大型商業綜合體中BIM管線綜合優化設計的應用研究

任昱忠 李勇

摘 ?要：在大型復雜工程項目中，傳統的二維圖紙難以解決綜合管線施工中各專業之間的碰撞、錯誤、遺漏等問題。結合工程實踐，應用BIM技術進行復雜機電工程管線綜合深化設計、碰撞檢測、工程量統計、系統平衡校核、施工技術交底、質量問題跟蹤、輔助編制專項方案等，有效提高了施工圖紙的質量和施工效率，減少了項目協調和返工時間，縮短了建設工期，降低了項目建設成本，提高了施工質量，提升了技術和管理水平，取得了良好的經濟效益和綜合效益，為類似工程提供參考。

關鍵詞：BIM技術;機電管線綜合深化設計;碰撞優化;可視化;工程管理

中圖分類號：TU81 ???文獻標識碼：A ???文章編號：2096-6903（2019）03-0000-00

1 現行管線綜合設計與安裝施工中存在的問題

大型商業綜合體項目往往伴隨著錯綜復雜的綜合管線，管線和設備安裝過程中經常會出現各專業管線之間、管線與建筑結構之間的碰撞，因此增加了施工工作的復雜性。在傳統二維CAD設計圖紙中標識各專業管線位置及走向，說明管線排布原則，在綜合圖紙中疊加體現。因此在局部管線較多或交叉碰撞的關鍵部位增加剖面圖。再經圖紙會審后實施。

由于項目復雜、現場工作人員能力存在差別，在實際施工安裝中，設計方在現場參與較少，很多問題難以得到全面直觀的考慮。因此常常出現碰撞現象，造成返工和材料的浪費，此外還存在操作空間不足、室內凈高不夠、管線排布不美觀、操作時存在安全隱患等問題。因此設計“錯、漏、碰、撞”等問題日益突出，極大地影響工作效率和工程質量。具體問題如下：

（1）管線碰撞分析不全面，不能綜合考慮安裝中各專業與建筑結構等專業間的位置沖突。實施中參建各單位專業人員通過不斷查看圖紙來進行綜合管線的分析及校正，費時費力，失誤也多。特別是在大型項目中，有部分梁高變化較大，常常忽略了管線與梁的碰撞問題。（2）管線優化處理難以系統化。二維設計軟件不能提供實時關聯修改功能，需要手動修改。現場對于綜合管線交叉碰撞位置的處理主要為局部調整，難以從整體角度考慮大范圍管線的走向問題，因此會因為局部的調整造成其他部位管線和構件的再次碰撞。

BIM（Building Information Modeling）技術具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性等五大特點。本文主要采用基于BIM的Magicad、Naviosworks管線綜合多專業三維協同優化技術，實現建筑結構與機電安裝專業模型的三維可視化融合、碰撞檢查分析和優化設計，解決復雜建筑綜合管線安裝質量問題。

2 工程概況

本工程為河南省駐馬店市置地百佳商業廣場工程，位于駐馬店市樂山路與洪河大道交叉路東南角，總建筑面積125050m，結構類型為框架-核心筒、剪力墻結構，建筑高度78.5m，分為商場、A座、B座、C座、D座五個部分。其中商場部分為地下二層、地上五層。在商業工程部分，包括土建、機電安裝、鋼筋、裝飾裝修、地下工程和人防工程等。其中商業廣場部分深基礎達-11.54m，內部包括通風防排煙、空調新風、空調水、噴淋、消防、生活給水、生活排水、虹吸雨水、照明、弱電、變配電等眾多子系統。管線、設備多集中于地下室、地上商場、公共走廊中，機械設備較多，機電管線系統繁多，管線錯綜復雜，碰撞檢查復雜，環境要求較高，空間凈高要求嚴格，施工難度較大。

