楊永凡

（廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510000）

0 引言

在建筑給排水的設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)的CAD 二維設(shè)計(jì)圖形對(duì)于管道碰撞問(wèn)題處理不是很理想，要求設(shè)計(jì)人員具備一定的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及抽象思維能力[1]。如果管道碰撞問(wèn)題難以在設(shè)計(jì)階段全部妥善解決，而在施工過(guò)程中才凸顯出來(lái)，必然會(huì)影響施工進(jìn)度。因此，在經(jīng)歷了手繪和CAD 制圖階段后，現(xiàn)階段建筑工程的設(shè)計(jì)對(duì)BIM 技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，可為建筑工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供數(shù)字化信息化表達(dá)，大大提高了建設(shè)效率。本文根據(jù)工程實(shí)例，對(duì)基于BIM 技術(shù)的建筑給排水的設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行探討分析。

1 BIM技術(shù)在給排水管線設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)分析

1.1 可視化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的土建部分設(shè)計(jì)工作基本上都是依靠CAD軟件完成，采用平面圖、系統(tǒng)圖、大樣圖將給排水管道展現(xiàn)出來(lái)，設(shè)計(jì)任務(wù)重、時(shí)間緊，在傳遞信息過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)三維信息失真的現(xiàn)象，導(dǎo)致給排水設(shè)計(jì)與實(shí)際情況存在一定的偏差。而BIM 技術(shù)的可視化設(shè)計(jì)，具備顯著的實(shí)時(shí)性與直觀性特點(diǎn)，可以有效地保證信息在傳遞過(guò)程中的完整性。BIM 是基于全局層面繪制圖紙，可以對(duì)細(xì)枝末節(jié)直接進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，全面、便捷、直觀。

1.2 具有碰撞檢測(cè)功能

應(yīng)用BIM 技術(shù)可以將管道綜合的狀況清晰、直觀地展現(xiàn)出來(lái)，消除傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的管道碰撞現(xiàn)象。在BIM技術(shù)模式下，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)三維形式的管道模型了解管道內(nèi)部空間的真實(shí)狀況，設(shè)計(jì)人員在繪圖時(shí)，不但能夠直觀形象地掌握管道碰撞沖突，還可以借助軟件自身提供的碰撞檢測(cè)功能對(duì)管道分布狀況進(jìn)行檢測(cè)。一旦發(fā)現(xiàn)管道布設(shè)會(huì)產(chǎn)生碰撞，則可以直接對(duì)管道分布的位置進(jìn)行合理的調(diào)整。

1.3 安裝模擬

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式中，因管道相互擠占空間，可能會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)現(xiàn)象出現(xiàn)，甚至延誤施工工期。在時(shí)間維度引入三維設(shè)計(jì)，并編制出四維進(jìn)度表格，實(shí)現(xiàn)施工項(xiàng)目可視化，對(duì)施工流程進(jìn)行簡(jiǎn)化，提高施工效率，降低資源浪費(fèi)現(xiàn)象出現(xiàn)，還可以降低后期的設(shè)計(jì)變更內(nèi)容。

2 基于BIM技術(shù)的建筑給排水設(shè)計(jì)案例分析

2.1 工程概況

案例工程項(xiàng)目總用地面積約為23674.71m2，總建筑面積134736.07m2。項(xiàng)目地下二層（局部4層）。地上分 A、B 兩棟，A 棟±0.00 對(duì)應(yīng)的高程為17.90m，地上10層，建筑高度40.0m 對(duì)應(yīng)的高程為57.90m。B 棟±0.00對(duì)應(yīng)的廣州高程為11.80m，地上10 層，建筑高度40.0m對(duì)應(yīng)的高程為51.80m。該項(xiàng)目屬于一類高層民用建筑。由于項(xiàng)目周邊市政道路高差將近10m，建筑采用夾層的方法來(lái)解決場(chǎng)地高差問(wèn)題，這大大增加了給排水的設(shè)計(jì)難度。該項(xiàng)目采用CAD 二維設(shè)計(jì)圖紙+BIM技術(shù)相融合方式展開設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)結(jié)合二維設(shè)計(jì)圖紙，在建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣等各專業(yè)模型搭建完成以后，導(dǎo)入同一模型中進(jìn)行碰撞檢查以及凈高分析。針對(duì)建筑給排水管道設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題提出解決方案。

2.2 基于BIM技術(shù)的建筑給排水的設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.2.1 凈高分析

