BIM 技術(shù)在住宅給排水系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

杜曉甫

（廣州市住宅建筑設(shè)計(jì)院有限公司山西分公司，山西太原 030000）

0 引言

CAD 技術(shù)在我國建筑業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)，也存在許多問題。例如，在實(shí)時(shí)和共享方面需要改進(jìn)，其不能進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，因?yàn)椴煌膱D紙組合在一起，很有可能會(huì)發(fā)生沖突。此外，在CAD 中，平面、立面、剖面等都無法更改。若要更改小的設(shè)計(jì)圖，則要對許多連結(jié)于此的設(shè)計(jì)圖進(jìn)行修正，從而使整體的設(shè)計(jì)更加復(fù)雜[1]。由于目前的工程項(xiàng)目日益復(fù)雜化，各種施工技術(shù)的組合將會(huì)造成整體的協(xié)調(diào)能力和交流能力的降低，因此迫切需要一種新的技術(shù)來替代CAD 繪圖，并對其進(jìn)行相應(yīng)的改造。因此，本文將BIM 技術(shù)運(yùn)用于住宅給排水工程，以滿足的住宅給排水的設(shè)計(jì)需求。

1 概述

BIM 是通過數(shù)字化表示建設(shè)項(xiàng)目的物理和功能特性，是共享的建筑信息資源，能為項(xiàng)目的全生命周期的各種決策提供可靠的依據(jù)。結(jié)合國內(nèi)外對BIM 的各種定義，總體來說BIM 的概念可以概括為以下3 點(diǎn)。

（1）BIM 是建設(shè)項(xiàng)目的所有信息的數(shù)字化表達(dá)，是可以作為建設(shè)項(xiàng)目虛擬替代物的信息化電子化模型，是共享信息的資源。

（2）BIM 是在開放標(biāo)準(zhǔn)和相互性基礎(chǔ)上建立、完善和利用設(shè)施的信息化電子模型的行為過程，有關(guān)建設(shè)項(xiàng)目的各方能夠通過各自使命對模型添加、索取和修改信息，以保證建設(shè)項(xiàng)目的各類需求。

（3）BIM 是透明的、可檢查的、可反復(fù)的、可延續(xù)的協(xié)同工作平臺，在這一平臺下，每個(gè)參與者在建設(shè)項(xiàng)目的移交進(jìn)程中都能夠隨時(shí)接洽，項(xiàng)目信息共享，并經(jīng)過信息分析，給出計(jì)劃及改進(jìn)建設(shè)項(xiàng)目的交付進(jìn)程，從而能對建設(shè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)有效管理。

2 BIM 技術(shù)的功能分析

2.1 協(xié)作設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)具有集成整個(gè)施工過程的能力，能夠?qū)φ麄€(gè)工程的各個(gè)方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和實(shí)時(shí)更新，從而簡化了整個(gè)項(xiàng)目的整個(gè)流程，提高了各個(gè)項(xiàng)目的協(xié)同工作。

2.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)

在給水工程中，參數(shù)化是當(dāng)前關(guān)鍵的一步。BIM 技術(shù)在信息獲取與分析上有著天然的優(yōu)越性，能夠根據(jù)工程現(xiàn)場的具體情況，對有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的校正，大大提高了工程建設(shè)的工作效率[2]。

2.3 可視化設(shè)計(jì)

作為一種重要的三維技術(shù)，在住宅給排水工程的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者可以通過直觀的方式獲得現(xiàn)場的第一手資料，從而防止了設(shè)計(jì)中的信息被歪曲。給水系統(tǒng)通常設(shè)置在建筑所處的地下或墻壁內(nèi)，利用BIM 的三維模型，可以直觀地顯示出管網(wǎng)的具體位置，方便用戶對管網(wǎng)進(jìn)行校正。

3 BIM 技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

BIM 的作用就是讓工程的設(shè)計(jì)更加精細(xì)，這樣才能更好地解決施工中的問題，最重要的是在施工之前，要解決工程中的一些問題，以及如何處理好各個(gè)專業(yè)之間的關(guān)系，一個(gè)好的BIM 設(shè)計(jì)，可以給施工單位提供一個(gè)直觀的模型，而且這個(gè)模型很精細(xì)，可以幫助施工單位在施工完成后，對工程的效果和模型的要求進(jìn)行調(diào)整，從而提升工程的設(shè)計(jì)、施工，包括工程的管理，從而提升工程的整體水平和工作質(zhì)量[3]。在BIM 技術(shù)的開發(fā)中，最重要的就是要解決人員的配備問題，經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師在使用BIM 技術(shù)的時(shí)候，往往會(huì)出現(xiàn)一些問題，如果工程師在住宅給排水設(shè)計(jì)中沒有應(yīng)用好BIM技術(shù)，會(huì)給后續(xù)的建模造成很大的麻煩，甚至在實(shí)際操作的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)一些問題，例如，結(jié)構(gòu)上的錯(cuò)誤，安裝的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)一些小的偏差。

