智能建造背景下建筑給排水?dāng)?shù)字化技術(shù)應(yīng)用

摘 要：智能建造背景下，科學(xué)技術(shù)水平的高速發(fā)展，帶來(lái)了產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)行業(yè)面臨全新的挑戰(zhàn)，同時(shí)也迎來(lái)了前所未有的機(jī)遇。建筑給排水系統(tǒng)作為建筑工程的重要組成部分，其設(shè)計(jì)、施工和管理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型顯得尤為關(guān)鍵。本文以某交通樞紐站項(xiàng)目為例，深入分析了給排水設(shè)計(jì)施工及運(yùn)維過(guò)程中的數(shù)字化應(yīng)用實(shí)踐，旨在探究智能建造背景下建筑給排水?dāng)?shù)字化技術(shù)的應(yīng)用成效。

關(guān)鍵詞：智能建造；建筑給排水；數(shù)字化技術(shù)；建筑信息模型文章編號(hào)：2095-4085（2025）02-0025-03

0 引言

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》（建市〔2022〕11號(hào)）中提到，要加快智能建造與新型建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展，加快推進(jìn)建筑信息模型（BIM）技術(shù)在工程全壽命期的集成應(yīng)用。建筑行業(yè)的不斷發(fā)展推動(dòng)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，而社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展又進(jìn)一步推動(dòng)了建筑行業(yè)的升級(jí)改進(jìn)［1］。建筑設(shè)計(jì)行業(yè)正在經(jīng)歷數(shù)字化改革的浪潮，從傳統(tǒng)的手繪藍(lán)圖，到平面CAD制圖，再到三維信息化建模，這一系列的變革不僅極大地提升了設(shè)計(jì)效率與精度，更為建筑給排水系統(tǒng)的優(yōu)化與創(chuàng)新開(kāi)辟了新路徑。在智能建造的大背景下，數(shù)字化技術(shù)如BIM（建筑信息模型）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR），正逐步滲透到建筑給排水設(shè)計(jì)、施工、管理的每一個(gè)環(huán)節(jié)，以數(shù)據(jù)為核心，以智能為方向、一體化為目標(biāo)，聚焦數(shù)字化生產(chǎn)、數(shù)字化管理與數(shù)字化運(yùn)營(yíng)［2］。

1 BIM技術(shù)應(yīng)用

1.1 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)（Building Information Modeling）是一種建筑信息模型，以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目的各種相關(guān)信息，可為項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等各個(gè)階段提供全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。相比于二維圖紙，三維的BIM模型能夠提供更高維度的模型數(shù)據(jù)，通過(guò)三維軟件對(duì)建筑進(jìn)行建模，使得設(shè)計(jì)更加直觀立體。BIM技術(shù)采用對(duì)象導(dǎo)向的思想，每一個(gè)建筑元素構(gòu)件均有其獨(dú)特的屬性和關(guān)聯(lián)關(guān)系，以數(shù)據(jù)為支撐，數(shù)字化建筑模型能夠模擬施工過(guò)程中的各種復(fù)雜情況，預(yù)測(cè)潛在問(wèn)題。建筑信息建模（BIM）技術(shù)通過(guò)集成化設(shè)計(jì)、分析和管理平臺(tái)，可為給排水系統(tǒng)的規(guī)劃和實(shí)施提供一個(gè)全面的三維視角，從而提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性［3］。目前，大多建筑設(shè)計(jì)院都已逐步采用BIM技術(shù)輔助設(shè)計(jì)，在建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，BIM技術(shù)已具備完整的運(yùn)用體系，可幫助設(shè)計(jì)人員提高設(shè)計(jì)的精度和效率。

