BIM在建筑給排水工程設計中的應用

【摘要】BIM技術利用三維建模方式提高了建筑設計精度，在給排水等建筑系統設計當中應用廣泛。建筑設計師在給排水設計當中，需要充分利用BIM模型優勢，在推進全生命周期的建筑工程設計和管理體系建設當中，通過搭建多場景模型的方式，在確定建筑數據的基礎上進行給排水系統設計。同時針對此前CAD設計中存在的管線避讓、系統碰撞問題進行重新的調整優化設計，提高設計精度。

【關鍵詞】BIM技術;建筑工程;設計;給排水系統

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.33.036

BIM技術的出現極大地改變了傳統建筑工程設計方式方法，其中三維建模模式的應用，彌補了原有CAD圖紙設計在立體信息展現方面的不足的同時，也使得在建筑設計技術交底中，設計信息的理解門檻更低，多方之間的交流協同目的性更加準確。BIM技術的優勢體現在其所具有的三維模型數據信息的內容完備性層面，對于建筑設計師來說，應用BIM模型設計能夠在建筑已有的設計方案基礎之上進行更深層次的建筑綠色性能、可持續運營等方面的優勢。在當前的建筑工程背景下，BIM技術應用逐漸廣泛，同時衍生出了以BIM技術為核心的多方協同的建筑設計生產模式，極大地提高多方溝通效率，提升了建筑設計質量水平。

1、建筑工程項目中BIM技術的應用

1.1建筑工程全生命周期應用

全生命周期的技術應用是BIM技術在建筑工程項目當中的典型特征，結合建筑項目設計到施工再到交驗的全過程需求，BIM均引用相應的階段性應用價值。方案設計階段，BIM建模能夠針對當前建筑項目方案開展建筑應用定位和效能分析，引入復雜的環境系統數據，完成建筑性能的綜合分析，確保項目方案全面精準;建筑設計階段，BIM建模可以直接將設計師的設計理念和呈現出的建筑效果以可視化的形式體現出來，同時以仿真可視的形式將建筑設計最終形態通過三維立體呈現出來，多方在進行技術較低和施工前交流中，能夠直接通過三維模型對各個建筑施工細節進行碰頭對接，避免交流壁壘導致施工效率降低;施工階段中，BIM建模能夠更好地指導各個階段的施工實務，并針對當前施工進度和施工技術特征以三維模型的方式進行動態跟蹤，針對施工中存在的問題進行精確的施工復核，保證施工質量;在建筑運營階段，BIM技術能夠提供詳細的建筑信息報表，為后續的建筑運營提供技術性數據支持，降低項目的運營成本。

1.2 BIM技術在建筑工程設計中的特點和優勢

綜合比對BIM技術與傳統CAD技術為代表的技術手段后可以發現，BIM技術優勢主要體現在其所擁有的幾個方面特征之上。首先BIM技術擁有模擬性特征，是一種基于三維模型的建模技術，能夠將真實的建筑環境以等比例還原的方式進行呈現;其二是協調性，BIM技術能夠為多方參與協同提供交流場景，實現高效率的內部技術碰頭，降低后期施工出現技術變量幾率;其三是具有全面優化性，BIM技術應用中能夠實時動態地進行施工環節調整，最大限度避免出現施工失誤，降低異常狀況突發狀況的出現;最后是可視化，BIM 所完成的三維建模以真實準確的可視化信息來進行呈現，各方能夠通過不同視角、不同關聯性對建筑設計的內部細節進行查閱和分析，明確建筑整體構造。

2、建筑給排水設計基本情況

2.1 建筑給排水設計的主要目標

隨著社會經濟的快速發展，人民生活水平逐漸提高，城市化建設和基礎設施建設水平也相應提升，大量的面向城市居民建筑項目開始出現，在呈現數量豐富性的同時也呈現出復雜性特點。土建工程逐漸成為社會熱門行業的同時，相應的建筑設計與施工管理也有了更為精準嚴苛的質量標準要求。同時，隨著綠色建筑標準的出臺，在建筑工程當中執行綠色節能、環保的技術升級也成為社會關注的重點。給排水項目在建筑工程當中雖然相比于其他建筑環節受到的關注和投入的精力都較小，但是對于建筑使用舒適度、綠色節能水平等，都有著較大的影響，通過給排水的精準射擊，要保證系統運行的立場性和穩定性，使建筑能夠真正用上放心水、安全水，提高水資源利用效率，提高生活質量。

2.2建筑給排水設計的主要環節

根據居民建筑的工程設計特點，面向居民生活需求的給排水系統主要分為多個應用模塊，較為常見的模塊由市政供水系統和內部排水系統共同組成。其中室內采用市政自來水供水，搭建相應的積水系統。通常會根據建筑物本身的 層高，設置若干個給水分區。其中在低層建筑當中設置直接供水系統，由市政自來水進行直接供水;高層建筑給水系統需采用變頻加壓設備進行有效供水。除了兩個環節之外，建筑系統內部還需要設置消火栓供水和自動噴水滅火供水兩個重要的分區。