4 傳統(tǒng)住宅給排水設(shè)計(jì)中存在的問題

CAD 出現(xiàn)后，在建筑業(yè)得到了快速的發(fā)展，減輕了設(shè)計(jì)師手工繪制設(shè)計(jì)圖的煩瑣工作，讓設(shè)計(jì)師可以將更多的時(shí)間和精力用于建筑的設(shè)計(jì)。隨著CAD 技術(shù)的逐漸普及，CAD 圖紙存在一些缺陷越發(fā)凸顯，很難適應(yīng)高層復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需求。傳統(tǒng)住宅給排水設(shè)計(jì)中存在的問題主要有以下4 點(diǎn)。

4.1 CAD 的渲染效果不好

由于高層建筑中管線密度大、設(shè)備復(fù)雜，因此，平面圖不能清楚地標(biāo)明管線的空間位置。部分居民樓的能見度非常低，因?yàn)榫用駱莾?nèi)的電線、管道都非常密集，相應(yīng)的設(shè)施也非常的復(fù)雜。若采用CAD 繪圖方法，無法清晰地觀察管道的位置，而且管道的空間位置也不明確，難以找出管道的連接問題。當(dāng)工程人員拿到了平面圖之后，就需要布置好各種管線，一旦出現(xiàn)了問題，那么就會(huì)影響到整個(gè)工程的順利進(jìn)行，無法看出問題所在的。

4.2 CAD 的運(yùn)行效率中等

在二維平面上，要對空間布局進(jìn)行優(yōu)化，需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力。由于二維可視化的效果不理想，使得在工程中不能進(jìn)行密集的管線建設(shè)，從而造成了更多的工程變更。

4.3 參與者與其職業(yè)之間的溝通不方便

住宅給排水系統(tǒng)是一個(gè)很復(fù)雜的系統(tǒng)，要求多個(gè)專業(yè)的協(xié)作，否則，管道與構(gòu)件之間的沖突、管道之間的沖突將導(dǎo)致材料的浪費(fèi)和費(fèi)用的提高。在設(shè)計(jì)圖的時(shí)候，所有項(xiàng)目參與方并沒有立刻同意共同審核的時(shí)間和地點(diǎn)。

4.4 設(shè)計(jì)信息難以管理

在高層建筑物的給水工程中，由于工程資料較多，管理也比較煩瑣，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的規(guī)劃不方便獲取和管理信息。另外，在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者還需要了解有關(guān)的規(guī)范和參數(shù)，這將會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間。

5 基于BIM 技術(shù)的住宅給排水系統(tǒng)

隨著建筑的規(guī)模越來越大，建筑的層數(shù)也越來越多，住宅給排水系統(tǒng)也變得越來越復(fù)雜，很多管道都是連接在一起的，如果出了什么差錯(cuò)，很可能會(huì)給以后的用水帶來很大的麻煩。但是如果將BIM 技術(shù)應(yīng)用于整個(gè)建筑的給排水系統(tǒng)，可以解決很多設(shè)計(jì)和施工方面的問題，從而使給排水系統(tǒng)更加完善。

5.1 總體應(yīng)用

利用BIM 技術(shù)進(jìn)行管道的協(xié)同設(shè)計(jì)，并結(jié)合實(shí)際的工程需要，完成BIM 的搭建、總裝等工作，并在仿真測試的支持下，順利、有效地完成了工程給水管道的初步設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了2D 和3D 的高質(zhì)量設(shè)計(jì)。在工程實(shí)踐中，要注重從整體的角度來度量BIM 技術(shù)，并以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，對其進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)。由于給水管道工程內(nèi)容復(fù)雜，設(shè)計(jì)者必須建立起一套完整的給水管線和有關(guān)設(shè)備的三維模型，并以一個(gè)模型為中心，完成對各專業(yè)間的模型碰撞問題的檢測，從而綜合了給水管道、污水管道、中水管道、雨水管道等四種管道模型數(shù)據(jù)，最終通過BIM 技術(shù)，可以自動(dòng)繪制出二維的平面圖和截面圖。通過動(dòng)畫呈現(xiàn)的方式，可以實(shí)現(xiàn)三維可視化工程的建立[4]。因此，BIM 技術(shù)在住宅給排水管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，不僅要對設(shè)備、管線、地形、構(gòu)筑物的特殊井進(jìn)行三維建模，同時(shí)，還要做好模型總裝，二維出圖，碰撞現(xiàn)象檢測，管線內(nèi)容統(tǒng)計(jì)，動(dòng)畫渲染，設(shè)計(jì)審核等工作。

