基于BIM 技術的土建及管線綜合二次優化設計

劉燕，高堃，呂嘉怡，何飛，羅顯楓

（1.大華建設項目管理有限公司黃石分公司；2.湖北理工學院）

1 引言

以往的各類施工圖設計多為二維平面設計且其各專業單獨設計，使得專業之間缺少協調，出現管道的碰撞，管道路徑的不合理，或者與土建結構主體存在重合或者占用過多空間等問題。傳統設計在面對這些問題時難以解決或過程繁瑣，而引進基于BIM 技術的土建及管線綜合二次優化設計能有效的處理這類問題，提升工作效率[1]。

以Revit 軟件平臺作為土建及MEP設計優化的BIM 技術基礎，圍繞其拓展的各類BIM 軟件建立三維模型構件和主體來進行建筑模型的信息化和數據化即BIM（Building Information Modeling）中最重要的一環information。將土建及MEP 中機電、暖通、給排水專業建立數字化三維模型后，再整合為一個總的三維數字模型，此模型可使用在土建的問題報告，結合圖紙進行管道管線的二次優化，及仿真效果圖。BIM 技術可貫穿于整個項目即從施工圖設計到項目建立完成后的后期維護。

2 建筑信息模型優化設計的工作流程

采用Revit 平臺建立一比一的土建主體和管道綜合模型，而將兩個部分綜合到一個三維空間中，得到兩個部分的空間布置關系，可在三維視圖中即時調整建筑主體和設備、管道綜合的三維布置，就可以得到此項目的土建和MEP 最優的空間分配和管道綜合的最佳線路及間距。所使用的Revit 平臺依靠模型的具體構件數據通過屬性界面和用戶進行特性展示。

本次地下車庫的土建及機電的二次優化需要依靠BIM 平臺中三維信息化模型，針對項目中土建主體關鍵凈高分析、管道綜合深化設計、模型整合后的凈高控制。

在Revit 平臺上所繪制出來的三維模型能夠將CAD 圖紙中所反應出來的信息完全表達出來，并且更加直觀、直接，而后的設計修改都能夠隨之反映到模型中。此技術能夠領先于施工現場看到三維仿真建筑主體，與設計方交流，使二次優化落到實處。我們建立的MEP 三維模型可與土建主體整合，展現出實際施工中的管道沖突、管道附件銜接問題，管線空間設置問題。進而高效準確的進行綜合管網的深化設計即修改空間布置，替換管道附件等問題[2]。深化設計流程圖如圖1 所示。

建立模型之前將CAD 圖紙分專業處理，再根據各項專業建立三維模型，梁板等建筑構件綜合為完整的土建仿真模型，電氣、暖通、給排水、消防、噴淋則構成完整的管道綜合模型，建立完成后對照圖紙查缺補漏。

圖1 深化設計流程圖

整合建立的土建和管道綜合模型，利用Revit 的三維視圖及建立的過濾器檢查模型沖突，管道碰撞，并進行碰撞檢測，出具碰撞問題報告。

拿到問題報告后針對問題提出合理解決方案，并根據方案修改模型，然后在樓層平面視圖中導出優化結果，同時附上問題處修改前后對比圖及相應位置三維視圖，寫出具有指導和建設性的問題報告，為后期人員的深化設計提供方案。

3 土建及管線綜合二次優化設計在某商業住宅區的實際運用

此項目中的地下室土建主體標高復雜，構件空間布置變化較多。從地下基礎的標高來看把整個地下車庫分為了三大塊，并且在項目北方向還設置了地下夾層，每個結構變化處用坡道銜接，形成一個整體。土建主體的復雜使得，給排水、消防，暖通等各類管道的空間布置路徑安排等設計變得非常艱難。通過與相關BIM 工作室的合作利用Revit 及其周邊相關BM 軟件共同構件車庫的三維數據模型進行土建及管線綜合二次優化設計。

3.1 協同工作

前期建模利用Autodesk Revit 平臺自帶的協同功能與合作的BIM 工作室進行多人合作，快速高效的模型建立，把CAD 圖紙上信息反映到三維數據模型并實時共享成果。

后期二次優化在模型建立無誤的前提下，進行三維綜合模型的碰撞檢測，并進行管線綜合的優化設計。將二次設計優化成果結合CAD 圖紙導出，形成優化成果報告，最后將模型的三維視圖和優化成果報告共同提出，編制最終的土建及管線綜合二次優化成果匯報文件。

