BIM技術在建筑室內給排水設計中的應用

王漪

【摘 要】BIM技術是將建筑從設計到施工，再到運維直至拆除的全生命周期中的全過程集成為一個信息數據庫，相比于傳統二維制圖，具有可視、可模擬、可協同等優勢，因此在項目進行的過程中各相關單位可通過信息模型對項目進行全過程控制管理。文章提出BIM技術在建筑給排水設計中的應用思路。

【關鍵詞】BIM技術;建筑室內給排水;建模

【中圖分類號】TU17;TU82 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）06-0162-03

1 BIM技術相對于二維制圖的優勢

BIM（Building Information Modeling），指建筑信息模型，自2010年中國房地產協會商業地產專業委員會、中國建筑業協會工程建設質量管理分會、中國建筑學會工程管理研究分會、中國土木工程學會計算機應用分會組織并發布了《中國商業地產BIM應用研究報告2010》和《中國工程建設BIM應用研究報告2011》以來，BIM技術在我國經歷了政府發文、行業研究、政府推動發展的階段，在工程中的應用已愈加成熟，得到了行業的肯定。

1.1 直觀可視，模擬真實

相比于傳統的二維制圖，BIM最大的優勢在于建筑模型的直觀可視性和模擬性，即使是不懂行的非專業人員亦可以輕松獲取到建筑各部位、各構件、各設備等的位置、形態等基本信息。通過BIM人們可以瀏覽任何想了解的地方，比如建筑物中眾多管道如何排布安裝能夠節省空間、清晰準確且安全可靠，甚至還可以模擬熱能的傳導等。在BIM的基礎上配合MR等可視設備，可以更加清晰直觀地將建筑物由外而內的所有部件呈現出來，在虛擬場景中，通過佩戴者的視角深入建筑物的任何部位，可以準確地對不滿意的地方提出修改意見，及時進行整改。在模擬階段，可以通過模擬軟件對建筑物及周邊環境進行日照、能耗、熱效應等的模擬計算，從而不斷地對整個工程項目進行優化。

1.2 協同配合，避免碰撞

一項建筑工程是由多個專業協同完成的，設計師大多數對自己的專業非常熟悉，而對其他專業知之甚少，加之各專業之間的溝通不到位，導致各個專業之間存在設計誤差，最常見的就是設備管道與結構構件發生碰撞，如果在審圖期間不能及時發現問題而等到施工期間才發現，將導致工期延誤，因此這也是圖紙會審的重要內容之一。而BIM技術將各個專業集成在一個模型里，在各專業設計完成之后進行碰撞檢查，如果發現專業之間存在碰撞的問題，或是同專業不同設備之間存在協調配合的問題，通過碰撞及BIM的協調可及時發現問題，及時糾正，可以有效避免專業協同之間存在的偏差，節約設計時間，更重要的是可避免將設計中存在的問題遺留到施工階段而影響工期。

1.3 有的放矢，精準管理

一個完整的建筑過程應當包括從設計到施工，再到運維直至拆除的全生命周期。二維圖紙在使用過程中存在圖紙顯示不清且無明確說明、圖紙攜帶不便甚至破損、圖紙長時間保存后紙張變色等不便。而BIM技術可以將建筑全生命周期中的所有過程集成一個數據庫，無論是設計、施工還是管理都可以通過調取各自需要的數據進行全過程跟蹤管理。BIM是一個共享的知識資源，它可以為項目從概念到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據。在項目實施的不同階段，不同利益相關方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責的協同作業，所以在項目的全過程中應用BIM進行數據共享和傳遞，可使工程技術人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應對，使項目實施過程有的放矢、精準管理。

2 BIM技術在建筑室內給排水設計中的應用流程

2.1 前期準備

通過建筑圖了解建筑基本信息，了解市政管網水力情況，根據市政管網的位置，綜合考慮經濟、安裝方便、供排水可靠性等確定進水引入點及排水排出方向，生活給水直接接入市政給水管網，消防給水需考慮一用一備。建筑排水根據市政排水資料確定建筑排水的總體走向，化糞池可根據建筑規模進行設置。根據《建筑給排水設計規范》中的規定，建筑室內給水系統需要確定給水設計揚程及設計流量，確定供水方式及供水分區;建筑室內排水系統需根據當地條件確定排水體制;建筑室內消防給水系統需確定消火栓流量及噴淋系統設計流量，以及消防噴槍使用支數及儲水水箱容積。

2.2 應用流程

在得到計算結果后進行建筑室內給排水系統BIM建模，方法：先繪制給排水二維圖，然后根據已經設計好并且繪制完成的管道系統進行轉化（稱設計后BIM或翻模），或者直接建立三維模型進行BIM出圖。具體流程見表1。

2.3 操作步驟

2.3.1 調入CAD平面圖

將工程CAD平面圖調入BIM建模軟件中，根據建筑信息設置樓層信息，并根據各層基點將各層圖紙復制到相應的樓層中。若CAD圖紙中一些圖層不能顯示，需要解鎖所有圖層。

2.3.2 立管布置

按照計算所得的數據及建筑給排水引入管、排出管、設備等的位置確定立管的直徑及布置位置。考慮設備的經濟性，立管在垂直方向存在管徑的變化，因此在BIM建模時需注意立管變徑。

2.3.3 水平管布置

若采用設計后BIM的設計方式可按照設計好的管道系統，將系統分類調整到相應的專業模式下，對照管道系統圖進行水平管的布置。若采用BIM出圖則需要根據計算結果、需要布置給排水設備的房間的情況、給排水立管的位置及消防水槍的支數等確定水平管的管徑，然后在房間內布置給排水水平管。

