大型機電復雜空間產業園項目中的共享坐標與管線深化BIM 應用

程鵬飛 余括 楊立 袁波宏 張雄 張雷 楊沛豪

（1.中交一公局集團有限公司，西安 710000；2.中國建筑西北設計研究院有限公司，西安 710000）

引言

現階段的建筑BIM 技術應用多為單純的基于CAD圖紙進行翻模，沒有將BIM 技術在現場進行落地化綜合應用。產業園項目傳統的二維設計單純依靠人腦描繪設計圖紙，此方式在大型機電復雜空間產業園項目中顯得力不從心。為了在該類工程中充分利用建筑空間進行機電管線設備的合理布局與排布[1]，同時對節點進行綜合深化設計。本文從共享坐標協同和機電管線深化兩個方面梳理了大型機電復雜空間產業園項目的BIM 應用方法。

本文選擇了西安市航天基地工業研發樓及科研辦公綜合體作為代表項目，其總建筑面積28 萬㎡，由5 棟高層和6 棟多層建筑構成，最高建筑98.55m，是具有機電復雜空間的大型產業園。項目整體展示如圖1 所示。

圖1 項目整體展示

1 基于共享坐標的全專業協同

共享坐標全專業協同是大型機電復雜空間產業園項目的重點和難點。其基本內容包括：首先，在BIM軟件中導入項目總圖圖紙，并在特定的已知坐標點，通過BIM 軟件中在點上指定坐標功能指定已知點的坐標、高程，完成初步場地BIM 模型的創建；其次，依次鏈接各BIM 模型，并分別移動至正確的坐標位置及高程；接下來利用BIM 軟件中發布坐標功能依次發布各單體坐標、高程到其單體BIM 模型，最終使所有單體BIM 模型獲得場地BIM 模型的坐標及高程，后續各單體BIM 模型與場地BIM 模型間均可通過共享坐標的方式進行相互鏈接協同工作。

1.1 基于BIM 技術的協同方式比選

本研究采用Autodesk Revit 平臺，其主要的協同方式為工作集和文件鏈接，通過對這兩種協同方式進行比選，如表1 所示。最終確定利用共享坐標的方式進行相互鏈接協同工作。

利用Revit 軟件創建BIM 模型過程中以往項目由于單體較規整，通常采用原點對齊的方式鏈接模型。

本項目1#方位與水平方向存在斜交的情況如圖2所示。

圖2 群體項目方位及±0 布置圖

如按照常規原點對齊的方式鏈接模型從始至終，模型都將會與X 軸有一個“不離不棄”的斜交夾角，建模過程非常困難，視圖查看非常方便，甚至局部三維模型無法剖切，主要原因是切面與構件截面不平行。極大的降低了項目BIM 建模的周期[2]。

因此本項目多模型協作采用“共享坐標”的方式，則可以將每個單棟的軸網“擺正”。水平軸和豎向軸分別與BIM 建模軟件的X、Y 方向平行，解決了建模過程斜交的問題。

而在最后鏈接模型時，可按照基準協調每個鏈接模型，依舊是“一個蘿卜一個坑”，定位不會出現任何問題。更為重要的是，大型產業園項目往往地上單體較多，且每棟樓±0.000 標高的絕對高程各不相同，這時用共享坐標的優勢就在于各單體按照各自的軸網，標高系統建模，最終整合在一起互不影響。

1.2 群體項目模型協同技術路線

大型產業園項目由于單體較多，且各單體正負0標高、單體方位各不一致，BIM 模型又由不同的BIM設計師進行創建。因此群體項目模型協同技術可使各BIM 設計師按照各自負責的單體軸網、標高、建筑方位進行各自的BIM 模型創建，相互各不影響，不需要考慮各單體之間的標高與位置關系，極大的方便了群體項目BIM 模型的創建。后期只需要利用群體項目模型協同技術就可以將各單體按照實際項目進行整合。

其具體技術路線為：首先，需要在Revit 中建立基于場地CAD 平面布置圖的場地模型文件，其只需要鏈接總圖即可不需要建模；然后，通過“在點上指定坐標”的功能設置場地文件的坐標信息、高程信息再分別鏈接其他單體的Revit 模型；然后，移動單體BIM 模型到對應的位置及高程；最后，將場地文件的坐標通過發布功能至其他單體，保證所有單體文件在場地文件的坐標系內，完成群體項目通過共享坐標鏈接定位。多模型協同工作流程如圖3 所示。