1.2 BIM輔助設(shè)計(jì)

某交通樞紐站項(xiàng)目為城市綜合交通配套工程，總建筑面積約57660m2，地上18層，地下2層。該項(xiàng)目地下室為公交車(chē)始發(fā)站點(diǎn)，需要對(duì)整體層高進(jìn)行控制，管道系統(tǒng)較為復(fù)雜。在此階段，BIM的應(yīng)用核心在于促進(jìn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作及優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)施工方案［3］，它賦能設(shè)計(jì)人員于虛擬環(huán)境中高效布局并優(yōu)化給排水管道。自方案規(guī)劃階段初期，BIM軟件便可助力設(shè)計(jì)人員進(jìn)行方案布局，并有效輔助施工圖的精準(zhǔn)輸出。

傳統(tǒng)的建筑給排水設(shè)計(jì)流程中，各專(zhuān)業(yè)之間“自立山頭”，缺乏及時(shí)有效的溝通，從項(xiàng)目初步方案到施工圖落地，往往需要經(jīng)過(guò)多輪的修改。而在智能建造的背景下，BIM平臺(tái)為建筑給排水系統(tǒng)與其他機(jī)電專(zhuān)業(yè)（如電氣、暖通等）提供了一個(gè)集成的協(xié)同工作環(huán)境。在BIM平臺(tái)上，給排水設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以將自己的設(shè)計(jì)成果上傳至中央數(shù)據(jù)庫(kù)，而其他專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人員也能隨時(shí)訪問(wèn)并查看這些設(shè)計(jì)信息。通過(guò)BIM模型的聯(lián)動(dòng)性，當(dāng)給排水系統(tǒng)中的管道布局發(fā)生調(diào)整時(shí)，與之相關(guān)聯(lián)的暖通、電氣等設(shè)備位置也會(huì)自動(dòng)更新，確保了設(shè)計(jì)的一致性和準(zhǔn)確性。此外，BIM平臺(tái)還提供了豐富的協(xié)同工具，如注釋、批注和版本控制等，使得團(tuán)隊(duì)成員之間的溝通交流更加便捷高效。

通過(guò)revit品茗插件中的管碰撞檢測(cè)功能能夠自動(dòng)識(shí)別并標(biāo)記出潛在的管道碰撞點(diǎn)，可實(shí)時(shí)指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員根據(jù)軟件的碰撞報(bào)告，逐一對(duì)碰撞點(diǎn)位進(jìn)行排查調(diào)整。

1.3 機(jī)房管道預(yù)制與裝配

機(jī)電模塊化施工是一種新型的施工方式，主要內(nèi)容為“工廠化管道預(yù)制+現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)安裝”。本項(xiàng)目依托于前期設(shè)計(jì)階段三維信息模型的數(shù)字化優(yōu)勢(shì)，機(jī)房管道可通過(guò)工廠化預(yù)制、模塊化裝配的方式進(jìn)行安裝，大幅縮短了施工作業(yè)時(shí)間。在機(jī)電管道的BIM深化設(shè)計(jì)過(guò)程中，全面考量了機(jī)房設(shè)備布局的合理性、管道安裝交叉排布的經(jīng)濟(jì)性、檢修空間預(yù)留的充足性，以及閥門(mén)與儀表間的精準(zhǔn)位置關(guān)系。通過(guò)細(xì)致分析各專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)，進(jìn)一步優(yōu)化了綜合管道設(shè)計(jì)，并據(jù)此提出了切實(shí)可行的優(yōu)化方案。

預(yù)制工廠依據(jù)詳盡的預(yù)制管道構(gòu)件清單實(shí)施預(yù)制作業(yè)，數(shù)控機(jī)床的精準(zhǔn)操作確保了管道構(gòu)件的精度與質(zhì)量。流水化作業(yè)模式不僅提升了生產(chǎn)效率，還相較于傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)管材切割，大幅降低了材料損耗，簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)施工流程，減少了不確定因素。