3 BIM機電管線綜合優化過程

BIM技術在機電管線綜合深化設計中的優化流程如圖1所示。

3.1 建筑結構BIM模型的建立

本工程建筑結構BIM模型采用Magicad軟件，使用Room智能建模，基于原二維CAD圖紙建立建筑結構BIM模型。

3.2 建立機電安裝BIM模型

由于原設計圖紙是分專業進行設計，基本沒有明確的管線標高標注，僅有施工時籠統的安裝原則，很難避免各專業管線的位置和標高互相重合。如果直接按照原二維設計圖紙進行建模，其碰撞點是初步規劃設計后建模碰撞點數量的3～5倍，有的甚至達到10倍以上。因此在建模之前，有必要和機電安裝總工商討進行初步的管線綜合討論，初步確定機電管線的各自標高，制定管線綜合排布的走向并繪制草圖，然后根據初步規劃的管線綜合方案進行BIM建模。對于不同類型的管線，需要設置的模型精細度不一樣，對于像暖通風管和給排水水管等需要較高的模型精細度，需要設置的參數有標高。管道尺寸、坡度和材質等，而對于像附件、管件、閥門等等不需要太高的模型精細度，過分追求較高的模型精細度反而會讓模型瀏覽起來更加緩慢，因此采用合理的機電模型精細度標準劃分是十分有必要的。

3.3 模型整合

通過Magicad軟件整合通風、給排水、電氣專業的BIM模型，進而輸出nwf格式的文件，再次用navisworks軟件打開該文件。在Navisworks軟件中采用統一的BIM色彩標準展示，有助于管理人員和技術人員清晰區分不同的管道系統類型。

3.4 碰撞檢測

利用navisworks軟件中強大的“Clash Detective”功能進行管線綜合碰撞檢測。本工程涉及20多種專業，管線比較復雜，碰撞專業涉及通風防排煙、噴淋、消火栓、給排水、電纜橋架、空調風、空調水、虹吸雨水8個專項，23種碰撞關系，碰撞總次數達3263次。如表1所示。

從項目構成上劃分：地下二層碰撞670次，地下一層碰撞808次，一層碰撞725次，二層碰撞86次，三層碰撞161次，四層碰撞83次，五層碰撞325次，六層碰撞405次。從管線碰撞關系上劃分：碰撞次數較多的是噴淋與消火栓管線碰撞達833次，空調水與空調風碰撞664次，暖通與給排水碰撞618次，給排水與電氣碰撞452次，空調水與通風防排煙碰撞406次，暖通與電氣碰撞285次，碰撞次數較少的是空調風與通風防排煙碰撞5次。通過導出“HTML”格式的碰撞報告，在碰撞報告中清楚地看出存在碰撞的圖元的ID，方便優化。

3.5 模型優化及全專業CAD圖紙出圖

得到“碰撞報告后”，BIM優化人員根據各專業技術要求，空間要求，施工工作面以及質量安全要求等與項目機電安裝總工商討，確定本工程管線綜合優化原則：

（1）層高5.4m部分，通風防排煙和空調風管底標高不低于4m;層高5.1m部分，通風防排煙和空調風管底標高不低于3.6m;層高4.5m部分，通風防排煙和空調風管底標高不低于3m;層高3.9m部分，通風防排煙和空調風管底標高不低于2.6m。（2）有壓管避讓無壓管（排水管），無壓管（排水管）一般不改動。（3）通風防排煙和空調管道與有壓管道（噴淋、給水、消防）碰撞時，有壓管道避讓，90°上翻處理。通風管道末端與水管碰撞時，提前終止風管避讓水管。（4）通風防排煙和空調管道一般情況下按照下部平齊原則排布。（5）消防管道與噴淋管道碰撞時，噴淋管道避讓消火栓管道;同管徑時，生活給水管讓消火栓管道，消火栓管道讓噴淋管道。橋架與風管碰撞時，橋架避讓風管。（6）水平方向上，管道定位優化順序依次為：無壓管道、風管、有壓管道和橋梁。

