BIM在管線綜合中的運用

(北京理正軟件股份有限公司，北京 100044)

引言

BIM在國內已經(jīng)歷十幾年的發(fā)展歷程，在建筑工程設計領域的探索和應用已經(jīng)從盲目跟風轉變?yōu)閯諏崙茫捎谌S正向設計相對二維設計具有較高門檻、較高成本，BIM在建筑設計行業(yè)尚無法形成規(guī)模化應用[1]。但BIM所具二維設計無法比擬的優(yōu)勢和特點，如可視化、協(xié)調性、模擬性、優(yōu)化性，因此如何將BIM在實際工程中進行務實的應用，成為建筑設計行業(yè)面臨的一個重要課題[2]。

1 傳統(tǒng)二維管線綜合的缺點

在現(xiàn)代建筑工程項目設計中，管線設備由于種類、數(shù)量繁多，布局復雜、涉及多個專業(yè)，常常在管線之間或者與建筑結構之間發(fā)生碰撞現(xiàn)象，給施工帶來困難，造成返工或浪費，影響室內凈高，甚至為后期維護工作帶來麻煩。因此，傳統(tǒng)的設計過程通過二維管線綜合來協(xié)調各專業(yè)的設備布置情況。但他們只是簡單地把各專業(yè)的圖紙疊加在一起，關注某些復雜節(jié)點的管線布置并進行調整。這種簡單的處理方式存在以下幾點缺陷[3]：

(1)難以全面分析管線交叉位置。只靠人眼分辨可能存在交叉碰撞的位置，很難完全找出所有沖突之處。尤其是對于大型的、復雜的建筑，幾乎是不可能完成的任務。

(2)管線標高多為原則性確定，大量管線沒有全面精確地確定標高。

(3)無法直觀看出層高瓶頸位置及吊頂高度。

(4)2D圖紙不夠直觀。僅通過平面圖+局部剖面的方式，對復雜管道交叉的部位表達不夠清晰。

相對于二維管線綜合的這些缺陷，采用BIM技術，在三維環(huán)境下進行管線綜合調整具有很大優(yōu)勢[4-5]。

2 BIM三維管線綜合平衡設計的優(yōu)勢

管線布置綜合平衡技術是根據(jù)工程實際將各專業(yè)管線設備在圖紙上通過計算機進行圖紙上的預裝配，將問題解決在施工之前，將返工率降低到零點的技術。BIM模型天然的直觀優(yōu)勢，使建模過程同時也是一次全面的“三維校審”過程，在此過程中能夠發(fā)現(xiàn)大量隱藏的碰撞問題[6]。

三維管線綜合設計的優(yōu)勢具體體現(xiàn)在以下幾方面[7][8]：

(1)可以全面檢測管線之間、管線與建筑結構之間存在碰撞的位置。理論上可以檢測出所有的管線碰撞問題。常用的Revit及Navisworks均有專門的碰撞檢查功能(如圖1所示)，可以大幅減少因圖紙錯誤導致的設計變更或者返工[9]。

圖1 碰撞檢查

(2)可以全面精確定位管線的標高。BIM軟件可以直觀展示樓層的凈高情況(如圖2所示)，方便設計者查找樓層凈高瓶頸位置，進而優(yōu)化設計，提高樓層凈高。

圖2 三維視圖

(3)在全專業(yè)建模的前提下，可以在任意部位進行剖切或生成軸測圖(如圖3所示)，便于從不同角度對管線設備進行觀察、調整，協(xié)調各系統(tǒng)管線之間的位置關系[10]。

圖3 剖切視圖

(4)平面+剖面+軸測+3D模型+漫游，多種手段結合，利于全面解決可能存在的碰撞問題，如圖4所示。

圖4 漫游

(5)真實尺寸建模，有助于發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)平面圖繪制中示意性繪圖帶來的隱性碰撞問題，如圖5-6所示。

圖5 二維圖紙 圖6 三維模型

3 BIM三維管線綜合工作流程及不足

三維管線綜合的工作流程如圖7所示。

圖7 三維管綜工作流程

第一步：BIM建模。

目前國內設計院創(chuàng)建BIM模型大多使用Revit軟件。建模時，可以按照專業(yè)、樓層進行分工[11]。

第二步：管線綜合調整。

綜合使用BIM軟件里提供的碰撞檢測、任意剖切、局部軸測圖等功能，可以方便快捷地查看管線布置復雜節(jié)點、快速定位層高瓶頸位置，輔助設計人員進行管綜調整。

毫無疑問，在三維環(huán)境下進行管線綜合調整，比傳統(tǒng)的二維管線綜合要更加全面、更加便捷。但是，常見的BIM軟件比如Revit在翻模以及管線綜合調整方面，功能稍顯薄弱，針對性不強，主要存在以下不足[12-13]：