5.2 基于BIM 的住宅給排水施工參數(shù)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)時(shí)，運(yùn)用Revit 軟件對項(xiàng)目進(jìn)行信息建模，將項(xiàng)目現(xiàn)場調(diào)研的資料導(dǎo)入。引入的資料包含了整個(gè)建筑的總體設(shè)計(jì)圖，不同的平面和截面的二維視圖，建議的三維圖，建筑的建筑材料和細(xì)節(jié)的詳細(xì)清單。在輸入了有關(guān)建筑物的相關(guān)資料后，利用計(jì)算裝置建立了排水系統(tǒng)。為保證所建立的模型能夠很好地適應(yīng)工程的實(shí)際結(jié)構(gòu)，需要在Revit 中建立新的MEP 項(xiàng)目文件，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作界面上的“協(xié)作”按鈕，將已有的資料與該中心文檔進(jìn)行MEP 項(xiàng)目文件的對接，同時(shí)讀取設(shè)計(jì)中的給水設(shè)計(jì)標(biāo)高、預(yù)設(shè)軸線、排水管預(yù)埋墻等信息，并將所獲得的信息作為參數(shù)設(shè)計(jì)的初始化點(diǎn)。然后，將BIM 中心模型文件與預(yù)先設(shè)定的信息相連接，生成立體可視化模型。為了方便建筑物的給水設(shè)計(jì)，可在給排水管道繪圖中劃分不同樓層高度。考慮到此時(shí)所創(chuàng)建的排水管視圖存在隱藏信息，只能直接顯示在前端，不能實(shí)現(xiàn)真正的可視化。因此，上面創(chuàng)建的MEP 項(xiàng)目文件可以在完成上述相關(guān)操作之后以文本形式進(jìn)行整理，授權(quán)后將文件信息部署到中心服務(wù)器上，通過這種方式構(gòu)建了針對住宅給排水設(shè)計(jì)的核心文件。創(chuàng)建文件后，可以將中心文件保存為本地文件，并將所有設(shè)計(jì)工作轉(zhuǎn)移至本地計(jì)算機(jī)[5]。在設(shè)計(jì)時(shí)，如果局部文檔中有對排水設(shè)計(jì)參數(shù)的更改，只需按一下操作界面上的“同步”文件，就可以完成對住宅給排水的設(shè)計(jì)和三維可視化模型的更新。

在完成了建筑給水設(shè)計(jì)的基本工作之后，通過DWG 文件的方式將建筑物的外部參數(shù)連接起來，將連接的平面圖直接呈現(xiàn)在MEP 項(xiàng)目文件中。然后，點(diǎn)擊“類型”對話框，對排水管參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。該模型的參數(shù)除包含給水材料外，還包含了結(jié)構(gòu)的幾何、屬性等方面的信息。將設(shè)定好的有關(guān)參數(shù)輸入電腦，即可進(jìn)行建筑物的給水工程設(shè)計(jì)。將設(shè)定好的有關(guān)參數(shù)輸入電腦中，即可進(jìn)行建筑物的給水施工參數(shù)設(shè)計(jì)。這種方法可以很好地彌補(bǔ)無法通過CAD 對文檔內(nèi)容進(jìn)行更新的缺點(diǎn)。

5.3 BIM 解決傳統(tǒng)住宅給排水問題

針對傳統(tǒng)住宅給排水設(shè)計(jì)中出現(xiàn)CAD 無法滿足設(shè)計(jì)需要的問題，采用BIM 技術(shù)進(jìn)行模型化，建筑內(nèi)部的管道、線路都會(huì)很清楚，設(shè)計(jì)者可以更好地根據(jù)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以有效避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中管道沖突等問題。針對參與者與其職業(yè)之間的溝通不方便的問題，BIM技術(shù)可以大大縮短項(xiàng)目中各參與方的配合，利用BIM技術(shù)，可以將整個(gè)住宅給排水系統(tǒng)的模型繪制成一個(gè)完整的模型，讓不同的參與者能夠更好地進(jìn)行交流。若能將相關(guān)的資料納入資料庫中，可節(jié)省大量的工作時(shí)間，并可有效地提升整個(gè)設(shè)計(jì)的工作效率及工作效率。因此，BIM 技術(shù)在我國應(yīng)該得到廣泛的應(yīng)用。由于BIM技術(shù)能夠全方位、可視地顯示出各種數(shù)據(jù)，同時(shí)也是一種很好的信息管理技術(shù)，可以很好地保存數(shù)據(jù)，便于不同的參與方查閱[6]。