依據優化原則，BIM優化人員在Magicad軟件中完成全專業管線的優化，本次優化僅優化干管部分，支管等管徑較小的管道（如噴淋管道DN15等）不予優化。完成二維施工圖紙的優化后進行BIM出圖。BIM出圖與一般出圖方式不同，該種圖紙是三維與二維相結合的圖紙，易于理解，方便施工，如圖2所示。

全專業模型優化完成后，利用Magicad軟件中“自動預留孔洞”功能進行全專業孔洞的預留，通過詳細的預留孔洞標識完成對全專業預留孔洞圖紙出圖。如圖3所示。由于該圖紙沒有設計單位蓋章及通過圖紙技術審查及行政聯合審查，只能作為第三方咨詢成果為項目服務。

4 本項目管線綜合深化設計應用實例

4.1 在地下一層“高低跨”處的應用

地下一層17—19軸交A—H軸處，由于梁頂標高由5400mm降為4500mm，并且此處管線較為集中，所以在深化設計中將此處作為重點進行優化。此區域有通風防排煙管道2000×500mm，空調風管道1000×200mm，空調供水管道DN100，空調回水管道DN100，消火栓管道DN150，噴淋管道DN150，強電橋架600×150mm。原設計圖紙在此處沒有標注管線隨著梁高度變化而變化的說明，并且此處管線非常復雜，涉及到7個系統，有多處明顯碰撞。如圖4所示。

優化解決方案為：管線隨著梁頂標高降低而降低，垂直方向上從下往上依次是，暖通專業、電氣專業、給排水專業。暖通管道在最下方，通風防排煙管道做45°彎頭下移，下移后管底標高為2500mm，空調風管道做90°彎頭下移，下移后管底標高為3000mm，空調水管道做90°彎頭下移，下移后中心標高為3080mm。電氣專業強電橋架做90°彎頭下移，下移后底部標高為3250mm，位于空調風、通風防排煙管道上方。給排水專業消火栓管道做90°彎頭下移，下移后中心標高為3450mm，噴淋管道做90°彎頭下移，下移后中心標高為3450mm。各專業之間留下足夠的安裝間距，方便施工。經過管線綜合深化設計后如圖5所示，合理地解決了管線碰撞問題。

4.2 在一層公共走廊區域的應用

本工程一層～六層為商業部分，一層應用風機盤管系統，公共走廊內管線復雜。分別有通風防排煙管道2000×400mm，空調風管道1000×200mm，空調供水管道DN100mm，空調回水管道DN100mm，噴淋管道DN150mm，消火栓管道DN150mm，強電橋架320×150mm。按照原設計圖紙走，此處管線碰撞明顯，并且控制凈高為3.5m，遠不滿足項目需求。

優化方案為：垂直方向上從下往上依次是，暖通專業，電氣專業，給排水專業，暖通專業中通風防排煙管道管豎直上移500，管底標高由3500mm升為4000mm，空調風管道豎直上移500，管底標高由3500mm升為4000mm，空調水管道中心標高為4150mm，位于通風管道上方。電氣專業強電橋架底部標高為4250mm，給排水專業噴淋、消火栓管道中心標高為4350mm，與強電橋架碰撞，噴淋、消火栓管道豎直方向翻彎上移200mm。調整后控制管底凈高為4000mm，提升了500mm，滿足各方的需要。

通過對公共走廊區域管線綜合深化設計后，實現對管線標高全方位的定位，發現影響凈高的瓶頸位置，從而優化設計，使布局美觀緊湊。在施工交底過程中，應用三維可視化交底技術，更直觀地對細節進行查看，加快與各專業分包之間的溝通，同時通過三維可視化交底，讓現場施工作業人員更深入地理解圖紙，減少由于施工作業人員對設計圖紙理解不清造成的返工。在安裝施工過程中，對復雜節點進行施工模擬，輔以局部剖面圖及局部三維圖，使管線關系一目了然，更加清楚地向施工人員表達設計意圖，讓施工人員掌握安裝過程的重點及難點、調整施工方法及施工工序，提高工程施工效率和質量。