2.3.4 設備布置

建筑室內給排水設備如用水設備、污水收集器、水泵、水箱、消火栓箱、滅火器、噴淋頭、閥門法蘭等可以選擇轉化設備，也可以自行布置。

2.3.5 管道與設備連接

將管道系統及設備布置完成后，要將設備及管道進行連接，若設備采用轉化布置，在連接時可選擇布管線，如此可將設備與管道有效連接。若管道采用自由繪制的方式，可根據設備及管道的具體情況進行連接布置。

2.3.6 模型優化

將建筑室內給排水的整體模型建成后需要對各個系統的管線及設備進行檢查優化，通過碰撞檢查、模型漫游等手段檢查管徑等是否有誤、管道的排布是否符合規范、管道與設備的連接是否妥善、專業內管道是否有碰撞、整體模型是否有偏差等問題，將模型逐步優化，使之符合建筑給排水設計及建筑信息模型的各項標準，為其他專業的BIM建模及項目管理提供優質的信息模型。

3 BIM技術在建筑室內給排水設計中的應用要點

3.1 建筑室內給排水管道及設備模型的創建

3.1.1 構件尺寸調整

建模軟件中已有構件的尺寸是固定的，但在建模過程中往往所需要的構件尺寸與默認構件尺寸不符，要求用戶調整原有構件尺寸以符合本工程使用，用戶可以通過調整原構件參數或插入點位置來滿足本工程安裝要求。

3.1.2 新構件設置

在BIM建模軟件中有許多軟件公司已經創建成型的構件，但是在建模過程中會有許多新設備需要布置，而軟件默認構件庫中并沒有此類構件，則需要用戶自定義構件，用戶可通過所需的二維圖形創建構件的三維模型，或者通過云構件庫選擇合適的設備模型。

3.1.3 系統分類

建筑室內給排水系統按照水質、用戶要求等不同分為生活給排水、生產給排水、消防給水、雨雪水排水等，而且根據用水流量等不同而設置不同的系統類別，因此在建模時要按照不同的系統分類在相應的系統類別下面進行繪制。

3.1.4 排水管道布置的方法選擇

建筑室內生活排水橫管一般都布置在本層樓板下方，然而在BIM建模中如果將管道繪制在下一層中，可能會因為下層排水設施與本層排水設施布置方式不同而導致無法進行繪圖建模，因此許多設計師習慣在布置本層排水橫管時采用降低管道標高的畫法（如圖1所示），這樣方便設計師根據本層具體情況進行調整優化，但是在最終調管綜時由于排水管繪制位置非下層而可能會出現排水管無法顯示的問題，因此采用將樓層調到下一層，然后按正標高（即升高標高畫法）來進行管道的布置（如圖2所示）。

3.2 建筑給排水BIM建模應用實例

某實驗樓總建筑面積為8 500 m2，均為地上，層數為5層，首層層高為3.9 m，標準層層高為3.6 m，主體建筑總高度為18.300 m。該工程給排水設計范圍為該建筑的給水、排水、消防、雨水等管道系統。

本工程主要借助魯班BIM來建模，建模完成后應用于該項目實施過程。其室內給排水建模效果如圖3所示。

通過BIM技術在該項目中的應用，建筑給排水設計采用BIM技術可以節約二維出圖及碰撞檢查的時間，而且可以更加方便快捷地計算工程量，尤其在發生變更時工程量的計算及核對工程量時將更加便捷。

3.3 設計后BIM技術在應用中的不足

3.3.1 二維圖錯誤導致模型錯誤

雖然通過BIM技術可以有效避免碰撞問題，但如果二維圖在設計時存在錯誤，將導致建模時模型與圖紙不對應，比如會出現存水彎無法將洗手盆與排水支管連接等問題。此外在管道設計時本專業內部都可能發生管道阻擋，比如并列兩根立管發生重疊，或坡度管與其他管交叉碰撞等，這是因為建筑給排水工程中給排水設備的屬性需要根據建筑物條件、市政管網供水能力等情況對建筑室內給排水系統進行詳細設計，其生活生產消防給水及排水管網中管道種類繁多，布管錯綜復雜，難免會出現未能成功審出的錯誤。

3.3.2 增加出圖時間

設計后BIM的過程就是在二維圖紙設計完成后將所有的信息用數據庫的形式集成在一個信息模型中，通常這個過程也稱為“翻模”，將二維轉化為模型是需要時間的，這樣無疑增加了設計階段的時間消耗。同時BIM建模過程中各個專業需要協調配合，設計人員在初步設計時繪制一遍模型，水力計算時輸入一遍計算模型，碰撞檢查后重新建立三維精確模型，在這個過程中模型重復建立，盡管在某些階段的模型能夠重復使用，但是總體工作效率較低，時間成本高。

3.3.3 增加勞務費用

由于BIM技術目前還處于推廣階段，許多熟練二維設計的設計師對BIM技術的掌握程度還不夠或沒有精力掌握，因此項目在完成二維設計及出圖后還需要聘請專業BIM設計師或設計團隊來完成信息模型的建立，這樣就增加了項目在設計階段的勞務費用。此外，模型在使用階段仍需要BIM團隊駐場服務，對項目的全過程進行BIM技術支持，因此設計后BIM將會增加一定的勞務費用。

4 結語

BIM技術在建筑給排水設計中的應用已經有了飛速的發展，從管道設備的布置，到工程量的計算，以及各種管道系統的碰撞檢查及協調，甚至各專業之間的協調配合等，其信息數據庫從很大程度上縮短了工期，提高了工程質量，而且節約材料，使得項目的設計、施工、運營維護等全過程都方便且高效。無論是設計后出圖還是BIM直接出圖，都存在一些不盡如人意之處，因此在BIM技術的開發及應用方面還需要繼續努力，以真正達到便捷高效的全過程控制。

參 考 文 獻

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[責任編輯：陳澤琦]