基于BIM技術的機電管線優化方法及思路

李東軍 齊書友 周奎 侯曉亮

（河南城源建設工程有限公司，河南 鄭州 450044）

0 引言

機電安裝是建筑工程中重要環節。當前機電安裝工程中存在的設計與施工脫節，機電安裝各專業協調配合不足而造成的機電管線碰撞現象層出不窮，造成了施工階段大量的返工、材料浪費、工期延誤等問題。因此，施工前的管線深化排布尤為重要。

早期機電管線綜合排布是基于CAD 對各個系統進行施工前的模擬預裝配，將機電工程各專業管線合理布置[1]。基于CAD 的二維管線綜合只反映了管線平面排布，不能很好反映其空間排布，且操作復雜不直觀。隨著三維制圖技術的發展，基于CAD 的三維管線綜合技術應用而生，它是以二維平面設計圖為依據，按照實際比例，建立建筑結構、機電管線和大型設備等模型并進行綜合排布及優化[2]。基于CAD 的三維管線綜合技術很好地解決了二維深化時的不直觀問題，在機電設計中得到廣泛應用，但它并不能解決多專業間的協同，無法解決專業間碰撞。目前，隨著BIM 技術的應用，基于BIM 技術的機電管線綜合排布[3]以其可視化程度高、多專業間可協同工作、管線設備信息完善、可自動出圖等優點，在復雜機電安裝工程中廣泛應用[4]-[5]。然而，當前BIM 從業人員多數缺少現場施工經驗，而現場技術人員又未掌握BIM 技能，不能很好地將機電安裝專業知識很好地與BIM 技術相結合。且當前基于BIM 技術的管線綜合研究應用也大多側重于工程應用展示，并沒有系統表述如何具體應用BIM 技術進行管線綜合。因此，本文結合項目經驗系統講述基于BIM 技術（revit 軟件）的機電管線深化方法及思路，以供參照、討論。

1 管線基本原則

1.1 管線綜合總則

有壓管道讓無壓管道原則；小管道讓大管道原則；電氣避讓蒸汽、熱水管道原則；附件少避讓附件多原則；造價低避讓造價高的原則；盡量少改動原則。

1.2 給排水專業細則[6]

1）各專業水管盡量平行敷設，一般兩層上下敷設；水管與橋架層疊鋪設時，要放在橋架下方；管線不應該擋門、窗，且避免通過電機盤、配電盤、儀表盤上方。

2）給水管線在上，排水管線在下；保溫管道在上，不保溫管道在下；小口徑管路應盡量支撐在大口徑管路上方或吊掛在大管路下面。

3）室內給水與排水管平行鋪設最小水平凈距為500mm；交叉鋪設最小垂直凈距為150mm，給水管必須敷設在排水管下面時應加套管，其長度不小于排水管管徑的3 倍；

4）冷、熱水立管，兩管中心間距不小于80mm；冷、熱水管垂直凈距不小于150mm。

5）噴淋管與吊頂間距保持至少100mm。

6）給水PP-R 管道與其它金屬管道平行敷設時，凈距離不宜小于100mm。

7）管線外壁之間的最小距離不宜小于100mm，管線閥門不宜并列安裝，應錯開位置，若需并列安裝，凈距不宜小于200mm。

8）其它關于管與管及與建筑構件之間的最小凈距，見表1。

1.3 暖通專業細則[6]

表1 管與管及與建筑構件之間的最小凈距

1）冷凝水應考慮坡度放在最下方，吊頂的實際安裝高度通常由冷凝水的最低點決定。

2）暖通風管較多時，一般情況下，排煙管應高于其他風管；大風管應高于小風管。兩個風管如果只是在局部交叉，可以安裝在同一標高，交叉的位置小風管繞大風管。

3）風管和較大母線橋架要優先安裝；風管與橋架之間的距離不小于100mm。

4）對于管道的外壁、法蘭邊緣及熱絕緣層外壁等管路最突出的部位，距墻壁或柱邊的凈距應不小于100mm。

5）通常風管頂部距離梁底50-100mm 的間距。

6）如遇到空間不足的管廊，可與設計師溝通，斷面尺寸改扁，便于提高標高。

7）暖通水管排布時，注意保溫層厚度。

1.4 電氣專業細則[6]