二維碼作為機(jī)電安裝工程中物料信息的載體，與物料合為一體。安裝過(guò)程中，物料的動(dòng)作信息（包含參與動(dòng)作的人員信息、物料圖片信息）通過(guò)采集設(shè)備上傳至信息化管理平臺(tái)，反映在BIM模型上，供查詢(xún)、管控機(jī)電安裝工程的整體進(jìn)程。施工現(xiàn)場(chǎng)依據(jù)BIM模型以及CAD圖紙，對(duì)預(yù)制管段進(jìn)行組合安裝，如同“樂(lè)高積木”的拼接方式，完成機(jī)房的安裝工作。深化后的BIM模型助力管理人員精準(zhǔn)把控安裝進(jìn)程，顯著提升了施工質(zhì)量和精確度。尤其在復(fù)雜的機(jī)房環(huán)境中，各類(lèi)管線錯(cuò)綜復(fù)雜，不同專(zhuān)業(yè)不同班組的安裝過(guò)程往往難以把控，該技術(shù)的應(yīng)用可以提高管理水平和項(xiàng)目進(jìn)度的全過(guò)程監(jiān)管。

2 AR技術(shù)運(yùn)用

2.1 AR技術(shù)概述

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)AR）技術(shù)是一種將虛擬信息與現(xiàn)實(shí)世界融合的技術(shù)，通過(guò)傳感設(shè)備，將計(jì)算機(jī)生成的虛擬圖像巧妙地疊加到真實(shí)環(huán)境中，從而促成了使用者與自然環(huán)境的直觀交互。這種前沿的人機(jī)交互模式，已廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，展現(xiàn)出巨大潛力。近年來(lái)，隨著B(niǎo)IM輕量化技術(shù)的飛速進(jìn)步與便攜設(shè)備計(jì)算能力的顯著提升，AR技術(shù)迎來(lái)了在建筑施工領(lǐng)域的快速發(fā)展，為BIM模型在施工階段的深度應(yīng)用開(kāi)辟了新路徑［4］。

2.2 BIM+AR施工指導(dǎo)

本項(xiàng)目施工交底階段，引進(jìn)AR系統(tǒng)平臺(tái)，基于準(zhǔn)確BIM模型，通過(guò)AR設(shè)備表達(dá)到施工現(xiàn)場(chǎng)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)。但該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用依賴(lài)BIM數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，這對(duì)BIM模型提出了更高的精度要求。AR技術(shù)不僅局限于頭戴式顯示器，還能借助平板電腦或智能手機(jī)等便攜設(shè)備，將虛擬的管道、閥門(mén)、設(shè)備等信息精準(zhǔn)疊加到實(shí)際施工環(huán)境中，使施工人員能夠直觀洞察設(shè)計(jì)圖紙中難以直觀展現(xiàn)的細(xì)微之處，進(jìn)而顯著提升施工的精確度與效率，可初步實(shí)現(xiàn)“可視化圖紙”。

實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，施工隊(duì)伍往往只考慮本專(zhuān)業(yè)施工的便捷性，往往“先入為主”，導(dǎo)致頻繁的返工現(xiàn)象，進(jìn)而推高了項(xiàng)目成本。為解決這一問(wèn)題，項(xiàng)目引入了BIM+AR技術(shù)作為施工指導(dǎo)。該技術(shù)先通過(guò)專(zhuān)業(yè)插件對(duì)BIM模型進(jìn)行輕量化處理，并分層導(dǎo)入至集成平臺(tái)，該平臺(tái)兼顧PC端與移動(dòng)端使用需求。在移動(dòng)端，借助BIM模型中預(yù)先設(shè)定的孔洞定位信息，施工人員可通過(guò)AR眼鏡與平板電腦的聯(lián)動(dòng)，利用攝像頭功能，將BIM模型與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景實(shí)時(shí)疊加。相較于傳統(tǒng)的PC端BIM瀏覽方式，這一方法提供了更為直觀、生動(dòng)的展示效果，確保了孔洞定位的準(zhǔn)確性。

