BIM技術在綜合管線碰撞檢測中的應用分析

賈志琴，劉吉敏，史會

（1.安徽理工大學土木建筑學院，安徽 淮南 232001；2.江西有色建設集團有限公司，江西 南昌 330038）

1 引言

工程項目建設施工中，管線綜合安裝因涉及的專業多、信息量大等原因成為了施工較復雜的分項工程。管線安裝往往是在狹小的空間環境中進行的，因此在滿足各專業對管線合理布局的同時，還需要有一定的工作面和合理的空間布局。需要在有限的空間內合理安排管線與結構、管線與建筑、管線與管線之間的空間位置和碰撞關系[1～2]。傳統的管線綜合設計，由于受限于二維表達方式，在多專業溝通協調、統籌安排管線的空間布局、設計與施工的有效銜接等方面都存在一定的問題，導致施工返工、工期延期、費用增加，甚至不能有效保證工程質量。而以三維虛擬現實建模為基礎的BIM技術，可以幫助建筑、結構、暖通設備等各專業設計師實現無障礙信息交流，項目的設計、施工、運維等各參與方也可以在整個項目生命期內協同工作，共同處理沖突問題。因此，BIM技術在管線綜合安裝和碰撞檢測中得到了越來越多的應用。

上海中心大廈給排水工程，采用項目分割的方式按樓層分割、功能分區后通過插入鏈接模型拼接建模，實現了給排水、暖通、電氣工作集的協同工作，由Revit MEP功能完成碰撞檢查并對后期的維護和管理提供詳細信息[3]。蘭州地鐵1號線某換乘車站工程，采用建筑、結構、暖通、給排水、電氣等分專業建模的方式，由Navisworks軟件實現了不同專業模型的初步碰撞檢查，并發現了400余處的碰撞問題[4]。此外，呼和浩特市軌道交通1、2號線一期工程、深圳地鐵9號線人民南站地鐵工程等都采用了基于BIM技術的綜合管線安裝碰撞，取得了良好的應用效果[5～6]。

2 基于BIM技術的管線碰撞檢測與研究方法

碰撞檢測是用于判定一對或多對物體在給定時間內的同一時刻是否占有相同區域。其根本任務是確定兩個或者多個物體之間是否發生重合或交叉[1]。綜合管線的碰撞類型主要包括硬碰撞、軟碰撞和重復項碰撞。硬碰撞就是兩對象有交集。在二維圖紙繪制的時候，兩個專業如果沒有提前進行商量，各自根據建筑結構繪制管線，就容易在同一高度繪制管線，造成管線交叉，即便進行了溝通，但由于各專業不熟悉別的專業內容，也容易產生硬碰撞。例如排布給水管和排風管道時，在不同高度繪制，兩管道的尺寸沒有把握住，也容易造成給排水管鑲嵌到排風管，造成硬碰撞。軟碰撞就是兩對象沒有觸碰到，但其距離小于規定間距，就認為其發生了碰撞。這是由于在排布管線的時候需要考慮以后檢修的問題，必須要預留一定的空間，方便后期管線維護。對于不同的管徑、管材、管道系統預留間隙有所不同。重復項碰撞就是兩實體發生了重疊，這是由于基于二維視圖繪制三維立體模型，由于疏忽會重復布置構件，例如在繪制各個樓層管道時，參照標高的錯誤選擇，容易產生管道的重復繪制，從而造成工程量的重復計算。在工程設計中，由于不合規的設計，施工過程需要返工，從而造成勞動力資源和材料的浪費。基于BIM技術的碰撞檢測很好地解決了這個問題，挽回了很多經濟損失。例如上海軌道交通工程的17號線單碰撞檢查方面就為工程節約467萬元[7]。在金虹橋國際中心項目中，碰撞檢查為項目挽回了30萬元～60萬元的成本損失[8]。上海市虹橋樞紐工程，單管線碰撞就為工程挽回了500萬元損失[9]。

目前國內基于BIM的綜合管線碰撞檢測方面的研究方法主要有兩類。一類是直接借助BIM技術引入三維綜合管線的設計過程，通過具體的工程案例分析查找并得出管線碰撞檢查結論，為施工、運維階段的工程應用提出優化設計和合理化建議；另一類是從計算機和軟件算法的應用角度出發，采用多種多樣的碰撞檢測算法優化管線設計。從算法的本質及空間角度來看，碰撞檢測算法大致可以分為基于物體空間和基于圖像空間的碰撞檢測算法[9]。而基于BIM技術的綜合管線碰撞檢測方法主要有基于Revit的碰撞檢測、基于Navisworks的碰撞檢測以及基于Luban Works的碰撞檢測等[2]。在現階段的BIM管線綜合碰撞設計中，主要采用第一種方法。

3 工程背景

本工程為貴溪某經濟產業園配套服務酒店，建設地點為江西省貴溪縣江西拓航物流園內。建筑總面積20003.96m2，建筑高度23.85m。包括運營服務中心和企業服務配套用房，運營服務中心面積11015.83m2，企業服務配套用房面積8988.13m2，主要用于辦公室、會議室、演講廳、客房及相關設施。

