暖通BIM技術(shù)在地下室管道綜合中的應(yīng)用

聶 賢

中國建筑西南設(shè)計研究院

暖通BIM技術(shù)在地下室管道綜合中的應(yīng)用

聶 賢

中國建筑西南設(shè)計研究院

本文基于某辦公園區(qū)地下車庫工程，結(jié)合BIM技術(shù)，設(shè)計構(gòu)建暖通信息模型，并進行管道綜合設(shè)計及相關(guān)的性能化分析。

BIM管道綜合性能化分析

0 引言

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）是利用建筑物數(shù)字模型里面的信息在設(shè)計、施工、運維等各個階段對建筑物進行分析、模擬、可視化、施工圖、工程量統(tǒng)計的過程[1]。管道綜合為施工前，在圖紙上對各專業(yè)的管線的安裝位置進行協(xié)調(diào)，以避免施工過程中的返工，浪費及安全隱患。對于暖通專業(yè)，由于管道尺寸大，對凈高影響大，且施工后不易修改管道走向等，故管線綜合對于暖通專業(yè)實施有重要的意義。

傳統(tǒng)管道綜合方式為二維平面圖紙疊加，即按照一定的原則性標高及各專業(yè)需求，確定各管線的安裝位置。二維平面管綜有如下缺陷：難以全面排查碰撞，平面表達不夠直觀等。利用BIM的可視化，協(xié)調(diào)性等優(yōu)點，可以更好地解決管綜問題。

BIM管道綜合需要依托于BIM軟件。軟件的主要功能為在空間真實顯示管道、設(shè)備、門窗、墻、梁、柱，并能綜合碰撞檢查、多種方式顯示碰撞位置、生成設(shè)備管道綜合平面圖、三維漫游和動畫等[2]。依托不同的軟件可建立更加豐富的信息，并發(fā)揮BIM的模擬性，優(yōu)化性等優(yōu)點。在本項目中，除了管道綜合，還利用了其他信息進行了一定程度的性能化分析，對施工及調(diào)試有一定的指導(dǎo)意義。

1 工程概況

本工程為成都某辦公園區(qū)地下車庫。該辦公園區(qū)用地面積為63233m2，地下車庫總建筑面積積約53350m2，主要功能為汽車庫、非機動車庫及設(shè)備用房。暖通專業(yè)主要設(shè)計內(nèi)容為車庫，設(shè)備用房的通風(fēng)，排煙；舒適性集中空調(diào)系統(tǒng)（服務(wù)地上區(qū)域）。

本項目特點：面積大，凈高變化復(fù)雜，管線多，管綜難度大。

2 前期策劃

根據(jù)本項目特點，結(jié)合項目團隊的使用軟件習(xí)慣，及與其他軟件的交互性等，本項目選取REVIT2013作為主要建模及碰撞檢查軟件，并輔之Naviswork及MagiCAD等軟件。

本項目內(nèi)部的軟件工作形式為：土建，機電專業(yè)各自設(shè)置中心文件，專業(yè)之間外部引用（圖1）。

圖1 各專業(yè)配合模式

各專業(yè)的人員設(shè)置為，土建專業(yè)3人，水暖電各2人，其中一名建筑專業(yè)人員負責(zé)協(xié)調(diào)各專業(yè)進行管道綜合碰撞。

根據(jù)項目目標與周期，本次BIM建模的范圍為設(shè)備用房外的管線，且省略尺寸不對管綜結(jié)果造成影響的管線及管件（如管徑小于DN50的噴淋管）。

BIM建模前，先于二維平面圖紙上對各專業(yè)管線進行了初步管綜配合，并擬定各專業(yè)基本建模原則。

3 建模

土建BIM模型先于機電BIM模型建立。各機電專業(yè)將土建模型外部引用至本專業(yè)中心文件，并導(dǎo)入各自施工圖CAD圖紙，再根據(jù)需求，按系統(tǒng)定義顏色及連接方式等。如暖通專業(yè)，按排風(fēng)，排煙，送風(fēng)等建立不同的風(fēng)管系統(tǒng)，并定義默認的彎頭，三通，四通等的形式。為保證凈高，設(shè)置風(fēng)管連接時為頂平連接。

對于不影響管綜的管件，閥件及設(shè)備，建模時有選擇地進行了省略。舉暖通專業(yè)為例，可認為風(fēng)管閥件，側(cè)送風(fēng)口等在空間上基本能由風(fēng)管本身代替，故在建模時并未建立以上部件。

如圖2，在CAD環(huán)境下及現(xiàn)場施工條件下，皆可實現(xiàn)風(fēng)管連接。但在BIM環(huán)境中，受限于構(gòu)件的類型不全，無法完全按原設(shè)計意圖將風(fēng)管連上。考慮本次建模目的為管綜，僅需在空間上占位即可（圖3）。