現(xiàn)場(chǎng)施工人員還可利用平板電腦，將BIM模型與已安裝的管道系統(tǒng)進(jìn)行直觀比對(duì)，這不僅便于施工質(zhì)量的核查，還有效支持了施工進(jìn)度的精準(zhǔn)管控。借助平臺(tái)后端強(qiáng)大的模型分類(lèi)與整理功能，施工人員能迅速篩選出所需的專(zhuān)業(yè)模型，從而實(shí)現(xiàn)了高度針對(duì)性的作業(yè)指導(dǎo)。此外，傳統(tǒng)的BIM進(jìn)度模擬在應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變化時(shí)顯得力不從心，難以實(shí)時(shí)調(diào)整以反映真實(shí)施工進(jìn)度，導(dǎo)致計(jì)劃與實(shí)際情況存在偏差。而AR技術(shù)的融入，使得施工現(xiàn)場(chǎng)能夠以可視化的形式即時(shí)反饋進(jìn)度信息，為施工計(jì)劃的靈活調(diào)整提供了有力支持。

3 數(shù)字化運(yùn)維

二十大報(bào)告指出，城市建設(shè)應(yīng)聚焦于強(qiáng)化基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建，致力于塑造宜居、韌性及智慧并重的城市環(huán)境?！笆奈濉币?guī)劃則明確勾畫(huà)了提升城市智慧化水平的藍(lán)圖，強(qiáng)調(diào)推行城市樓宇、公共空間、地下管網(wǎng)等領(lǐng)域的“一張圖”數(shù)字化管理模式，并構(gòu)建涵蓋源、廠、網(wǎng)、站、河的綜合管理體系，旨在實(shí)現(xiàn)城市水務(wù)系統(tǒng)安全、高效的運(yùn)營(yíng)目標(biāo)。在這一進(jìn)程中，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)性是數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的重要屬性，不僅展現(xiàn)了數(shù)字時(shí)代的鮮明特征，更凸顯出以數(shù)據(jù)為代表的無(wú)形資源的價(jià)值［5］。

既有建筑的數(shù)字化轉(zhuǎn)型中，BIM技術(shù)的應(yīng)用是不可或缺的關(guān)鍵一環(huán)。具體而言，泵房作為建筑給排水系統(tǒng)的中樞，承載著調(diào)節(jié)水量、維持水壓、確保供水安全等多重關(guān)鍵職能。本項(xiàng)目在地下室水泵房中創(chuàng)新性地引入了智慧泵房系統(tǒng)，該系統(tǒng)憑借變頻供水設(shè)備的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了按需供水的智能化管理，大幅降低了不必要的能耗，同時(shí)確保了供水系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。變頻供水設(shè)備能夠依據(jù)實(shí)時(shí)用水量智能調(diào)節(jié)水泵的運(yùn)行頻率，從而達(dá)到節(jié)能減排的顯著效果。

4 挑戰(zhàn)與前景

2022年10月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部精選北京市等24座城市作為智能建造的先鋒試點(diǎn)，旨在借助科技創(chuàng)新的力量，驅(qū)動(dòng)建筑業(yè)邁向轉(zhuǎn)型發(fā)展的新階段。各地緊隨其后，紛紛制定了智能建造試點(diǎn)的具體實(shí)施方案，并著手構(gòu)建完善的智能建造評(píng)價(jià)與統(tǒng)計(jì)體系。以溫州市為例，其智能建造試點(diǎn)城市的實(shí)施方案明確指出，要大力發(fā)展數(shù)字設(shè)計(jì)，目前新建的公共建筑項(xiàng)目已普遍采用BIM技術(shù)，而在市政給排水領(lǐng)域，市水務(wù)集團(tuán)也正全力推進(jìn)智慧水務(wù)相關(guān)業(yè)務(wù)的拓展。在“新工科”教育理念的背景下，智能建造等新興專(zhuān)業(yè)的設(shè)立，標(biāo)志著傳統(tǒng)建筑業(yè)正經(jīng)歷著一場(chǎng)深刻的數(shù)字化變革。在這場(chǎng)數(shù)字化改革的洪流中，對(duì)于建筑給排水行業(yè)的從業(yè)者而言，掌握BIM等數(shù)字化技術(shù)已成為不可或缺的核心技能。

