，但該平臺(tái)對(duì)硬件要求高，且基于相關(guān)內(nèi)容較為復(fù)雜，在Revit上進(jìn)行碰撞檢測很難實(shí)現(xiàn)。所以，需要使用Navisworks進(jìn)行沖突檢測[3]。Navisworks并不需要過多的硬件設(shè)備，在經(jīng)過大量的專業(yè)建模后，就可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成整個(gè)模型的瀏覽。在Navisworks平臺(tái)上，各個(gè)專業(yè)需要將模型轉(zhuǎn)換成nwc格式，并通過Navisworks軟件進(jìn)行碰撞檢測，最后形成事故報(bào)告。利用BIM3D軟件對(duì)管道設(shè)備進(jìn)行模型化分析，發(fā)現(xiàn)問題所在，并通知排水作業(yè)人員完成相關(guān)修復(fù)作業(yè)。

3.2.3 可視化設(shè)計(jì)

在對(duì)建筑物的給排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法只是依賴于特定的信息平臺(tái)，由此可見，設(shè)計(jì)者在日常工作中需要面對(duì)海量的數(shù)據(jù)，在項(xiàng)目完成設(shè)計(jì)后，還要根據(jù)實(shí)際建筑狀況恢復(fù)圖紙[4]。在實(shí)際的給排水工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)該根據(jù)具體的工程條件，對(duì)施工過程中的結(jié)構(gòu)、梁高等參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。這就使得工程項(xiàng)目的組織形式十分復(fù)雜，信息傳達(dá)的過程與現(xiàn)實(shí)狀況難以把握，極易產(chǎn)生較為嚴(yán)重的后果。BIM技術(shù)已經(jīng)被廣泛地運(yùn)用于當(dāng)下的建筑給排水工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可以完整地展示建筑工程信息的細(xì)節(jié)模型。利用建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)模型，可以迅速獲取所需的信息，從而降低信息傳遞的次數(shù)，確保信息的有效性。

3.2.4 數(shù)值化設(shè)計(jì)

一般來說，建模都是從設(shè)計(jì)圖中抽取，既有平面的，也有立體的。比如，進(jìn)行工程的初步規(guī)劃，在重新布置平面時(shí)，設(shè)計(jì)值可能會(huì)有所變化。為此，應(yīng)對(duì)施工數(shù)據(jù)表進(jìn)行及時(shí)修訂，以提高設(shè)計(jì)品質(zhì)，保證高效率的設(shè)計(jì)。在對(duì)建筑物進(jìn)行數(shù)字化處理時(shí)，必須先建立與建筑物相似度較高的建筑物信息模型，然后才能進(jìn)行輔助運(yùn)算。以前，設(shè)計(jì)人員大都使用Excel表格完成資料的整理和計(jì)算，再生成所需要的數(shù)字報(bào)告。這樣，能更高效地完成給排水設(shè)計(jì)工作。在這一模式下，雖然大部分工作借助技術(shù)工具完成，但也需要人工操作的介入，一定程度上存在出現(xiàn)誤差的可能性。而BIM技術(shù)能夠?qū)⒔ㄖ锏男畔?shù)、各類設(shè)施、交通路線等進(jìn)行立體展示，便于對(duì)設(shè)備性能參數(shù)進(jìn)行集成設(shè)計(jì)[5]。

3.2.5 工程環(huán)節(jié)模擬

在實(shí)際建設(shè)中，經(jīng)常會(huì)遇到許多設(shè)備管道，這類設(shè)備數(shù)量較多，而且構(gòu)造很復(fù)雜。由于給排水管線各有差異，且多種類別管線互相占用、重疊，在施工和安裝上存在較大難度。在BIM技術(shù)的幫助下，可以在三維空間中進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，經(jīng)過周密的建造和安裝設(shè)計(jì)，對(duì)復(fù)雜管線及設(shè)備區(qū)進(jìn)行集中化、可視化建模，這種方法不僅可以使施工次序得以協(xié)調(diào)，而且能夠科學(xué)地規(guī)劃整個(gè)項(xiàng)目，保證工程建設(shè)效益[6]。

3.2.6 設(shè)備物料規(guī)劃

在建筑給排水設(shè)計(jì)中，以前的給排水工程均參照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行，這種方法是低效的。當(dāng)設(shè)計(jì)圖更改后，再進(jìn)行施工變更將是一件非常繁瑣的工作，且容易出錯(cuò)。而BIM技術(shù)的應(yīng)用，恰恰可以解決這類難題，優(yōu)化相關(guān)材料用量的計(jì)算，工程造價(jià)控制更加方便[7]。

4 結(jié)語

在當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用中，建筑給排水設(shè)計(jì)存在各種各樣的問題，這給相關(guān)的設(shè)計(jì)、施工工作造成一定困難。為此，必須建立相應(yīng)的解決方案，通過持續(xù)的思維創(chuàng)新，最大限度上促進(jìn)建筑工程的發(fā)展。信息模型（BIM）是一項(xiàng)新技術(shù)，通過特殊的軟件功能設(shè)計(jì)，將建筑設(shè)計(jì)過程中的各類數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)組合在一起，形成一種三維的、可視的形態(tài)，這將幫助相關(guān)人員更加理性和有效地對(duì)建筑工程進(jìn)行調(diào)控與研究。

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