圖3 多模型協同工作流程

2 基于BIM 技術的機電管線深化設計

大型產業園地下室空間復雜，標高變化較多，梁高度對管線排布后凈空至關重要。

首先，基于可視化編程軟件Dynamo 在BIM 軟件中快速生成各房間名稱，方便后期管線排布；其次，利用可視化編程軟件對不同的梁高度范圍進行不同顏色顯示；最后，對梁下凈空進行快速標注，通過以上步驟為機電管線深化設計提供了有力的參考，后期機電管綜排布可利用以上數據對凈空不滿足區域進行重點排布。基于可視化編程的凈空分析如圖4 所示。

圖4 基于可視化編程的凈空分析

同時項目初期應用可視化編程軟件進行梁下凈空分析時，明顯發現多處凈空不滿足區域，通過快速識別不滿足凈空要求的梁高度并及時反饋設計，實現了在設計階段問題的閉環，施工階段應用BIM 技術對機電管線進行深化設計，在滿足設計要求、施工操作檢修空間、建筑使用功能的綜合前提下有效避免了機電管線、設備間的沖突，并通過BIM 技術進行了深化設計出圖，輔助現場進行機電管線等的預制加工[3,4]，保證了工程施工質量，提升了工程BIM 應用的信息化水平。機電深化設計流程如圖5 所示。

圖5 機電深化設計流程

2.1 快速創建房間名稱技術路線

本項目在BIM 的實踐應用中，后期需要借助Revit出圖紙[5-7],但利用Revit 出圖往往工作量巨大，需要耗費大量時間。同時基于BIM 技術進行管線綜合過程中，需要明確各區域房間的功能，從而確定各房間管線排布后的凈空高度。通常情況下管線排布人員需要同時對著圖紙和模型，或者手動創建房間名稱文字，本項目建筑房間功能較多，手動創建房間名稱文字費時費力。因此，本項目探索了基于可視化編程軟件Dynamo的房間文字快速生成方法，該方法除了可以應用在房間標注上外，同樣也可以應用于其他類似場景，如車位編號標注、樓板編號標注等，同樣可以輔助出圖提高效率，其他項目也可以重復使用。

此方法首先為解決如何創建房間名稱，利用Revit軟件中的模型文字功能；其次解決如何利用Dynamo創建模型文字，這時利用BIM 軟件中的常規模型族關聯參數。快速創建房間名稱整體流程如圖6 所示。

圖6 快速創建房間名稱整體流程

其具體技術路線為：首先需要創建三維模型文字族，設置好文字內容、深度、文字大小、材質等參數，在需要標記的房間中放置文字族，并修改其參數與房間名對應；接著利用Categories、All Elements of Category 兩個節點篩選出模型中所有房間，然后利用Room.Location、Room.Name 兩個節點分別獲取房間的位置和名稱；最后利用Elerment.SetParameterByName節點設置文字常規模型關聯的參數“Nane+”，其中的Value 便是獲取的房間名稱。快速創建房間名稱詳細流程如圖7 所示，快速創建房間名稱后效果如圖8 所示。

圖7 快速創建房間名稱詳細流程

圖8 快速創建房間名稱效果

2.2 快速梁高范圍著色

本項目地下室標高及上部荷載變化復雜，結構設計需要根據荷載分布進行梁高布置，導致地下室同一區域梁高變化頻繁且梁高變化較大。為了根據需求快速過濾不同梁高尺寸范圍，從而直觀地分析凈空緊張區域為后續機電管線排布提供基礎數據。

大型產業園梁高范圍的快速著色可根據BIM 設計師需求設置需要著色梁高范圍及顏色，使BIM 設計師能夠一目了然地找到梁高較大的構件，從而分析出不滿足凈空要求的梁高區域，反饋設計進行結構優化設計。

