基于BIM的管線綜合方案評價研究

隋國暉 王志皓

摘要：為保證管線綜合優化方案的科學性及合理性，本文針對管線綜合布局細節處理方面的欠缺，設計了基于BIM的管線綜合評價指標體系。管線綜合評價指標構建遵循科學性、可行性、綜合性的原則，考慮空間合理性、綜合工程量、施工難易度、人體舒適度等四大影響因素進行評價指標構建。并針對管線綜合布控中權重難以確定的問題，分別采用層次分析法和模糊綜合評價法對管線綜合排布方案進行優化評價，以找到最優管線綜合布置方案。

關鍵詞：管線綜合;BIM模型;評價指標

中圖分類號：TU17 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）11-0202-02

0 引言

隨著時代的進步和社會經濟的不斷發展，我國的建筑管線綜合布控越來越趨向于智能化。近幾年來我國的專家學者對于管線綜合布控方面的研究水平有了很大的提升，和國際高水平建筑管線綜合布控之間的差距越來越小，但是在管線優化的細化處理上還存在著一定差距。綜上所述，針對建筑物的管線綜合優化方案評價研究是很有必要的。

1 建筑信息模型（BIM）技術

建筑信息模型是一種新型技術。它以實際工程為背景，圍繞各個信息數據并將之建立為三維模型。它擁有建筑物的全部信息。可以運用在建筑項目可行性研究、設計階段、施工階段、運營維修、拆除等各個階段，以達到提高效率，節約成本，縮短工期的效果[1]。

2 評價指標理論基礎的構建原則

為了保證管線綜合方案評價結果的合理性及科學性，在進行管線綜合方案評價指標體系的構建過程中應該遵循以下原則：

（1）科學性。為了保證各層級指標之間具有一定的關聯并且確保方案評估結果的可靠性和有效性。所以在進行管線綜合評價指標時不能隨意設定。評價指標權重系數要有一定的科學依據。

（2）可行性。對于管線評價指標體系中可以量化的評價指標，采用定量計算的方法來進行評價指標值的確定，對于某些無法定量化的指標，可采用定性分析的方法進行評價指標值的確定[2]。

（3）綜合性。當構建管線方案評價體系時，應分析各指標的需求特征，選取有代表性的指標。

3 評價指標理論基礎的構建思路

BIM技術能夠模擬工程，使復雜過程簡單易懂。并且能在施工前發現管線安裝中的問題。可以根據BIM管道集成工作流程，可以優化和調整管道，將可能遇到的問題扼殺在搖籃之中。對管道進行優化和調整，以解決施工前的潛在問題。在制定管線綜合排布優化方案時，要提供多種方案，從中比較得出最優的施工方案。所以為了使最終選取管線綜合排布結果的準確和合理，建立一個科學有效的評價指標體系是有必要的。

建立管線綜合評價體系時可以考慮以下幾個方面：

（1）空間合理性。綜合管線是有一定的排布規則的，風、水、電專業管線在空間上要合理且要盡量節省空間。不同的排布方案會影響最終的排布效果。（2）管線綜合的工程量。不同的管線排布方案，風、水、電各專業在工程量上有很大的差別。為了直接看出工程量對管線排布方案帶來的影響，可以通過工程造價比較差異。（3）施工難易程度。不同的方案，各專業的施工難易度也不同。所以在考慮管線綜合時，必須要關注此方案是不是可以使施工變為簡單。（4）人體舒適度對管線的影響。管線的配置完善，不僅能提高建筑物整體的美觀，還能給人舒適的感覺。

4 管線綜合方案評價指標的權重的確定

在評估管道綜合方案之前，有必要對每個指標進行加權。然而，確定權重有兩種方法：主觀加權法和客觀加權法。主觀加權法是由專家從主觀上對評價指標進行打分評價，從而確定指標的重要程度。主要有層次分析法和專家調查法來確定比重。客觀加權法是指依次比較系統的所有指標，然后用最大方差法或多目標法確定權重。現如今最常見的方法是層次分析法，它是最方便最實用的方法之一[3]。

層次分析法將復雜的多因素、多目標問題看做成一個完整系統。系統又可以肢解成各個子因素，再將這些子因素按照一定的規律進行分組，進而組成有序的層次結構。將這些因素一一比較，按照重要程度進行排序，最后進行匯總。通過以下步驟來利用層次分析法來進行權重確定。