結(jié)合建筑物內(nèi)部空間的高度差異、建筑功能差異，以及建筑物的吊頂形式，估算出建筑物室內(nèi)環(huán)境的凈高度，在此基礎(chǔ)上對(duì)管線布設(shè)的高度進(jìn)行設(shè)計(jì)[2]。結(jié)合建筑物的結(jié)構(gòu)梁高，初步判斷給排水、暖通、電氣管線是否需要穿過(guò)梁體，并分析是否能夠通過(guò)調(diào)整管線避免穿梁。對(duì)于有凈高要求的房間，需要機(jī)電管線避開該區(qū)域或者穿梁。在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，因管線影響凈高的區(qū)域主要集中在地下一層車庫(kù)，塔樓核心筒設(shè)備管井區(qū)域以及設(shè)備房區(qū)域。需要利用BIM 技術(shù)重點(diǎn)對(duì)這些區(qū)域的管道進(jìn)行凈高分析，優(yōu)化管線走向，以滿足建筑使用功能。

2.2.2 管線避讓優(yōu)化

因不同專業(yè)管線的重要程度、功能存在較大的差異，不同管線之間相互避讓是設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的核心內(nèi)容。利用BIM 技術(shù)，很容易獲得一個(gè)合理的管道避讓設(shè)計(jì)方案，不但能夠提高建筑物內(nèi)部空間的利用率，同時(shí)還可以避免資源浪費(fèi)現(xiàn)象出現(xiàn)，最重要的是可以保證施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度。一般來(lái)說(shuō)，管線避讓優(yōu)化遵循以下幾點(diǎn)：（1）電氣管線在給排水管道的上方穿過(guò)，交叉位置應(yīng)避免有管道接頭；（2）避免干管在梁底交叉，盡量在梁凹處解決交叉問(wèn)題或更改管線為支管交叉，減少梁底占用高度[3]；（3）壓力流管線避讓重力流管線，小管避讓大管，檢修次數(shù)少、檢修方便的避讓檢修次數(shù)多、檢修不方便的。

建筑物地下空間的給排水、暖氣、電氣管線分布狀況見圖1所示。

圖1 地下空間內(nèi)局部三專業(yè)管線排布圖

2.2.3 碰撞優(yōu)化

建筑給排水的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作大致可以分為兩個(gè)方面：一是給排水專業(yè)自身的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作，二是給排水設(shè)計(jì)專業(yè)與其他專業(yè)之間的碰撞優(yōu)化工作[4-5]。每個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)工作都是使用二維圖紙獨(dú)立完成設(shè)計(jì)，這會(huì)導(dǎo)致不同專業(yè)的BIM 模型產(chǎn)生碰撞的可能性變大。結(jié)合該項(xiàng)目實(shí)際情況，在對(duì)給排水、暖氣、電氣進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)管線碰撞現(xiàn)象比較嚴(yán)重，主要問(wèn)題為：給排水管道與梁體、結(jié)構(gòu)柱產(chǎn)生碰撞；給排水管道與暖通管道、電氣管道發(fā)生碰撞；室外排水管與地下室頂板梁碰撞。圖2 是某部位給排水專業(yè)管道與通風(fēng)管道發(fā)生碰撞的情況，其解決方案為：將給排水管道的位置稍微向下移動(dòng)。

圖2 碰撞調(diào)整前后對(duì)比圖

3 BIM正向設(shè)計(jì)在建筑給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 給排水設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）初步建模設(shè)計(jì)。在已有的CAD 設(shè)計(jì)圖紙的基礎(chǔ)上，完成地下5 層以及地上A1～A8 號(hào)樓的包括給水系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)、雨水系統(tǒng)、中水系統(tǒng)、消防水炮系統(tǒng)、自噴消防系統(tǒng)以及消火栓消防系統(tǒng)在內(nèi)的全部給排水系統(tǒng)的初步建模工作，利用已有的建筑結(jié)構(gòu)模型，避免管線之間，以及與建筑、結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間明顯的碰撞情況。

（2）多專業(yè)協(xié)同管線優(yōu)化。按照管線避讓的基本原則，利用BIM 的三維可視化特性，對(duì)機(jī)電層、地下空間、走廊拐角等管線布置復(fù)雜的局部進(jìn)行管線綜合，旨在使管線分布合理并滿足美觀性要求。以該項(xiàng)目地下三層管線優(yōu)化為例，利用Revit 軟件自帶的分析功能，對(duì)建成的MEP 全專業(yè)模型進(jìn)行碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)中7 處給排水專業(yè)內(nèi)部的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，24 處給排水管道與結(jié)構(gòu)梁、柱之間的碰撞，63 處給排水與暖通、電氣專業(yè)的管線之間的碰撞，通過(guò)與其他專業(yè)協(xié)調(diào)管線的具體分布，解決了這些碰撞問(wèn)題，提高了建筑物內(nèi)部空間利用率，減少了資源的浪費(fèi)，使設(shè)計(jì)方案更加完美。