4 項目模型建立及整合

在建立所有構件之初，需要在Revit軟件中建立一個統一的基點，然后所有的標高都基于這個機電進行創建。Revit平臺所提供的協同功能使得我們能夠多個終端建立的模型儲層于同一個中心文件中，實時同步模型繪制進度，利用平臺創建各自構件的工作集。例如，將結構梁的繪制工作放置于設立的梁工作集，由此可創立不同類別構件。不同管道管線系統的單獨工作集，工作集即分類，在檢測模型時就可利用工作集的可見性來單獨顯示相關構件或系統，使得模型審查更為快捷。土建主體模型和MEP 模型基點的統一使得在鏈接整合兩部分模型時構件于構件得相對位置不會出現偏差。

4.1 土建主體模型創建

土建主體模型的建立給項目中其他部分定了一個參考點，依靠參考點去繪制大范圍相同高度的梁、板、柱標高，小區域的局部標高變化則利用偏移去調整，讓后進行建筑主體構件的定位軸線的建立，定位軸向同基點相對位置保持一致[3]（見圖2）。

4.2 MEP 模型創建

此地下室中管道系統多樣，管線排布較為密集且數量多，空間布置較為復雜，所以在進行模型建立時利用工作集分專業進行協同作業，并利用不同系統間屬性不同的特性將同一系統進行上色處理，例如消防管道及其附件就賦予紅色，給水管道及其管道附件就賦予綠色，噴淋系統就賦予黃色，電纜橋架、通風系統賦予灰色這樣就可以就利用顏色判斷管道構件的系統，同時在三維視圖中也便于觀察空間布置問題（見圖3）。

5 土建模型分析及優化

圖2 局部土建模型

圖3 局部管道綜合模型不同系統采用不同顏色區分

土建模型繪制完成后，對其空間凈高和銜接坡道進行分析和優化，分析結構主體的凈高是否滿足地下車庫凈高要求，同時分析出來的凈高可利用在MEP的空間布置參考中，分析時將相同凈高空間給予同一顏色標注，便于看見凈高分部。然后就是每個地塊之間銜接的坡道凈高分析，根據三維視圖去測量坡道在考慮預留管道管線布置空間后是否滿足結構要求[4]（見圖4）。

在凈高分析后如果發現建筑主體凈高不符合項目要求，則需要提出問題，寫明問題具體位置并給出具有指導性的修改方案，例如梁高度在此位置不符合統一標準則提出修改梁尺寸或者刪除梁的提議，而坡道凈高不足往往是邊坡點的梁使得坡道凈高最不利點不符合要求，在不改變大結構的前提下提出梁上翻的方案，將上述幾類問題匯總為一封問題報告，提交后與設計方共同進行二次優化方案敲定。

6 管道綜合碰撞檢測與優化

基于CAD 圖紙建立的管線綜合模型完成后，操作軟件進行碰撞檢測，在軟件自主完成管線、機械設備的碰撞檢測后出具檢測報告，檢測報告中包含了管道管線、電氣橋架、消防噴淋、構件之間沖突點，還包括了以上構件和土建主體的碰撞點。根據碰撞檢測報告，進行初步優化，優先將報告中的沖突點進行人工篩查和優化。如圖5 沖突點以及圖6 優化方案。

在解決碰撞報告中問題后，進行模型整體的人工核查，確保模型的優化程度，在人工復查后與碰撞報告結合后統計出沖突點217 個。

7 結語

本次基于BIM 技術進行的土建及管線綜合二次優化設計主要利用了Autodesk Revit 平臺進行研究和二次優化，項目共建立主要結構標高18 個，主要建筑標高11 個，為構件的準確定位打下基礎，創建管道綜合子工作集共5 個，包括橋架、噴淋、消防、給排水、暖通，利用軟件檢測沖突碰撞點217 個，給二次優化設計工作提供了參考依據，并且極大程度的解決了管道管線空間布置問題，提高了設計優化效率，為后期施工提供了極具參考意義的優化成果。

在優化后的三維信息模型中可以導出各個專業的工程量，并且可依此套入相關計價規范，制作出工程的材料計價清單，并且設計的每一次修改都可以與之聯動。基于BIM 技術建立的三維模型價值不單單是體現在目前的研究之中，它還可以參與到施工過程中，將信息帶入到施工現場，甚至可以掌控施工進程，達到數字化施工的程度，這也是日后研究發展的方向[5]。

圖4 局部凈高分析圖

圖5 碰撞點示意

圖6 優化方案