1）電纜橋架不宜敷設在腐蝕性氣體管道和熱力管道的上方及腐蝕性液體管道的下方；橋架不宜穿樓梯間、空調機房、管井、風井等，遇到后盡量繞行。

2）強、弱電橋架上下安裝時，優先考慮強電橋架放在上方。

3）水平電纜橋架宜高出地面2.2m 以上，頂部距樓板不宜小于0.3m，與梁的距離不宜小于0.05m。

4）在吊頂內設置時，槽蓋開啟面應保持80mm 的垂直凈空（即頂部最小得與梁保證80mm 間距），與其他專業之間的距離最好保持在不小于100mm。

5）電纜橋架與用電設備交越時，其凈距不小于0.5m。

6）電纜橋架多層布置時，其層間距離，控制電纜間不小于0.2m，電力電纜間不小于0.3m，弱電電纜與電力電纜間不小于0.5m，如有屏蔽蓋可減少到0.3m，橋架上部距頂棚或其它障礙不小于0.3m。

7）通信橋架距離其他橋架水平間距至少300mm，垂直距離至少300mm。

8）橋架上下翻時要放緩坡，橋架與一般管道平行凈距不小于100mm。

2 管線準備工作

1）組建團隊。人員配備2-4 人，視項目復雜程度及各階段任務而定。

2）熟悉流程。熟悉工作流程利于任務分工，把握工作進度。總體工作流程如圖1所示。

圖1 總體工作流程

3）任務分工。按準備工作、模型搭建、碰撞檢查、管綜優化、優化出圖分階段分工，并制定好工作計劃。

4）熟悉資料。一是熟悉工作流程，二是按任務熟悉圖紙，三是熟悉管線基本原則。

5）圖紙拆分。對于需要進行管線綜合的樓層（一般為地庫、商業等）分樓層進行圖紙拆分，拆分圖紙時注意各專業圖紙基準點選擇應一致，盡量清除多余無用的圖元圖層（PU 命令），拆分后圖紙命名中至少應包含樓層和專業信息。

6）管線空間分布初步規劃。由BIM 團隊主導分樓層進行疊圖，疊圖后分析哪些專業疊合起來交叉、重疊最少，就安排哪些專業同標高，一般分2-3 層即可。初步確定管線空間分布，有利于提高管線效率，并檢查設計提供的管網空間分步是否合理。在空間初步規劃階段，各專業安裝技術人員應介入，結合結構施工圖確定出各專業管線的標高，以保障管線優化后的可施工性。BIM 團隊確定初步方案后，應由項目部召集各專業分包進行討論初步方案的合理可行性，未經各分包確認的方案只是紙上談兵，很難落地。空間分布初步規劃結果示例如圖2所示。

圖2 管線空間分布初步規劃

3 管線綜合過程

3.1 模型搭建

1）建立項目樣板文件。根據項目特點建立項目樣板文件，主要工作是進行管網系統設定（包含系統名稱、縮寫、顏色等信息），并根據設計文件完成各系統管網的配管。項目樣板文件可以選用鴻業BIMspace 中自帶的樣板文件加以修改，也可以在工程中進行樣板文件的積累，有利于提高建模效率。

2）建立標高與軸網。若有土建模型，建議標高與軸網的建立采用revit “復制/監視”命令從revit 土建模型中復制，可提高效率，復制時注意檢查標高是否為建筑標高。也可手動建立，但手動建立時注意項目基點設置是否與土建模型一致。