5.4 住宅給排水管線平衡優(yōu)化

根據(jù)住宅給排水管道的標(biāo)準(zhǔn)配線原理，對衛(wèi)生間管道進(jìn)行了優(yōu)化。在這個(gè)過程中，衛(wèi)生間管道要安裝在大樓的頂端，電力管道要安裝在大樓二層，而且管道要和大樓的高度一致，放在大樓的底層[7]。分支接線應(yīng)遵守大口徑管道的優(yōu)先次序，避免使用壓力管道。若在鋪設(shè)管線時(shí)，橫桿與閥門發(fā)生交叉，應(yīng)根據(jù)已有的施工經(jīng)驗(yàn)，在鋪設(shè)管線的地方留出施工場地，并為每條管線留出400mm 寬度的檢驗(yàn)通道；在MEP 文檔中，對給水和排水管道進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，各個(gè)模型都要放在一個(gè)與三維可視化的協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境中[8]。

在完成了電力管線和供熱管線模型布置后，在運(yùn)行接口上建立了一個(gè)碰撞點(diǎn)，在預(yù)視界面中對管線的表面干擾進(jìn)行檢測，并對管線的定位進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

另外，在碰撞探測結(jié)束后，會(huì)產(chǎn)生一份碰撞分析報(bào)告，并按照這份報(bào)告，對管道進(jìn)行不同等級和位置的處理。在調(diào)試完畢后，必須再次進(jìn)行接線干擾試驗(yàn)，直至全部接線都通過了干擾試驗(yàn)[9]。以此為基礎(chǔ)，建立了以信息模型為基礎(chǔ)的給水與排水管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與規(guī)劃，為工程的設(shè)計(jì)與施工提供了科學(xué)的依據(jù)。

5.5 完善施工方案

充分發(fā)揮BIM 技術(shù)的協(xié)同作用，有效地改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，保證各專業(yè)的施工工作順利進(jìn)行。首先，在具體的設(shè)計(jì)過程中，由于設(shè)計(jì)起點(diǎn)、專業(yè)要求等因素的差異，設(shè)計(jì)方案的最終總結(jié)和分析難免會(huì)出現(xiàn)碰撞、交叉等問題，從而影響到工程的質(zhì)量和工作效率[10]。所以，在各專業(yè)的設(shè)計(jì)完成后，如電氣、通風(fēng)等，都要統(tǒng)一為一種型號，采用不同的色彩來展示，以發(fā)現(xiàn)各專業(yè)的設(shè)計(jì)缺陷，并及時(shí)修改，以保證住宅給排水工程的順利進(jìn)行。

其次，過去的設(shè)計(jì)大多依賴CAD 等平臺進(jìn)行，導(dǎo)致抽油機(jī)的重量和體積是否能夠滿足結(jié)構(gòu)的重量等信息，這給協(xié)同設(shè)計(jì)帶來了很大的困難。在這方面，可以采用BIM 技術(shù)把各種資料結(jié)合起來，確定住宅給排水設(shè)計(jì)與其他專業(yè)的設(shè)計(jì)方案是否相一致，從而解決設(shè)計(jì)中存在的不對稱性，從而得到更加完善、科學(xué)的住宅給排水設(shè)計(jì)方案。

6 結(jié)語

將BIM 技術(shù)運(yùn)用到住宅給排水設(shè)計(jì)中，既能反映出未來建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢，又能說明給排水設(shè)計(jì)在建筑整體設(shè)計(jì)中的作用。為使設(shè)計(jì)更加合理和有效，必須以BIM 技術(shù)為指導(dǎo)，合理安排施工材料，收集數(shù)據(jù)參數(shù)，完善施工方案，以確保整個(gè)工程的協(xié)調(diào)。這樣就方便了以后的施工，減輕了工程的難度，減輕了工程的繁重，避免了設(shè)計(jì)上的變化。這樣既可以保證項(xiàng)目整體的質(zhì)量，又可以在一定程度上控制建設(shè)費(fèi)用，從而為建設(shè)單位的效益最大化提供依據(jù)。