三維設計在建筑給水排水中的應用

胥標，劉銳

（1中機中聯工程有限公司，重慶 400039；2中國水電顧問集團華東勘測設計研究院，浙江杭州 311122）

0 引言

隨著建筑行業的不斷發展，外形及結構復雜的建筑越來越多，功能要求也日趨多樣化、復雜化。在當前工程設計中，以二維平面設計為主的設計方法雖然最終可以實現建筑功能，但設計期間各專業間相互協調配合的過程較繁瑣，給排水、暖通、電氣等設備專業的管道在有限的空間里相互碰撞的情況也給施工階段留下了隱患。為了滿足各類大型工程建設的需要，伴隨著計算機技術的發展，各類三維設計軟件 （如Auto CAD civil 3D、ProE、CATIA、Microstation、PDMS、天正等）在工程設計領域逐漸得到重視和應用。本文以用Microstation系列三維設計軟件設計的某辦公建筑為例，對三維設計在建筑給水排水中的應用予以簡單介紹。

1 項目概況

該項目位于杭州，為地下一層，地上建筑十四層，建筑高度54.2m，總建筑面積約7.3萬m2，是一幢現代化的高層辦公樓。給水排水專業設計內容包括給水系統、排水系統、消火栓系統、噴淋系統以及太陽能熱水系統。從設計角度而言，該項目并不復雜，但該項目是將三維設計技術應用于工民建領域的早期嘗試，對今后工民建項目的三維設計具有積極的示范作用。

2 三維設計流程

用于給水排水專業的Microstation系列三維設計軟件，主要由公共平臺軟件、專業應用軟件和碰撞檢查軟件等組成。給排水專業進行三維設計流程大致如下：

（1）準備階段。根據初步設計制定本專業的三維設計計劃。利用公共平臺軟件制定工程項目的設計文件目錄結構（如圖1、圖2）。在設定好項目設計文件以后，利用專業設計軟件設置制圖規則，如系統、圖層、顏色和線型等等，在完成以上基本設置后三維設計的前期準備工作就算全部完成了。

圖1 項目設計文件目錄結構

圖2 給排水專業設計文件目錄結構

（2）設計階段。在進行三維設計時不必像二維平面設計一樣向建筑、結構等相關專業索要條件圖，三維設計平臺是一個協同設計平臺，各專業的模型在建好后都存在于已設置的項目目錄文件內，并以只讀的形式共享給各專業，需要的專業可以在公共平臺自由參考。我們將所需的建筑、結構等相關專業的模型參考到本專業設計文件內就可以開始本專業的三維設計了。

（3）碰撞檢查階段。對于一個建筑系統來說，它涵蓋了建筑、結構、給排水、暖通、電氣等各專業，在有限的建筑空間里給排水、暖通、電氣等各設備專業的管線縱橫交錯，雖然在協同設計過程中可以減少碰撞，但由于各專業對方案的不定期調整，專業管道間的碰撞仍然不可避免。此時，可以根據項目需要，用三維設計碰撞檢查軟件對給排水專業各系統的管道以及其它專業的管線和設備進行碰撞檢查。碰撞檢查時可將給排水專業和其它相關專業文件分別作為碰撞檢查的檢查對象和參照對象（如圖3所示），如果檢查對象與參照物之間有碰撞，會被捕捉并記錄下來，供設計人員審核是否需要修改，如圖4所示。這一過程簡單快速，極大地減輕了設計人員和校核人員的工作負擔，可以避免在各專業完成圖紙設計以后再進行單獨的管線綜合設計，對于提高設計質量和提高生產效率都十分有利。

圖3 碰撞檢查文件設置

圖4 檢查出的水管與風管的碰撞

（4）制圖階段。目前工程設計領域用于建筑項目的施工圖紙仍以二維平面圖紙為主，因此，在完成項目三維設計以后還須將三維設計成果轉化為平面圖紙才能交付業主用于施工。Microstation系列三維設計軟件中的切圖功能及其與我們常用的CAD制圖軟件的良好兼容性為三維設計成果轉化成平面施工圖設計產品提供了保障。三維設計軟件的切圖功能可以實現在任何位置切出相應平面、立面及剖面圖紙，并且在生成平面圖紙時軟件會自動將給排水專業管線轉換成單線條，將給排水附件（如消火栓、噴頭、閥門等）轉換成符合國家制圖標準規定的平面符號。圖5就是利用三維設計軟件的切圖功能抽出來的標準層消火栓及給排水平面圖。生成平面圖紙以后再輔以尺寸標注、文字說明等等就可以作為施工圖產品交付業主。