圖2 二維CAD視圖中的某處風(fēng)管連接

圖3 BIM視圖中的某處風(fēng)管連接

4 碰撞及調(diào)整

在各專業(yè)BIM模型基本完成后，開始碰撞檢測及調(diào)整。以下為本次項目初始擬定的三次碰撞的階段性目標：①解決各機電專業(yè)與土建專業(yè)的碰撞，解決本專業(yè)自身內(nèi)部碰撞；②解決各機電專業(yè)管線與其他機電專業(yè)的管線碰撞；③基于第二次的結(jié)果優(yōu)化解決剩余的管線碰撞問題。

管綜調(diào)整原則如下：①無壓管讓有壓管；②小管讓大管；③施工容易的避讓施工難度大的；④保證機動車庫的凈高在2200mm以上[3]；⑤其他各專業(yè)為保證設(shè)計效果的要求。

圖4為在NAVISWORK中的碰撞結(jié)果（紅色部分為碰撞點，共300余處）。從圖5可見，經(jīng)過不斷地調(diào)整，碰撞點逐漸地減少。

圖4 檢測開始時風(fēng)管與梁碰撞（300余處）

圖5 調(diào)整后風(fēng)管與梁碰撞（12處）

經(jīng)不斷調(diào)整，本項目由開始的各專業(yè)碰撞點1000余處達到各專業(yè)之間碰撞點少于50處。需要指出的是，本項目碰撞檢測僅針對硬碰撞（即空間上有直接交叉），而并非軟碰撞（即兩物件中有一定間距即認定為碰撞）。安裝間距，施工順序等問題在建模，調(diào)整過程中由人工進行判斷其合理性。

在調(diào)整過程中，暖通專業(yè)發(fā)現(xiàn)若干原設(shè)計的問題，并進行了優(yōu)化。如原設(shè)計地下車庫某處排風(fēng)系統(tǒng)主風(fēng)管布置在水、電專業(yè)的機房外，與水電專業(yè)的大量管線交錯，無法保證凈高要求（圖6）。使用BIM建模并進行調(diào)整之后，改動該排風(fēng)系統(tǒng)主管走向，保證該處凈高（圖7）。

圖6 原設(shè)計車庫某處風(fēng)管主管走向

圖7 建模并調(diào)整后該處風(fēng)管主管走向

5 出成果

碰撞調(diào)整完畢后，需向甲方提供平面圖紙成果。一張施工圖紙應(yīng)至少包括空間信息及設(shè)備信息兩個方面。對比BIM模型以及原施工圖圖紙，比較結(jié)果如表1。

表1 BIM模型與CAD二維圖紙比較

因BIM模型設(shè)備信息量不全，且由BIM模型直接出圖有出圖標準不符等問題，本項目采用根據(jù)BIM模型修改升版原CAD圖紙的形式。另外，若將各專業(yè)圖紙一起出圖，管線間的排布避讓會使專業(yè)設(shè)計圖顯得繁瑣，疏密無序。這個矛盾涉及到設(shè)計階段的劃分與深度要求，在施工圖階段如何平衡專業(yè)設(shè)計表達與BIM模型深度要求，也需要有官方的標準作為依據(jù)[4]。因此，本工程具體操作方式為用REVIT導(dǎo)出CAD圖紙作為參考，對原CAD施工圖進行修改，即將原CAD圖紙所欠缺的空間信息反映到圖紙上。

值得說明的是，由于工作量及管綜需求的差異，不同專業(yè)反映空間信息的深度并不相同。例如給排水專業(yè)，在BIM模型中有大量細部管道的局部上下翻，不可能由人為一一反映。本項目解決此問題的辦法是，在向甲方提供平面圖紙的同時，提供BIM模型作為參考。

另外，與傳統(tǒng)的二維管綜圖紙將各專業(yè)圖紙疊裝出圖不同的是，本項目各專業(yè)BIM模型由各自專業(yè)人員所搭建。故本項目為各專業(yè)根據(jù)BIM模型各自升版原施工圖，但共用BIM中導(dǎo)出的重要節(jié)點剖面圖。

顯然，此種校審模式不再針對疊裝的管綜圖紙，而需要不同專業(yè)的校審人員在檢查各自專業(yè)的基本內(nèi)容的同時，對BIM模型及與其對應(yīng)的平面圖紙的標高關(guān)系也進行一定程度的審閱。管綜成果的正確性由BIM項目負責(zé)人承擔(dān)。

6 性能化分析

性能化分析是根據(jù)建筑信息，對其性能進行模擬與預(yù)測的手段，需要除空間信息外的更多參數(shù)化信息。當前BIM技術(shù)可支持的性能化分析包括：暖通負荷計算，光環(huán)境模擬等。本節(jié)僅舉暖通專業(yè)分析風(fēng)口調(diào)節(jié)參數(shù)為例。

在風(fēng)管系統(tǒng)設(shè)計中，每個風(fēng)口均有設(shè)定風(fēng)量，并設(shè)置一定的調(diào)節(jié)措施。風(fēng)口運行參數(shù)與換氣效果，人體舒適度及消防要求息息相關(guān)。