5 BIM管線綜合技術應用效果評價

本工程涉及20多種機電安裝專業，管線復雜，管線間碰撞共計3263處。經過BIM優化后碰撞點僅有221處（多為支管直接碰撞，施工時簡單上翻即可），優化復雜碰撞點538個，發現圖紙問題25處，理論上優化后碰撞點數為0個。在實際施工過程中通過對BIM技術的應用，實現了綜合管線安裝的質量控制。根據現場統計數據，綜合管線一次安裝合格率達到了93%，超出了目標值90%。并在節約成本、縮短工期、施工管理效率等方面效果顯著。

（1）節約成本。經過BIM管線綜合深化設計，發現并優化解決了較大碰撞點，明確了所有管線的走向、標高和具體位置，依據 BIM-magicad軟件列出材料清單，在施工中，材料利用率達95%以上。為項目節約材料成本直接費約85萬元。（2）縮短工期。通過BIM-magicad軟件進行管線綜合深化設計后，大大節省了各專業之間的協調工作，為支吊架、預制件的提前加工制作創造了大量的時間，同時避免了不必要的返工，大大地縮短了工期。（3）技術和管理水平提高。應用BIM技術進行可視化、虛擬化、精細化的建造，解決了室內外機電專業多、管線復雜密集、管線難以合理排布、凈高要求難以滿足、施工難度大等問題。提高交底的有效性，極大提高了技術管理水平。（4）綜合效益提升。通過應用BIM技術，實現事前控制，設計變更大幅減少，現場安裝效率大幅提升，確保項目整體工期、成本和質量目標。

6 結語

BIM 技術在河南省駐馬店市置地百佳商業廣場工程中的應用證明，BIM模型實現了工程的機電管線綜合深化設計，碰撞檢測、工程量統計、系統平衡校核、施工技術交底、質量問題跟蹤、輔助編制專項方案等。BIM技術在大型復雜項目中對提高項目管理水平、施工質量和效率有重要作用。

參考文獻

[1] 榮慕寧，張二龍，高麗，等.BIM技術在機電管線綜合中的應用[J].建筑技術，2016（2）：142-143.

[2] 賀平，張宇.應用BIM技術控制綜合管線施工質量[J].建筑施工，2017（5）：716-718.

[3] 王健.大型地下室機電管線綜合的BIM技術應用[J].施工技術，2016（6）：32-36.

[4] 林榕，許華春.明豐城光電研發中心應用BIM進行管線綜合優化[J].城市住宅，2015（7）：117-118.

收稿日期：2019-05-12

作者簡介：任昱忠（1990—），男，甘肅武威人，本科，研究方向：建筑工程咨詢。

Application Research of BIM Integrated Pipeline Optimization Design in Large Commercial Complex

REN Yuzhong， LI Yong

（1.Xi'an Yanbixing Engineering Consulting Co.， Ltd， Xi'an Shaanxi 710000;

2.Huanghuai University， Zhumadian Henan 463000）

Abstract：?In large and complex engineering projects， traditional two-dimensional drawings are difficult to solve problems such as collisions， errors， and omissions among various majors in integrated pipeline construction. Combining engineering practice， applying BIM technology to ?deepen design of complex mechanical and electrical engineering integrated pipelines， collision detection， engineering quantity statistics， system balance check， construction technology disclosure， quality problem tracking， auxiliary preparation special programs， etc.， which can effectively improve the quality of construction drawings and construction quality， reduce the time spending on the project coordination and rework. And BIM technology can shorten the construction period， reduce project construction cost， improve construction quality， technology and management level. Also BIM technology can achieve good economic benefits and comprehensive benefits， and provide reference for similar projects.

Keywords：?BIM technology; deepening design of mechanical and electrical integrated pipeline; collision optimization; visualization; engineering management