BIM技術在高層建筑管線綜合安裝中的應用

葉喬亭 （安徽省工業設備安裝有限公司，安徽 合肥 230022）

1 引言

隨著社會科技的進步發展，建筑物的功能越來越多，與建筑物配套的相關水電消防、通信網絡、空調、監控等系統綜合管線安裝也越來越多且越來越復雜，由于建筑物的安裝空間有限，不同系統間有嚴格的規范要求，導致各專業管線在安裝過程中受到相互間的制約與影響，如果在管線安裝過程中未能整體調整好位置、走向，那么往往會給后面各專業的安裝、觀感、使用等帶來不利的影響，甚至會造成無法安裝而需要拆除某些部位重做，這樣既影響了施工進度又造成了材料、人工的損失；此外在以往施工過程中，各機電安裝專業自我為中心，造成管線無序、層次混亂，為滿足局部標高、位置的要求，多次施工停頓討論、整改，結果造成了質量與安全的隱患，并且耽誤了工期，在使用和維修時帶來諸多不便。為此應用BIM技術進行三維建模，將建筑物中占據頂部空間的大型管線進行合理布局，使之在滿足使用功能的前提下，最大限度的實現設計與施工之間的合理銜接，有效協調了機電各專業施工活動。

2 工程概況

安建大廈工程位于合肥市黃山路與石臺路交口西南側，為一類高層辦公樓，其設計為“綠色建筑二星級”，地上裙房3層，為門廳及辦公配套的餐飲會議室，主樓為31層辦公樓（不含設備層），屋頂為上人平屋面，地下兩層，分別為人防車庫和設備用房，總建筑面積為59619m2，建筑高度為130.50m。根據該工程的功能和使用特點，使得整棟大樓的管線尤其是地下室的管線十分復雜，為此我們在施工前引入BIM技術，即利用MagiCAD軟件對設計圖紙進行三維建模，在施工前先根據所施工的圖紙在電腦上運用MagiCAD軟件進行圖紙“預裝配”，根據預裝配結果，并結合原有設計圖紙的規格和走向，進行綜合考慮后再對施工圖紙進行深化設計，從而達到實際施工圖紙深度并指導現場施工。

3 BIM技術在管線綜合安裝上的應用

3.1 應用MagiCAD軟件建模

3.1.1 搭建項目管理文件夾體系

首先選擇一臺配置較高的電腦作為主機，為方便后期圖紙綜合處理（包括做管線綜合、模型導出、后期處理做渲染動畫、IFC、NWD等）。然后在這臺電腦上新建一個名為“某某項目”的項目管理文件夾，打開項目文件夾并在其中分別新建風、水、電、建筑、參照和綜合6個子文件夾。

在每個專業子文件夾中新建樓層圖紙，并把風、水、電、建筑等專業的樓層圖紙分別關聯到相應專業的項目管理文件中，并生成相應的文件，如圖1所示。

圖1 已搭建好的項目管理文件夾體系

3.1.2 設計圖紙處理

將設計圖紙拷貝到參照子文件夾中，并對設計圖紙進行處理，即將風、水、電、建筑等專業圖紙導入到MagiCAD軟件中，通過分圖、定原點、清圖形等步驟將導入的圖紙處理成單層單專業圖紙，將處理后的圖紙單獨放在一個文件包內，作為后續單層單專業建模用。

3.2 搭建風、水、電、建筑各專業模型及綜合

將上述處理好的圖紙按照專業進行建模，將各專業（風、水、電、建筑）建好的模型利用外部參照的方式先綜合成單層模型，然后將各單層模型再次利用外部參照的方式綜合成整棟大樓或整個項目，具體操作步驟如下。