在傳統(tǒng)設(shè)計階段，根據(jù)需求對風(fēng)口設(shè)定風(fēng)量，但無法精確預(yù)測每個風(fēng)口的運行風(fēng)量，也無法給出具體的調(diào)節(jié)措施，僅在施工完畢后運行調(diào)節(jié)時才能有所檢測。若風(fēng)口設(shè)計不合理或未提供足夠的調(diào)節(jié)措施，可能現(xiàn)場無法調(diào)節(jié)至規(guī)范及使用要求。運用BIM技術(shù)，在建模階段，對末端風(fēng)口調(diào)試進行一定的模擬，將有效地指導(dǎo)設(shè)計及施工。

為實現(xiàn)此目標，在BIM建模時，需建風(fēng)口，調(diào)節(jié)閥等部件，并能根據(jù)不同情況進行模擬。在REVIT軟件中，雖有基本的風(fēng)口，調(diào)節(jié)閥等構(gòu)件，但其中的參數(shù)并不足以對實際情況進行模擬。因此，本項目采用了有較豐富的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫的MagiCAD軟件來解決以上問題。

選取本項目一個車庫排風(fēng)系統(tǒng)進行模擬。此系統(tǒng)采用帶調(diào)節(jié)閥的單層百葉風(fēng)口側(cè)排。對此系統(tǒng)，主要關(guān)心的是每個風(fēng)口是否能在設(shè)定的風(fēng)量下運行。

將風(fēng)管，風(fēng)口，風(fēng)閥等建好后，首先將其選為一個系統(tǒng)。再根據(jù)暖通規(guī)范及設(shè)計要求，在軟件中設(shè)定此次模擬的邊界條件：保證各風(fēng)口支路壓力損失的相對差額不超過15%[5]。

點選“不平衡率分析”后，可得各風(fēng)管支管的的風(fēng)量，風(fēng)速及壓降等。點選風(fēng)口及風(fēng)閥，可得平衡調(diào)整后的運行狀態(tài)點。

對比原設(shè)計風(fēng)口風(fēng)量參數(shù)，可得模擬后風(fēng)口風(fēng)量滿足設(shè)計要求。點選風(fēng)閥屬性，可查得風(fēng)閥的閥門開度值。此閥門開度值對實際運行調(diào)節(jié)有一定的指導(dǎo)意義。

將風(fēng)系統(tǒng)中各風(fēng)管按風(fēng)量著色，可見在風(fēng)閥不同的開度條件下，現(xiàn)各支管及主管均達到設(shè)計流量（圖8）。

圖8 模擬后的某風(fēng)系統(tǒng)各管段風(fēng)量及風(fēng)閥開度示意

因構(gòu)件庫仍不夠豐富（尤其是現(xiàn)場施工安裝的設(shè)備構(gòu)件），現(xiàn)階段對風(fēng)管系統(tǒng)的校核分析僅能給出指導(dǎo)性的意見。從圖8可以看出，離風(fēng)機越遠的風(fēng)口，其閥門開度越小。

7 展望與思考

首先，利用BIM技術(shù)直觀，信息豐富的優(yōu)點，可大大減少平面圖紙中的錯漏碰缺，也為統(tǒng)計工程量提供方便。當前的BIM技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)大部分此目標。但對設(shè)計院來說，BIM技術(shù)仍有待發(fā)展，例如BIM軟件本地化問題。希望隨著BIM軟件的完善及本地化，會越來越符合設(shè)計院的制圖習(xí)慣。

此外，性能化分析需依托于各類設(shè)備的參數(shù)，希望軟件商與各廠家聯(lián)合，制作出更多符合需求的設(shè)備BIM構(gòu)件。

最后，設(shè)計院的BIM的應(yīng)用深度應(yīng)根據(jù)工程實際情況決定，不應(yīng)盲目追求過深過細的應(yīng)用。

[1]何關(guān)培.“BIM”究竟是什么？[J].土木建筑工程信息技術(shù),2010, 2(3):114

[2]趙志安.基于BIM概念的管道綜合碰撞檢查軟件[A].見:BIM與工程建設(shè)信息化——第三屆工程建設(shè)計算機應(yīng)用創(chuàng)新論壇文集[C].上海:中國土木工程學(xué)會,2011.83-84

[3]汽車庫建筑設(shè)計規(guī)范(JGJ100-98)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998

[4]楊遠豐.BIM時代設(shè)計軟件與制圖標準的相互對接[J].建筑技藝,2013,(1):204-206

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China SouthwestArchitecturalDesign and Research Institute Co,Ltd

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1003-0344（2014）02-101-4

2013-4-21

聶賢（1987～），男，學(xué)士，助理工程師；四川成都中國建筑西南設(shè)計研究院有限公司（610041）；028-62551126；E-mail:2841220323@qq.com