在內部排水方面，主要以衛生間排水和綠建中水回流兩組系統為主要設計內容。其中衛生間排水主要采用地面重力排水或虹吸式排水進行內部污水引流排放，使污水排入到室外污水井中。中水回流主要以雨水收集為主，通過布設在建筑物頂端的雨水中水收集系統對降水進行收集存儲，并將其應用于綠化灌溉等方面，實現中水的二次利用，最大限度發揮中水資源優勢。

2.3建筑給排水系統設計方式與難點

建筑設計當中給排水系統設計需要考慮多個方面，其中給水系統需要滿足生活給水和消防給水的不同給水需求，排水系統則需要采用分離管道設計方式，將不同排水進行類型區分，保證排放和再利用。現代建筑項目當中管道系統設計需要堅持多樣化原則，在建筑物內部的給排水系統當中，需要針對不同的功能需求設置不同材質、類型、直徑的管道設備，同時還需要結合暖通和電氣的布設情況進行環境調整。在早期的建筑工程項目當中，給排水系統所采用的硬件管道材料主要以通關、鍍鋅鋼管等金屬材料為主，隨著材料技術發展，目前給排水系統設計中主要改用聚氯乙烯、高密度依稀、復合管道等新型管道材料，相應的在強度、環境腐蝕方面需要進行更為復雜的實用設計和造價設計。

現階段給排水系統設計更多應用CAD方法開展，傳統CAD應用二維圖紙進行設計系統繪制，但是其可視能力較差，對于相對復雜的建筑環境或較為龐大的給排水系統，CAD應用價值十分有限，不僅容易造成施工環節的困擾，還會導致施工進度緩慢，甚至導致多個環節系統的設計碰撞，需要重新調整設計來進行改良。部分建筑細節內容以文字形式進行呈現，沒有響應的數據庫系統，導致施工環節各方人員交流困難，容易出錯。BIM技術的應用為建筑工程設計尤其是給排水等復雜系統的設計帶來的發展創新的曙光。

3、給排水系統中BIM技術的應用

3.1搭建BIM模型

BIM模型主要針對建筑工程設計情況進行三維仿真模擬，目前應用在建筑工程項目中的BIM模型根據應用場景主要分為整體建筑模型、建筑結構模型、暖通電氣模型和給排水模型等幾種，而在實際的建筑施工中，多場景模型需要進行模型整合，最終確定模型對應的實體位置，保障施工過程中相關系統設施的布設準確。

給排水系統在BIM系統設計當中，為了能夠實現多BIM場景模型的相互整合，需要進行幾個方面的工作項目。首先，建筑設計師需要對現有的建筑項目CAD二維圖紙數據進行信息分析。國內建筑審批中設計院仍然以CAD為設計基準，提供相關的建筑數據。建筑設計師必須在拿到CAD圖紙后，結合CAD數據信息的分析，將原本二維數據轉換成為三維的BIM數據，完成前期設計的整體規劃;隨后，設計師應當針對BIM技術以及圖紙信息當中的相關標準，創建項目樣板，利用項目樣板的方式，將給排水系統當中各個環節的數據信息進行確定，其中給排水系統的材質要求、線路走向以及線寬設置等，都要在這一階段明確。設計師可以采用revit軟件進行相關數據信息導入，完成樣板創建，作為設計指導;最后，設計師需要結合已完成創建的項目樣板，設置相應的給排水系統模型，再將其他場景模型與給排水模型進行融合對應，對及排水系統預設計是否滿足其他模型中場景仿真要求，進行判斷。這一階段主要判斷對象為給排水系統走線情況是否存在與暖通、電氣系統之間的矛盾沖突，對于存在的沖突，需要重新進行細節數據調整，并導出相關調整后的數據，以軸網、標高等數據進行場景呈現。

3.2 BIM中給排水系統的設計優化

首先，設計師需要結合建筑情況和給排水系統進行前期分析。其中建筑設計高度與建筑的使用功能不同，需要以建筑預期吊頂方式為前提，確定建筑凈空間高度，明確當前高度下的給排水系統運行機制，同時結合常規建筑布設方案，對給排水、暖通和電氣三個方面的管線走線方式進行預估，判斷其是否出現穿越重要大梁的可能，如果出現這種可能，需要通過位置平移或垂直設置的方式進行規避。

其次，建筑設計師在執行設計中，應當進行管線避讓的全面優化。BIM系統應用中需要在相同空間內根據管線情況來進行避讓設計，提高空間利用率的同時，避免出現資源浪費。目前BIM中管線避讓設計一般遵循管徑差異、壓力差異和系統差異三個方面原則，設置大管徑、無壓、高壓管優先原則。排水管、熱水管、風管優先原則進行管線避讓，最大限度發揮空間效果。

最后，系統設計當中還需要針對碰撞情況進行重新的調整和優化。BIM模型設計應用可以針對多系統協調來實現碰撞優化，針對傳統CAD平面中未考慮高差情況的系統碰撞，通過BIM審查的方式來進行系統重構，實現碰撞優化，避免給排水系統出現與梁柱、其他系統之間管道彼此碰撞，影響施工進度，借助BIM的空間控制優化，發揮設計統籌優勢。

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作者簡介：

張福利（1988.09—），女，山東濟寧市嘉祥縣，中級工程師，研究生，研究方向：給排水。