3.2.1 單專業建模

首先，新建一張專業圖紙，關聯項目文件并確定相應的樓層位置，在命令欄里輸入“xr”并回車，選擇“附著DWG(D)...”選項，調出外部參照對話框，如圖2所示：

圖2 外部參照對話框

外部參照選項設置好后，單擊“確定”插入處理好的底圖就可以繪制單專業模型。當不同專業模型建好后，下一步工作就是進行單層各專業模型綜合，即單層綜合。

3.2.2 單一樓層綜合

根據上述步驟完成各專業模型的搭建，現將已搭建好的同一樓層的不同專業的模型通過外部參照的方式綜合在一起，即形成樓層模型。在參照不同專業模型時，為了能在后面整棟樓或項目綜合時能夠顯示樓層的各個專業內容，這里外部參照對話框的參照類型選擇“附著型”，其它選項仍按圖2所示的外部參照對話框中的參數進行設置，設置完成后單擊確認，這樣就完成了單層各專業模型的綜合如圖3所示。

圖3 單層各專業綜合圖

3.2.3 整棟大樓或整個項目綜合

根據上述步驟完成各層模型的綜合，現將同一棟樓的不同樓層或項目劃分不同區域的圖紙通過外部參照的方式疊加在一起，形成整棟樓或整個項目模型。在參照不同樓層或項目劃分不同區域模型圖紙時，最好是首層打底，這樣外部參照時每層Z值（改變外部參照對話框插入點中的Z值）與樓層設置的位置信息的Z值是一致的。其它選項仍按圖2所示的外部參照對話框中的參數進行設置，設置完成后單擊確認，這樣就完成了整棟大樓或整個項目的綜合。

3.3 從MagiCAD軟件中導出NWD文件并運用Navisworks軟件做碰撞檢查

當完成了整棟大樓或整個項目綜合或者在完成單層（單區域）綜合后，將綜合后的模型從MagiCAD軟件中導出NWD文件，當所有NWD文件導出完畢后，并打開Navisworks軟件，在其中運行碰撞檢測命令，即完成碰撞檢測。通過碰撞檢測，可以檢查不同專業、同種專業之間的碰撞打架情況，如風管與水管、風管與橋架，水管與橋架、風管、水管、橋架之間都可能存在碰撞。查看各類碰撞點情況，確定碰撞點調整方案，在確定總體的排布方案和排布原則下，根據安裝要求，使用MagiCAD軟件確定管線綜合排布的三維空間層次分配。根據交叉點管線沖突調整整體管線高度，然后再次進行碰撞檢測，檢查是否有碰撞點，如有碰撞點循環上述操作，直至無碰撞點出現，最后檢查深化設計的合理性。

圖4 碰撞檢測選項對話框

下面選取管線布置比較復雜的地下室及樓上公共走道部分作為本次管線碰撞檢測的重點。先對地下室及樓上公共走道部分進行建模，等建完模后發現僅地下人防車庫和設備用房就存在大量碰撞點如圖5所示。其中不僅是管道間的交叉碰撞，甚至有些不同的管道系統排列在一起，這為后面的碰撞檢查帶來了很大麻煩。

通過在圖中圈出不同類型的碰撞點不難發現，僅僅一個區域節點中就存在著各種不同程度的碰撞，其中主要有給水、中水系統內部干支管交叉，消防干管與給水干管交叉，噴灑干管在管井處垂直穿過電氣橋架，給水干管垂直穿過排風干管，噴灑干管于排風管道重疊，雨水干管與橋架交叉，強電橋架與弱電橋架交叉，強弱點與消防橋架交叉等。

圖5 管線繪制后發現管線間的碰撞情況

3.4 對碰撞點進行調整及優化

在Navisworks軟件中運行碰撞檢測命令，通過碰撞檢測，發現很多碰撞點如圖5所示。在充分理解設計意圖的基礎上，針對這些碰撞點我們進行調整和修改，即先對模型管線進行了全面的修改，并優化管線走向，在消除系統性碰撞的同時使設備管線排布更加合理。首先確定電氣橋架位置，在滿足設計與施工要求的同時，給設備管線留出足夠空間；然后依據“有壓讓無壓、小管讓大管”的原則，按照各個系統調整設備管道，并注意給電氣專業留出檢修空間。經過一輪碰撞修改后，模型基本達到令人滿意的效果如圖6所示。

