基于BI M技術(shù)的建筑工程碰撞檢查及優(yōu)化研究

張晨

（廣西柳州市城市建設(shè)投資發(fā)展集團有限公司，廣西 柳州545002）

1 引言

大量的工程實踐表明，建筑工程領(lǐng)域資源的浪費率長期居高不下。有的浪費是不可避免的，但通常情況下大部分浪費都是設(shè)計變更或者返工所導(dǎo)致的[1]。圖紙設(shè)計不夠精細，或者是現(xiàn)場施工時隨意變更，導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)或者專業(yè)管線在空間上產(chǎn)生沖突，因而不得不進行修改或者返工，會造成經(jīng)濟與工期的雙重浪費。進行碰撞檢查旨在避免上述情況的發(fā)生，通過BIM 系統(tǒng)對多專業(yè)之間進行信息模型協(xié)調(diào)審查與碰撞，可解決建筑、結(jié)構(gòu)以及專業(yè)管線之間的問題和矛盾，對整個工程進行優(yōu)化。

2 基于BI M系統(tǒng)的碰撞檢查

2.1 BI M技術(shù)發(fā)展簡介

1975 年，查理·伊斯特曼提出的建筑描述系統(tǒng)被認為是BIM 的前身，即以數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)，在三維建筑信息模型與二維平面圖紙之間建立關(guān)聯(lián)，在進行圖紙修改時只需要在三維模型中進行操作，二維平面圖紙就會同步自動更新[2，3]。近年來，計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，硬件與軟件水平大幅度提高，BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域內(nèi)得到了很大的重視，應(yīng)用面很廣泛。BIM 理念首次被引入中國是在2004 年，在引進的最初階段發(fā)展速度緩慢，到2010 年才開始在建筑工程領(lǐng)域快速發(fā)展，并得到了政府的扶持。BIM 技術(shù)在國內(nèi)最開始主要使用在建筑工程上，如上海世博會的部分場館以及上海中心大廈等工程。

BIM 技術(shù)的應(yīng)用是建立在強大的硬件與軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上的，由于國內(nèi)對BIM 技術(shù)研究起步較國外晚，沒有成熟的核心軟件系統(tǒng)，所以目前所使用的BIM 軟件均為從國外引進的，常用的軟件有4 種，如表1 所示。

表1 BI M常用軟件

2.2 碰撞檢查

碰撞檢查是指對整個工程建設(shè)期間所有的專業(yè)及專業(yè)之間可能會出現(xiàn)的沖突提前進行發(fā)現(xiàn)并說明，分為硬碰撞與軟碰撞2 種。其中，硬碰撞是指實體之間在空間上產(chǎn)生的交叉碰撞；軟碰撞又稱為間隙碰撞，是指實體并未產(chǎn)生空間上的交叉碰撞，但是實體之間的空間距離與要求不符，如空間過小導(dǎo)致作業(yè)面受限安裝不變，或者是不符合相應(yīng)的強制性要求，存在安全隱患，如強電與燃氣管線之間的距離不夠。就目前碰撞檢查的發(fā)展現(xiàn)狀而言，主要是針對硬碰撞進行檢查。通常情況下，安裝工程是碰撞問題的高發(fā)區(qū)，常見的碰撞問題有專業(yè)設(shè)備管線之間的碰撞、管線與主體結(jié)構(gòu)之間的碰撞以及結(jié)構(gòu)主體之間的碰撞。

3 碰撞檢查與優(yōu)化

3.1 設(shè)計階段的碰撞檢查

3.1.1 碰撞檢查方法

1）傳統(tǒng)方法

在建筑工程設(shè)計工作中，傳統(tǒng)的碰撞檢查方法是將各專業(yè)的設(shè)計圖紙打印之后，將圖紙互相疊放，選取一個公共的參照點對圖紙進行對照檢查，所有的工作由人工來完成。不僅僅效率低，圖紙的準確性也難以保證。隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計工作開始應(yīng)用輔助設(shè)計軟件來完成，進行碰撞檢查時采用電子圖紙來進行，對準確性有了一定的提升，但由于檢查的實施主體依舊是人，因此，在效率提升方面并沒有多大改進，而且對于檢查人員的專業(yè)素養(yǎng)要求很高。由于采用二維圖紙來構(gòu)建三維模型，對于常規(guī)形狀的建筑物進行碰撞檢查尚能適用，但是對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑物適用效果就會大打折扣。

2）BIM 方法

運用BIM 方法直接在三維模式下進行碰撞檢查，工作效率與精確性都有保障，而在進行結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑物的碰撞檢查時優(yōu)勢更加明顯。在設(shè)計階段不需要將大量的時間及精力投入在碰撞檢查工作中，可以在空間優(yōu)化、管線布置與節(jié)能設(shè)計上下更多的工夫。

3.1.2 協(xié)同設(shè)計

在設(shè)計階段，以BIM 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，各相關(guān)專業(yè)設(shè)計人員可相互配合進行協(xié)同設(shè)計，對于在設(shè)計過程中結(jié)構(gòu)之間以及結(jié)構(gòu)與管線間的沖突可提前發(fā)現(xiàn)，協(xié)同設(shè)計的流程如圖1 所示。