3）給排水、暖通、電氣各專業進行單專業建模。如無土建模型還需要建立土建模型，以供管綜調整時作為參照。各專業初定標高采用空間規劃時所定標高。建議機電建模采用中心文件工作方式，所有樓層直接建在一個文件中，有利于立管的對接，建立模型時從下向上按系統建模，以避免重復看系統圖降低建模效率。對于噴淋系統可采用橄欖山插件進行快速翻模。建模時盡量不要翻彎，以免影響管線調整。建模中注意個人族庫的積累。

4）鏈接土建模型查看初定標高是否合理。可利用revit 過濾器功能按底標高對梁進行著色以方便觀察，利用revit“高程點”命令可以查看標高，以確定其垂直間距是否滿足。如圖3所示。

圖3 按梁底標高對梁進行標記查看

3.2 管線平面優化調整

各專業分專業單獨設計，在平面規劃上可能存在相互重疊。因此，在模型搭建完后應先進行管線平面優化調整。通過管線平面優化調整可以直接過濾掉很多不復雜的碰撞點，有利于減少碰撞修改的工作量。平面優化調整可以借助revit 過濾器設置先進行同標高管線平面優化調整，再進行全專業管線平面優化調整。管線平面位置優化示例如圖4所示。

3.3 碰撞檢查

碰撞檢查需要對同標高管線間、機電管線與主體結構（梁、柱）間進行碰撞檢查，碰撞檢查是對空間初排方案的檢驗，同時也是輔助于管線綜合調整。同標高管線平面優化調整后，先進行同標高管線碰撞檢查，待處理完同標高管線碰撞點后再進行全專業管線碰撞檢查，這樣主要是為了分階段解決碰撞點，有利于提高效率。

對于管線較少相對較簡單的項目，通過目視即可發現碰撞點，可先不進行碰撞檢測，直接進行同標高管線碰撞調整，調整完成后再進行碰撞檢查以檢查是否還有未處理碰撞點。碰撞檢查一般采用navisworks 軟件進行碰撞檢查，通過navisworks 與revit 同步功能進行逐個碰撞點的處理。

圖4 管線平面位置優化調整

具體操作流程如下：在Revit 中打開機電模型→在Navisworks 打開機電模型rvt 的文件→在Navisworks 中采用“附加”方式打開土建模型→在Navisworks 中進不同專業間進行碰撞檢測→在Navisworks 中選中碰撞對象→在Navisworks 中單擊“項目工具”下“返回”命令→回到revit 中進行修改→在Navisworks 中將碰撞點狀態修改為“已解決”→所有碰撞點修改完成后在revit 中保存文件→切換到Navisworks，單擊常用選項卡下的“刷新”按鈕→再次運行碰撞檢查，檢驗是否還存在碰撞。

在使用Navisworks 進行機電與結構碰撞檢查時，一是注意機電模型和土建模型的原點要一致，否則在Navisworks 機電模型與土建模型對接不上；二是在revit中修改時自動生成的Navisworks SwitchBack 三維視圖時局部裁剪視圖且無法修改視圖范圍，可以采用“平鋪窗口”，在新的三維視圖中修改。

3.4 管線空間優化調整

管線空間優化調整主要解決的是同標高管線間的碰撞以及最上層管線與結構碰撞問題。管線空間優化調整的基本流程如下：分析管線與結構梁碰撞情況→判斷初定標高是否合理→不合理找出不合理的原因并確定標高→同標高管線碰撞調整。

某工程局部管線空間優化前后對比如圖5所示：

圖5 管線平面位置優化調整

一般在進行管線空間優化調整時會碰到如下幾種情況：

情況一：樓層結構梁底標高基本相同，且方案階段初定標高基本合理。這種情況下，管線空間優化調整的主要工作就是對同標高管線間交錯的地方進行翻彎調整。

情況二：樓層結構水平兩個方向梁底標高相差較大，但同一方向標高基本相同，且方案階段初定標高是根據大梁底標高初定的。在這種情況下，如果凈空滿足規范要求，管線空間優化調整的主要工作也是對同標高管線間交錯的地方進行翻彎調整。如果兩個方向梁底標高相差太大已經影響人的觀感，還應注意對梁底標高較高的地方的管線標進行整體上調。