圖6 修改后的管線圖

其次針對樓上公共走道部分，因其狹窄而設備電氣的管線與橋架又集中于此，造成此處的管線排布困難，且標高過低，不能達到凈高要求，依靠簡單的一字排開或并列排布已無法滿足實際需求，按照管線調整原則進行調整和修改，然后將調整修改后的模型導入到Navisworks軟件中，并單擊漫游命令，在模型中可以隨心所欲的行走，給人身臨其境的感受。同時也可以通過漫游發現一些在建模過程中未發現的碰撞問題，比如風管穿柱等如圖7所示，而對發現的碰撞點采取及時調整，以使圖紙得到進一步優化，并最終完成管線綜合布置。

圖7 漫游檢測

3.5 可視化交底及指導現場施工

對綜合后的管線模型制作施工模擬視頻并針對管線比較密集且復雜的地方比如樓上公共走道部分和地下室，采用三維模型或視頻進行施工交底，實現了可視化施工。由于樓上公共走道部分管線比較密集且種類繁多，為了避免由于管線沖突而造成二次施工，以及解決管線碰撞打架和位置沖突問題，最大限度的增加公共走道部分頂部使用空間。在該部分管線安裝前，先利用BIM軟件進行三維建模，在建模過程中，同時還必須充分考慮各種管道的走向及不同的布置要求，利用有限空間，集合各個專業技術人員，合理排布管道并制定這些部位安裝大樣圖，使各種管道合理布置。總之充分考慮這些因數后，按照管線調整原則依次進行調整，并最終完成了樓上公共走道部分管線綜合布置如圖8所示。

圖8 樓上局部公共走道部分管線模型

根據圖8所示的公共走道部分管線模型進行現場安裝，在安裝過程中由于管線模型事先進行了合理布置，管線安裝中未出現碰撞和二次返工等問題，因此提高施工效率，保證了施工質量，圖9是根據圖8所示的模型進行現場安裝的管線圖。

圖9 公共走道部分現場安裝圖

通常地下室停車位對頂部管線的標高和位置是有較高要求的，下面是一處管道大而多且必須經過停車位的管線，該部分管道安裝前先利用BIM軟件進行三維建模，然后根據各種管道的走向及不同的布置要求，合理布置了各種管道位置如圖10所示，避免了各種管道間的碰撞打架和位置沖突問題，滿足了停車位對頂部管線布置的要求。

圖10 地下室停車位局部管線模型

根據圖10所示地下室停車位頂部管線模型進行現場安裝，在安裝過程中由于管線模型事先進行了合理布置，管線安裝中未出現碰撞和二次返工等問題，因此提高施工效率，保證了施工質量，圖11是根據圖10所示的模型進行現場安裝的管線圖。

圖11 地下室停車位局部管線安裝圖

4 結論

安建大廈機電安裝工程在施工前應用BIM技術對所要施工的圖紙進行圖紙“預裝配”，然后通過“預裝配”的過程把各個專業未來施工中的交匯問題全部暴露出來。這樣提前發現這些設計圖紙中存在的碰撞問題并提出合理的解決辦法，有效地減少了在施工階段出現的設計變更或修改，減少了施工過程中可能出現的大量返工浪費，節省了投資，縮短了工期，保證了工程質量。但也存在一些缺點如由于目前MagiCAD軟件和AutoCAD軟件還不能實現根據碰撞檢查報告自動標記錯誤，需要手工標記碰撞位置，以備查閱和修改；最后結合原有設計圖紙的規格和走向，進行綜合考慮后再對管線圖紙進行深化，從而達到實際施工圖紙深度。