圖1 基于BI M的協(xié)同設(shè)計工作流程

3.1.3 碰撞檢查在協(xié)同設(shè)計中的應(yīng)用

在協(xié)同設(shè)計過程中，碰撞檢查貫穿整個過程。通過進行碰撞檢查能夠使各專業(yè)在進行設(shè)計時能夠有效地聯(lián)系在一起，在設(shè)計過程中就可以對方案進行優(yōu)化以及同步更新。在協(xié)同設(shè)計中碰撞檢查承擔的是制約與平衡的角色，促使各專業(yè)之間達到“求同存異”的結(jié)果。隨著設(shè)計工作的不斷深入，通過碰撞檢查進行各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)，對發(fā)現(xiàn)的各種沖突進行解決，在設(shè)計階段將碰撞問題解決，避免在施工過程中進行重大變更甚至是返工，能夠降低工程建設(shè)成本，并有效地縮短建設(shè)周期。

3.1.4 碰撞檢查在協(xié)同設(shè)計中的意義

基于BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)進行協(xié)同設(shè)計是未來設(shè)計工作的發(fā)展趨勢。不同于以往各專業(yè)之間的線形協(xié)同模式，基于BIM 技術(shù)的協(xié)同模式能夠加強各專業(yè)之間的溝通，使設(shè)計工作更加快速、高效、精確。而進行碰撞檢查是協(xié)同設(shè)計中的關(guān)鍵工作，是決定協(xié)同設(shè)計有效實施的關(guān)鍵因素，使各專業(yè)之間的協(xié)作更加有效。以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)，對設(shè)計人員提供三維設(shè)計界面，提高碰撞檢查的便捷性與準確性，能夠有效地提高設(shè)計工作的質(zhì)量，明顯提高建筑項目的品質(zhì)。

3.2 施工階段的碰撞檢查

3.2.1 施工階段碰撞檢查的實質(zhì)

在現(xiàn)代建筑領(lǐng)域內(nèi)，BIM 技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，采用BIM 技術(shù)進行建模能夠有效地對施工過程中的碰撞進行避免。實質(zhì)上就是采用BIM 技術(shù)對施工過程進行模擬，在這個過程中發(fā)現(xiàn)潛在的問題，達到節(jié)約投資、縮短工期的目的。與此同時，還能夠有效地提高施工的質(zhì)量與效率。

3.2.2 施工階段的碰撞檢查應(yīng)用及其優(yōu)勢

在進行結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型建筑物施工時，通過利用BIM 技術(shù)對施工過程中的碰撞進行檢查具有很大的優(yōu)勢。采用BIM模型對建筑物的施工工程進行模擬，同時可對模型進行審核，在這個過程中能夠發(fā)現(xiàn)一些在設(shè)計階段被忽視的問題，這些問題與標準規(guī)范并無較大關(guān)系，卻與專業(yè)有很緊密的關(guān)系。與傳統(tǒng)的碰撞檢查方法比，采用BIM 技術(shù)在施工階段進行碰撞檢查具有以下優(yōu)勢：

1）通過BIM 技術(shù)可將所有專業(yè)的模型整合在一起，然后對專業(yè)本身以及與其他專業(yè)之間進行全面的碰撞檢查。由于模型是基于建筑物的實際尺寸來搭建的，相比于傳統(tǒng)圖紙能夠?qū)⒏顚哟蔚膯栴}清楚地展現(xiàn)出來。

2）能夠徹查不同專業(yè)之間存在的沖突問題，并將這些問題反饋給相應(yīng)的專業(yè)設(shè)計人員，由其對問題進行解決，基本可以將產(chǎn)生的碰撞消除。

3）可以對管線的定位及標高進行明確的標注，并清楚地將樓層高度分布情況表現(xiàn)出來，能夠非常容易地發(fā)現(xiàn)在二維平面里難以發(fā)現(xiàn)的問題，有效地避免碰撞問題的發(fā)生。

4）采用BIM 技術(shù)不僅能夠輸出傳統(tǒng)的二維平面圖紙以及局部剖面圖，還可以采用漫游等方式來對模型進行觀察，可視性更強。

3.2.3 碰撞優(yōu)化解決方案

依據(jù)專業(yè)的不同，將碰撞分為以下5 種類型：標高性、路由性、工藝性、空間性及美觀性。其中，前3 類會對工期產(chǎn)生影響，后2 類主要是影響成品的美觀性。當結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生碰撞的時候，修改次要結(jié)構(gòu)的設(shè)計來滿足主要結(jié)構(gòu)的需求。當結(jié)構(gòu)與管線之間產(chǎn)生碰撞的時候要對管線進行優(yōu)化設(shè)計來避開結(jié)構(gòu)。管線之間產(chǎn)生碰撞的時候要遵循以下原則：重力管道優(yōu)先于壓力管道；大管徑管道優(yōu)先于小管徑管道；不易彎折管道優(yōu)先于易彎折管道；永久管道優(yōu)先于臨時管道；現(xiàn)有管道優(yōu)先于新建管道；檢修困難管道優(yōu)先于檢修方便管道。

4 結(jié)語

由于建筑工程本身的專業(yè)性與復(fù)雜性，在實施過程中容易出現(xiàn)碰撞問題，對工程的質(zhì)量與進度都會產(chǎn)生很大的影響，采用BIM 技術(shù)可對碰撞問題有效地避免與解決。采用協(xié)同設(shè)計來加強各專業(yè)之間的聯(lián)系，使碰撞問題在設(shè)計階段就得到解決，提高設(shè)計工作的效率及準確性，避免因未及時發(fā)現(xiàn)碰撞問題在施工階段產(chǎn)生重大變更或者返工。在施工階段進行碰撞檢查可查漏補缺，及時發(fā)現(xiàn)一些在設(shè)計階段忽略的問題，及時提出解決方案，提高施工效率與質(zhì)量。隨著BIM 技術(shù)的不斷發(fā)展，其在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用將會越來越廣泛。