情況三：樓層結構梁底標高分布規律是按區域分布的，不同區域梁底標高相差較大，如地下室人防區與非人防區。這種情況下，方案階段管線初定的標高同樣也應該根據較大梁高進行初定，但是注意在梁底標高變化區域交接地方進行各層管線的整體調整。

初定標高不合理的原因主要如下：一是方案階段未合理找出初定管線標高的梁底標高，初定管線標高的梁底標高應該是大部分大梁的底標高而不是個別大梁的底標高；二是樓層結構梁底標高分布規律是按區域分布的，不同區域梁底標高相差較大。如何快速找出初定標高不合理的地方所在，可以通過過濾器與高程點進行輔助查找。結合碰撞檢查與局剖剖面有利于管線空間優化快速調整。

3.5 機房、管井深化

機房、管井建模前，要收集好機房、管井內設備型號、管路連接方式、管路附件連接方式，最好與現場安裝負責人結合確定。機房、管線建模可與樓層管網深化同步進行，但優化調整應在樓層管網深化后進行。機房深化時，模型建立要完整，機房內設備型號、管路連接方式、管路附件連接方式應與實際相符合，如沒有符合的族，可以用其它類擬的族代替，但應留一定富余空間。管井深化應結合系統圖與各樓層平面入井管線綜合考慮布置。某工程消防水泵房深化模型如圖6所示。

圖6 某工程消防水泵房（優化后）

4 優化出圖

出圖是對管線優化成果的基本展示，應建立企業機電安裝工程BIM 出圖規范（可參考鴻業科技建模出圖標準），優化出圖中應注意以下技巧：

1）瀏覽器視圖組織：視圖組織一定要清晰，以便不同專業間協同工作，每個人最好在個人所用視圖后加上后綴以便區分。視圖務必標記清晰，以協同工作時他人防誤刪有用視圖。

2）過濾器的應用：通過過濾器的設置顯示的專業，以便進行各專業出圖；由于revit 中對于電氣專業未設置系統概念，建議電纜橋架管線配色采用過濾器進行設定，而管線的配色建議在管道系統和風管系統中進行設定，以防在進行漫游展示時，導出到其它軟件時出現材質丟失。

3）視圖樣板的應用：視圖樣板中包含一系列視圖屬性，例如，視圖比例、規程、詳細程度以及可見性設置。使用視圖樣板可以設置視圖應用標準，幫助確保遵守公司標準，同時要注意視圖樣板在不同項目間的傳遞，以實現各專業快速出圖。

4）不同樓層間相同注釋內容的復制：這里主要指的是軸網尺寸標注，最好的方法是先標注一個平面圖，然后通過帶節點復制視圖快速實現軸網尺寸標注。

5）CAD 建筑底圖參照：對于沒有進行建筑建模的項目，在機電出圖中管線可能會因缺少建筑參照顯得不十分明了，出圖時可以對CAD 建筑底圖進行處理作為機電專業參照。

某工程標準層管井優化后平面出圖及剖面出圖如圖7-圖8所示。

圖7 某工程標準層管井平面優化出圖

圖8 某工程標準層管井1-1 剖面優化出圖

5 結語

1）BIM 從業者機電管線綜合過程中應注意積累機電安裝知識，現場技術人員應積極掌握BIM，只有將BIM技術與專業知識相結合，才能更好地促進BIM 技術應用落地。

2）基于BIM 技術進行管線綜合時，現場專業技術人員應提前介入，從專業角度確定各專業的空間分布，減少BIM 管線反復調整次數，提高管線綜合調整效率。

3）管線綜合調整過程應充分利用軟件自帶的過濾器與高程點命令輔助綜合調整，同時注意修改碰撞點時revit與navisworks 軟件的配合使用。

4）優化出圖時，應充分利用軟件功能，如視圖組織、過濾器、視圖樣板，充用BIM 三維可視化特性，對復雜節點進行直觀展示，輔助現場施工。