4.1 建立層次結構圖

將目標層按照不同的劃分規則分解為多個子因素，依次對這些子因素進行目標分析，以此構成一個有序排列的層次結構。

4.2 計算步驟

（1）構造判斷矩陣。比較同一層級因素與上一層級因素的影響程度，確定各個評價因素的權重程度。將其構成判斷矩陣。如表1所示。

為了將判斷矩陣進行量化，在比較各評價因素時，可以采用1-9標度法對各因素進行取值，如表2所示。

（2）層次單排序。層次單排序是基于判斷矩陣來計算該級別的評價因子的權重，以確定某個因子相對于前一級別的重要性。層次單排序的值由判斷矩陣的特征向量表示。根據判斷矩陣，求出此矩陣的最大特征值，再求出此矩陣的特征向量。此特征向量則為所求各個因素的權重比。本文用以下方法進行計算：

1）計算判斷矩陣每行元素的幾何平均值：;2）對進行歸一化處理：;3）得到特征向量W：;4）則該矩陣的最大特征計算公式為：[3]。

（3）檢驗判斷矩陣。為了保證結果的準確性和有效性，我們引入了一個指標，。而由來計算。的取值如表3所示。

當時，判斷矩陣滿足要求;當時，則判斷矩陣不滿足要求，需要改正矩陣。

5 管線綜合方案評價類型的構建

5.1 模糊綜合評價法

模糊綜合評價是以模糊數學為理論基礎的分析方法[4]。它是把定性量轉化為定量的一個評價理論。也就是把有好多個因素的對象做出一個總體詳盡的評價。第一步先將評價對象評價集確定下來。第二步確定各個因素的權重比，獲得模糊判斷矩陣。最后把模糊矩陣歸一化，得到最終的評價結果。最后依據結果來選擇方案。

5.2 基于模糊綜合評價法建立綜合評價模型

在建立模糊綜合評價模型之前，需要先通過由層次分析法確定的因素權重。想要建立判斷矩陣，必須把各個因素的取值定量。而有些因素定量起來很困難，所以有時得通過專家學者打分法來確定。本文評價體系里的各個因素取值由下列方法確定：

（1）給排水管道間距離可根據空間合理性規則進行布置，通過實際項目工程的施工情況進行間距計算。（2）電纜橋架與其他各專業管道距離可根據空間合理性規則進行布置，通過實際項目工程的施工情況進行間距計算。（3）“風、水、電”成本可通過各方案模型導出的工程量，再進行各方案工程成本的計算。（4）“風管、水管、電纜橋架安裝難易程度”根據各專業方案布置規則，通過專家打分進行確定。（5）各管道間保持一定的距離進行管道敷設，實際管道間距離根據布置環境及“人體舒適度影響”通過專家打分進行確定。

進行模糊綜合評價還需要進行以下幾個步驟：

（1）確定因素集，是指各個判據因素。

（2）確定評判集，是指管線綜合排布方案。

（3）建立評判矩陣。為集合到集合的模糊關系，即。用各項判據因素對每種方案進行評價，得出評判矩陣的各組成元素，即特征指標。

注：的取值范圍為[0，1]，未在該定義域范圍內的取值需要進行正規化處理[5]。

（4）確定各因素權重。確定各評價指標的權重。

（5）確定模糊綜合評判模型。

綜合評判結果，其兼顧所有因素的權重。

（6）計算評價指標值。綜合評判。

6 結語

本文主要研究BIM的管線綜合方案評價指標體系問題。主要從空間合理性、管線工程量、施工難易程度、人體舒適度這四方面來確立管線綜合評價指標體系。先采用層次分析法后運用模糊綜合評價的方法，對管線綜合排布方案進行評價。以找到最優方案。

參考文獻

[1] 黃強.論BIM[M].北京：中國建筑工業出版社，2016.

[2] 王源佑.基于灰色關聯分析和BIM技術的裝修設計方案比選研究[D].蘭州交通大學，2017.

[3] 徐嬌.基于 BIM 的施工企業 EPC 項目效益評價研究[D].西安科技大學，2017.

[4] 錢頌迪.運籌學[M].北京：清華大學出版社，2012.

[5] 劉寶輝.市政工程管線綜合優化研究[D].西安建筑科技大學，2010.