（3）正向設(shè)計(jì)分析。正向設(shè)計(jì)指的是從項(xiàng)目開始的草圖設(shè)計(jì)階段一直到最終的交付成果全部由BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)完成，無(wú)需利用CAD 設(shè)計(jì)初稿文件作為輔助。以金融城二期項(xiàng)目中A5 號(hào)樓的建筑標(biāo)準(zhǔn)層為實(shí)例，以正向設(shè)計(jì)方式完成的模型，與原設(shè)計(jì)相比，在管線設(shè)計(jì)之初就需要規(guī)劃好空間的位置排布，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程卻加大了設(shè)計(jì)的難度，對(duì)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)能力和規(guī)劃能力提出更高的要求。而且由于軟件功能的限制，使得正向設(shè)計(jì)的操作較一般建模更為繁復(fù)，工作量巨大。

3.2 BIM正向設(shè)計(jì)結(jié)果分析

本次正向設(shè)計(jì)分析選擇標(biāo)準(zhǔn)層的衛(wèi)生間給排水設(shè)計(jì)方案作為研究對(duì)象。建筑物衛(wèi)生間的給排水設(shè)計(jì)是整個(gè)給排水設(shè)計(jì)任務(wù)中的重要構(gòu)成部分，在給排水專業(yè)設(shè)計(jì)工作中具備一定的代表性。

（1）設(shè)計(jì)方法分析。通常情況下，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法都是采用CAD 技術(shù)對(duì)建筑物的給排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)先對(duì)用水主體進(jìn)行確定，比如，建筑物空間內(nèi)部的衛(wèi)生器具、自噴系統(tǒng)的位置、消防栓安裝位置；然后對(duì)供水管道的位置進(jìn)行布設(shè)，明確指出主管、支管的位置，確保供水系統(tǒng)的需求得到滿足；最后確定管道的技術(shù)參數(shù)。

在BIM 正向設(shè)計(jì)過(guò)程中，因軟件自身的限制，需要提前設(shè)置好管道的技術(shù)參數(shù)，例如，管道的直徑、管道的材質(zhì)等，當(dāng)管道的技術(shù)參數(shù)全部確定以后，才能夠繪制圖紙。因此，開始設(shè)計(jì)前，需要設(shè)計(jì)師對(duì)供水壓力進(jìn)行計(jì)算，這在一定程度上提高了正向設(shè)計(jì)的難度，還需要設(shè)計(jì)師擁有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，否則，難以保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。

（2）設(shè)計(jì)結(jié)果分析。在使用傳統(tǒng)方式對(duì)建筑給排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，排水管道的布設(shè)通常應(yīng)先確定具體的布設(shè)方向，但對(duì)于走廊過(guò)道、樓梯轉(zhuǎn)角部位的管道布設(shè)不夠清晰，會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)階段與施工過(guò)程中產(chǎn)生一定的沖突，后期出現(xiàn)返工情況。而利用BIM 技術(shù)進(jìn)行正向設(shè)計(jì)時(shí)，以建筑結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)，建筑給排水能夠直接確定出管道部位的具體位置，例如，供水管道是否緊貼梁體、供水管道與墻體之間的距離等問(wèn)題，在經(jīng)過(guò)正向優(yōu)化設(shè)計(jì)以后，指導(dǎo)管道施工。

（3）軟件操作分析。在進(jìn)行BIM 正向設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)樘幚淼臄?shù)據(jù)較多，軟件對(duì)電腦配置要求較高，軟件操作比較復(fù)雜。同時(shí)，在三維空間的設(shè)計(jì)需求下，局部位置的相關(guān)信息的捕捉難度比較大，后期修改的難度也相應(yīng)提高。

4 結(jié)束語(yǔ)

使用BIM 技術(shù)不但能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員提供一個(gè)可視化的建筑物模型，還可以對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目的生命周期進(jìn)行精細(xì)化管理。但BIM 技術(shù)應(yīng)用尚存在以下問(wèn)題：管道若未連接，可能會(huì)直接導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行計(jì)算；在建筑工程全生命周期中應(yīng)用BIM 技術(shù)，涉及大量信息和技術(shù)參數(shù)，對(duì)信息的管理難度較大；數(shù)據(jù)信息傳遞會(huì)有不通暢的情況，設(shè)計(jì)軟件提供的接口尚未開發(fā)完善。因此，需進(jìn)一步構(gòu)建管道、設(shè)備、系統(tǒng)之間完整的邏輯關(guān)系，在建筑給排水設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡量避免以上問(wèn)題對(duì)設(shè)計(jì)的影響。