圖5 標準層消火栓及給排水平面圖

3 三維設計優勢與不足

3.1 三維設計的優勢

（1）三維設計過程實質是在計算機上進行虛擬的工程施工，設計師所想即所得，通過三維設計建立的模型就是建筑在建好后的實際情況，可提前解決施工時可能遇到的問題。

（2）三維設計能夠直觀而形象地表現出建筑的外觀和構造，給排水等專業設計師們能更清楚地了解建筑師的設計理念及設計意圖，配合建筑師更好地完善建筑功能。在三維設計過程中給排水、暖通、電氣等各設備專業間設備及管線的空間相對位置表達更精確，能更充分地利用建筑空間層高。

圖6 空氣源熱泵+太陽能熱水系統設備及管路

（3）整個過程實現了協同設計、無紙化校審，三維軟件中附帶的漫游動畫等功能將所設計的內容以三維實體的形式展示（如圖6），更直觀地表達了給排水設備與其它專業間的空間位置。由此可幫助工程設計及施工人員加深對建筑構造及專業間的認識。

3.2 三維設計存在的問題及解決辦法

三維設計在擁有眾多優點的同時也存在很多局限性：

（1）三維設計是在三維空間中進行專業設計，需要通過多視口、多視角在空間中不停旋轉切換以滿足設計需要。因此，項目的設計周期較傳統平面設計周期長，對于建筑行業要求設計、施工都要快的行業現狀有一定的局限性。三維設計周期較長一方面需要我們進一步熟悉并提高三維設計軟件應用技能，同時也應讓市場適應三維設計速度，現在建筑市場放緩的當下正是逐步試點推行三維設計的大好時機。

（2）Microstation系列三維設計軟件無模擬計算功能。在給排水專業的三維模型中包含有給排水的全部設備及管道信息，但這些信息在三維設計成果轉換為平面圖紙的過程中除統計材料以外別無用處。現在建筑對節能、節水、節材具有更高的要求，若三維設計軟件帶有模擬計算功能，運用設計時所輸入的設備、管材、管徑等參數信息模擬給水、排水系統相關運行工況，并對設備選型和管道管徑等提出優化建議，無疑會使三維設計有更好的前景。

（3）三維空間中橫管與立管是相對概念，同一系統的管道所在圖層和顏色自然也相同。在抽取平面圖紙以后同一系統的立管和橫管也均處于同一圖層，擁有相同的顏色，往往導致打印藍圖時立管不易查看。若切圖工具在將橫管變成單線時賦予0.53mm或0.7mm的線寬即可減少平面圖紙的后期加工時間，這在技術層面也是可以做到的。

（4）三維設計軟件對辦公硬件有較高要求，會在一定程度上增加設計院的辦公成本。但三維設計后除了可產生平面圖紙以外，尚有三維模型可作為設計產品一并售與業主，可彌補辦公成本的增加。

4 結語

三維設計與傳統平面設計相比能更準確真實的展示建筑環境，為建筑系統各專業提供了更好的空間環境，盡管在現階段的應用中還存在一些不足，但隨著相關設計輔助工具的開發以及三維設計軟件的完善，相信三維設計的優勢（尤其在設計一些大型的復雜工程時）會更加明顯。通過該項目的實踐，我們認為三維設計是符合現代建筑發展的一種新的設計理念與技術，能夠擁有良好的發展前景，將會是未來工程設計的趨勢。

[1]湯眾，欒容，劉烈輝，等.Microstation工程設計應用教程（制圖篇）[M].北京:中國建筑工業出版社，2008：40-43.

[2]趙偉，張翔宇，陳超熙，等.Microstation V8中文版實用手冊[M].北京:清華大學出版社，2002：128-129.