但在數(shù)字化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，也面臨著一些挑戰(zhàn)。作為建筑業(yè)的源頭，設(shè)計(jì)企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型顯得尤為關(guān)鍵。多數(shù)設(shè)計(jì)院積極響應(yīng)政府號(hào)召，紛紛成立BIM研究團(tuán)隊(duì)，并結(jié)合自身實(shí)際情況，制定了BIM正向設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)及流程，以確保BIM正向設(shè)計(jì)的高質(zhì)量實(shí)施，為建筑企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的源頭之戰(zhàn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)［6］。然而，BIM技術(shù)的推廣與應(yīng)用需要巨大的資金投入，包括軟件、硬件設(shè)備的購(gòu)置以及相關(guān)人員的培訓(xùn)，這對(duì)于一些小型建筑設(shè)計(jì)院和施工單位而言，無(wú)疑是一項(xiàng)沉重的負(fù)擔(dān)。此外，BIM技術(shù)的普及還要求從業(yè)人員具備一定的計(jì)算機(jī)操作能力和數(shù)字化思維，這在一定程度上制約了其推廣的速度。

AR技術(shù)的運(yùn)用同樣依賴(lài)于BIM技術(shù)的成熟度，模型必須具備較高的精度，才能有效支撐AR技術(shù)的實(shí)施。在大型工程中，模型的復(fù)雜性高，對(duì)設(shè)備的算力提出了更高要求，因此，需要通過(guò)合理的分區(qū)劃分，以確保大體量模型的有效運(yùn)算與使用。同時(shí)，管理人員也需具備較高的數(shù)字化思維，能夠熟練運(yùn)用BIM模型，這對(duì)人才的要求進(jìn)一步提升。

智慧泵房的建設(shè)同樣需要持續(xù)投入資金進(jìn)行設(shè)備的更新與升級(jí)。在建設(shè)過(guò)程中，涉及跨部門(mén)、跨行業(yè)的合作，涵蓋城市規(guī)劃、水務(wù)管理、信息通信等多個(gè)領(lǐng)域，協(xié)調(diào)難度較大。而在后期的運(yùn)維過(guò)程中，也需要專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行維護(hù)與管理，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

在智能建造浪潮的席卷之下，數(shù)字化正逐步重塑建筑產(chǎn)業(yè)的新生態(tài)，引領(lǐng)著建筑產(chǎn)業(yè)在科技創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)下踏上轉(zhuǎn)型升級(jí)的必由之路。隨著技術(shù)的日新月異，數(shù)字化技術(shù)在建筑給排水領(lǐng)域的應(yīng)用正日益廣泛且深入，智慧城市、數(shù)字建筑、智能建造等新一代信息技術(shù)與建筑業(yè)的深度結(jié)合促使學(xué)科之間的交叉與融合日益廣泛與深化［7］。智能建造的蓬勃推進(jìn)，正促使建筑給排水領(lǐng)域的數(shù)字化應(yīng)用體系日趨完善，為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入了強(qiáng)勁動(dòng)力。

但數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用并非一帆風(fēng)順，而是面臨著技術(shù)成熟度、專(zhuān)業(yè)人才匱乏、資金投入巨大、跨部門(mén)協(xié)作復(fù)雜等多重挑戰(zhàn)。然而，隨著智能建造技術(shù)的日益成熟與廣泛普及，建筑給排水?dāng)?shù)字化技術(shù)的應(yīng)用前景愈發(fā)廣闊，展現(xiàn)出無(wú)限可能。我們有理由相信，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，數(shù)字化技術(shù)將成為驅(qū)動(dòng)建筑行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心引擎，會(huì)引領(lǐng)建筑業(yè)邁向更加輝煌的未來(lái)。

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