該工程項目有如下特點：

①二維圖紙設計深度不夠，業主和運營等部門的功能調整需求大；

②交叉作業多，穿插施工較多，包括房屋、動力照明、電梯、給排水、暖通、電氣等多系統工程；

③建筑內管線種類多，要提前模擬，進行三維碰撞檢查，為方案優化提供依據。

因此，需要引入BIM技術開展管線碰撞檢測，對項目進行提前預測、規劃，使資源的利用率達到最優。

4 BIM技術在本工程中的應用

4.1 項目創建

本工程的二維圖紙已經設計完成，首先熟悉CAD圖紙，通過Revit分專業建模，創建一個新的MEP項目，將建筑模型鏈接到Revit中，讀取標高、軸網和墻等信息。同理，將結構模型也鏈接進來。由此得到貴溪項目運營服務中心的BIM建筑結構模型，如圖1所示。

圖1 運營服務中心BIM建筑結構模型

4.2 管道鋪設

以給排水管道為例，首先在項目瀏覽器的族中建立各個管道的系統，在“類型屬性中”設置管道的類型名稱（如消防管道、噴淋管道、污水管道）、材質、連接類型信息等，通過這些信息能夠生成設備材料列表，為后續材料采購提供依據。在基本信息設置后，將給排水管線CAD鏈接到MEP項目文件中進行三維模型創建，在繪制管道時，為了避免其他專業管道干擾，可以通過設置過濾器，隱藏其他管道，只顯示繪制的管道類型。在平面視圖中進行管線繪制，選擇所需的管道類型，設置管道系統，輸入管道高度，便得到了具有參數的三維立體管段。

由于同一平面管線種類眾多，看起來比較混亂，為不同類型管道設置不同顏色，且顏色不重復，每種顏色代表一種管道。將各專業管線水平位置排列好，當各個管道有交叉時，以“小管讓大管、低壓讓高壓、有壓讓無壓，冷凝水讓熱水”為原則進行優化[10]，污排及雨排等重力排水管不上翻，其他管線避讓重力管線。

在三維模型的創建過程中，簡單檢查建筑、結構與管線之間較為明顯的設計錯誤，但各個專業之間隱藏的細節錯誤還需要基于其他BIM軟件進行詳細分析。

4.3 利用Navisworks軟件進行碰撞檢查

由于Navisworks軟件可以管理、整合，模擬工程信息，在設計協調、碰撞檢測、施工仿真等方面較為優秀，可以接受多種模型文件格式，能夠與Revit軟件有效傳遞數據。還能夠管理發現模型碰撞，識別結構和管道的碰撞以及管道之間的碰撞。因此，本工程中使用Navis?works軟件進行碰撞檢測。將建筑、結構、機電模型在Revit中進行整合。導入Navisworks軟件中，利用Clash De?tective的功能，點擊“添加檢測”，在選擇A、B中選擇所需要碰撞的對象，即選擇硬碰撞，運行檢測。

碰撞結果中各管道和構件發生碰撞后將顯示紅色圓圈，點擊碰撞點，便可以迅速找到放大的具有良好視圖的三維沖突構件，然后以HTML文件格式輸出報告，其包含了碰撞的距離、狀態、碰撞點的網格位置及圖層和項目類別等詳細的信息，極大地方便了工作人員查閱和存檔。

經過碰撞分析，總共發現硬碰撞點1393處，其中一層279個，二層553個，三層343個，四層218個。這些沖突中有一部分是由于繪圖過程中操作錯誤產生的碰撞，而不是二維圖紙設計產生的錯誤。結合碰撞報告，首先排除這一系列無效碰撞，對管道與管道，管道與建筑，管道與結構產生的有效碰撞進行分析調整。碰撞示意圖如圖2、圖3和圖5所示。

圖2 噴淋管與排風管碰撞點示意圖

圖3 冷給水管與噴淋管道碰撞點示意圖

圖4 調整后管道示意圖

圖5 管道與結構梁碰撞示意圖

圖2是酒店一層D列18～19軸之間，給排水系統的噴淋管道與暖通系統的矩形排風管道發生了接觸，噴淋管道底部鑲嵌到了排風管道頂部。圖3為酒店二層G列4～5軸之間，DN32冷給水管和DN50噴淋管道相交，設計發生了錯誤，不符合要求。

針對圖2和圖3的碰撞，在Revit中輸入該碰撞點的ID號，找到碰撞點，將圖2的噴淋管道上翻，將圖3的冷給水管上翻，避開這幾處的碰撞。管道調整如圖4所示。

圖5為酒店二層G列13～14軸之間，給排水系統的噴淋管道和冷給水管道與結構梁發生了刺穿。這是由于給排水設計師與結構設計師沒有進行提前溝通導致。修改此處碰撞時要考慮吊頂標高，在滿足吊頂標高的最低要求下，避開與結構梁的碰撞。此處的修改意見是將噴淋管道降至3100mm布置，冷給水管道降至3200mm布置。

經過管線調整，方案優化，碰撞率顯著降低。通過BIM技術對項目建筑、結構、機電等不同專業和單專業之間的碰撞，全面高效地找到了碰撞點，為施工的正常進行提供了保障。

5 結論

該項目通過BIM技術的應用，提前發現了工程管線的碰撞問題，利用碰撞報告，優化管線模型，指導實際工程，通過將各專業信息的整合，各參與方之間的溝通效率得到提高，從而使工作效率得到了很大的提升，施工成本得以降低，為后續工程變更提供了依據，大大提高了建筑行業的生產力。