1)沒有批量翻模的功能，只能通過“拾取”功能逐個繪制軸網(wǎng)及構件，效率較低;

2)管道避讓調整操作復雜，缺少管道翻彎功能;

3)不能直觀顯示每層的凈高，層高瓶頸無法確定;

4)缺少局部三維顯示功能，不便于查看模型細節(jié)。

那么這些問題怎么解決？這就需要輔助軟件來幫忙了[14]。

4 使用理正易建軟件提高三維管線綜合的效率

理正易建軟件是一款基于Revit的輔助設計軟件。它包含圖紙翻模、建筑結構建模、水暖電建模等功能。下面是其中幾個與三維管線綜合有關的功能。

(1)翻模工具

易建軟件包含建筑翻模、結構翻模、噴淋翻模、水管翻模、風管翻模、橋架翻模等整體翻模功能，能在不同程度上提高翻模的效率。比如噴淋系統(tǒng)，一個2000個噴頭的樓層手工翻模大概需要兩三天，使用輔助插件只需1～2小時，效率提高何止十倍。

表1是理正易建翻模的時長。噴淋系統(tǒng)翻模前后如圖8、圖9所示。

表1 翻模時長統(tǒng)計

圖8 噴淋系統(tǒng)翻模前

圖9 噴淋系統(tǒng)翻模后

(2)局部三維視圖

易建軟件的框選轉3D、圖元轉3D，能迅速生成局部的三維視圖，便于設計人員對復雜節(jié)點進行重點觀察，如圖10所示。

(3)管道高程著色器

根據(jù)不同的層高，賦予管線不同的顏色，便于迅速定位凈高瓶頸位置，繼而進行合理的調整，如圖11所示。

圖11 管道高程查看

4 易建軟件技術特點

作為BIM輔助軟件，易建軟件的突出特點是本地化、專業(yè)化、針對性強。

(1)從專業(yè)出發(fā)，緊密結合設計流程

易建軟件緊扣專業(yè)需求，根據(jù)各種構件、設備的布置特點，設計了各種批量建模功能，比如按照軸網(wǎng)批量創(chuàng)建墻、柱、梁，按碰撞檢查結果批量開洞(如圖12、圖13)，根據(jù)噴頭數(shù)量計算噴淋管徑等。將設計規(guī)范要求與建模軟件有機結合在一起，可以有效提高設計師的設計效率。

圖12 批量開洞界面

圖13 批量開洞結果

(2)以CAD圖層分類為基礎，智能識別圖紙內容

設計院大多要求把各類構件按不同圖層分開進行繪制。易建軟件的翻模工具正是基于這個特點研發(fā)[15]。用戶拾取各類構件的圖層(如圖14所示)，軟件再根據(jù)該類構件的圖紙表達特點進一步進行分析，采取去重、容差、分組、排序、合并、標注解析等手段，把圖層上的圖線解析為該類構件的空間位置，從而實現(xiàn)從二維圖紙到三維空間的翻模，節(jié)省大量手工建模時間。

(3)提供更專業(yè)的標注功能

按照國內設計院的繪圖習慣，以及管線設計圖紙的標注特點，易建軟件不僅為水管、風管、橋架、設備等提供了專門的標注功能，而且針對管綜安裝圖紙設計了一鍵標注功能，可以同時標注管線類型、尺寸及安裝位置，如圖15所示。

圖14 圖層識別界面

圖15 管綜標注

(4)提供復雜表格定制功能

易建軟件中，萬能表格是專門為滿足國內各種復雜表格而研發(fā)，它沒有拘泥于Revit的明細表，而是另建了一套表格定制體系。它可將Revit多類別構件按照表格模板生成各種樣式表格，表格既可繪制在Revit中滿足出圖要求，也可直接存儲為Excel文件滿足數(shù)據(jù)分析要求。軟件界面及操作類似Excel(如圖16所示)，支持部分Excel計算公式。此外軟件還提供了一些常用表格模板，用戶也可以利用強大的定制工具創(chuàng)造出自己的表格模板，也可將在Excel中編輯好的表格文件直接讀入，繪制在Revit中。

圖16 復雜表格定制界面

5 總結

BIM技術為傳統(tǒng)的二維管線綜合帶來了全面提高的可能，BIM技術在管線綜合平衡設計方面有天然的優(yōu)勢，理論上可以提前查出所有碰撞位置，減少后期返工改圖的工作量，可以輔助調整樓層凈高，可以使三維校審更直觀。易建軟件緊扣中國設計師的需求，能有效提高三維管線綜合的效率及易用性。管線綜合在BIM技術的輔助下極具潛力，大有可為。BIM技術在管線綜合中的運用值得我們進一步探索。