首先打開建筑、結構模型，利用Revit 過濾器功能創建梁構件過濾器，需要將梁高度類型參數命名為h,對異性托梁需要將截面尺寸大的值設置為h；其次，在可視化編程軟件Dynamo 中通過兩個參數將梁高度分為三個區間0-X、X-Y、Y-∞，其對應的梁高區間進行著色綠色、黃色、紅色。快速梁高范圍著色技術路線及詳細流程如圖9 所示。快速梁高范圍著色后效果如圖10 所示。

圖9 快速梁高范圍著色詳細流程

圖10 快速梁高范圍著色后效果

2.3 快速生成梁下凈空標注

傳統項目梁板標高變化較單一，都是基于在Revit軟件中逐個創建剖面，或看圖紙用人眼的方式尋找凈空最不利點，而大型產業園面積大，梁板標高變化復雜，傳統方式工作量繁雜，且容易出錯。因此首先基于可視化編程軟件Dynamo 一鍵生成梁下凈高標注，其次基于區域范圍內的梁下凈空進行管線排布，最終根據管線排布結果創建凈高分析圖，此方法能一目了然地找到最不利點，極大地提高了工作效率，避免了人的因素造成的錯漏碰缺。快速生成梁下凈空標注邏輯、程序及效果如圖11～13 所示。

圖11 快速生成梁下凈空標注邏輯

圖12 快速生成梁下凈空標注程序

圖13 快速生成梁下凈空標注后效果

2.4 BIM 技術管線綜合方法補充

采用BIM 技術進行管線綜合排布方法如下：

（1）大型產業園BIM 管線綜合過程中需要以下兩種特殊情況管線排布方法。

首先，當各專業管道不存在大面積重疊時(如汽車庫等)：水管和橋架布置在上層，風管布置在下層；如果同時有重力水管道，則風管布置在最上層，水管和橋架布置在下層，同時考慮重力水管道出戶高度,必須保證能夠接入市政室外井；

其次，當各專業管道存在大面積重疊時(如走道、核心筒等)，由于并排管線較多會遮擋風口，故由上到下各專業管線布置順序為：不需要開設風口的通風管道、橋架、水管、需要開設風口的通風管道；

（2）管線排布過程中發現，建筑防火卷簾隨意布置，導致防火卷簾未布置在結構梁正下方，發現此問題反饋建筑專業后，其要求結構專業在防火卷簾上方結構掛板，保證卷簾安裝，但此時結構工程已施工完成，無法滿足設置掛板的要求，此問題建筑設計非常容易忽視，因此會帶來可避免的設計變更，影響工程質量，后期類似產業園項目前期設計過程中應保證防火卷簾應布置在結構梁正下方，方可保證卷簾的正常安裝。防火卷簾與結構梁斜交優化設計分析如圖14所示;

圖14 防火卷簾與結構梁斜交優化設計分析

（3）由于二維設計過程中，各專業缺少專業間協同，管線排布過程中應核查有無結構梁穿越風井、電井的情況。管線綜合過程需要密切關注防火卷簾門的安裝高度和安裝空間尺寸，是否有穿越卷簾門的管道，核查標高是否滿足要求，核查機電管線是否影響卷簾門電機及卷軸的安裝空間。

如有管線穿越防火卷簾應首先與設計師溝通防火卷簾是否可穿越，其次核查卷簾箱頂部是否有可穿越空間。如以上情況都無法實現，需要根據BIM 管線綜合情況，合理改變穿越防火卷簾的相關管線路由，并同時征得設計師同意。

通過與設計師密切溝通制定了管道聯合支架的方案，這樣與傳統的各種不同管道單獨制作管道支吊架相比，既節省了機電輔助材料用量，又使管道布置整齊美觀。通過機電深化設計，為其他機電專業預留足夠的安裝空間。本項目機電管線排布后整體效果如圖15 所示。

圖15 機電管線排布后整體效果

3 總結與展望

本文基于可視化編程軟件Dynamo 形成了快速生成房間名稱三維文字，并對不同梁高度范圍進行著色，實現了對每根梁下凈空的識別與快速標注極大地方便了本項目復雜的機電管線綜合。實踐表明了本技術路線能夠有效提升管線綜合的效率[8-10]，基于應用實踐，本文也對大型產業園項目機電管線綜合重難點進行了總結，能夠為后續更多產業園項目BIM 應用提供參考借鑒。