陳巖

（菏澤市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東菏澤274000）

1 引言

建筑給排水設(shè)計(jì)的合理性直接影響建筑供水穩(wěn)定性與排水順暢性，如果給排水管道連接處松動(dòng)，將會(huì)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象；如果管道中存在大量的彎頭與過渡件，會(huì)增加水流阻力，影響供水與排水效果，排水管道易出現(xiàn)堵塞、管道爆裂等問題，影響建筑的功能品質(zhì)與住戶的居住體驗(yàn)。 BIM 技術(shù)具有良好的可視性、模擬性與協(xié)同性，利用BIM 技術(shù)對(duì)建筑給排水進(jìn)行三維建模與可視化表達(dá)， 通過碰撞檢測(cè)與錯(cuò)誤分析自動(dòng)檢測(cè)出給排水管道的結(jié)構(gòu)沖突與空間交錯(cuò)問題， 利用施工模擬功能仿真模擬建筑給排水管道的安裝過程， 以便設(shè)計(jì)人員根據(jù)檢測(cè)結(jié)果與模擬情況優(yōu)化給排水設(shè)計(jì)， 提高建筑給排水設(shè)計(jì)的合理性與實(shí)用性[1]。

2 BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計(jì)中應(yīng)用的特點(diǎn)

2.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)

基于BIM 技術(shù)的建筑給排水設(shè)計(jì)是在三維數(shù)字虛擬空間中對(duì)建筑給排水信息模型進(jìn)行構(gòu)建， 高度集成建筑給排水的幾何信息、結(jié)構(gòu)信息、屬性信息等，利用建筑給排水三維信息模型構(gòu)建給排水工程數(shù)據(jù)資源庫(kù)。 設(shè)計(jì)人員可對(duì)建筑給排水三維信息模型進(jìn)行信息編輯與參數(shù)調(diào)整操作， 以控制給排水三維信息模型的物理幾何結(jié)構(gòu)與規(guī)格屬性， 三維信息模型可根據(jù)新調(diào)整的信息參數(shù)自動(dòng)更新模型， 以參數(shù)化設(shè)計(jì)的理念提高建筑給排水設(shè)計(jì)的操作響應(yīng)性與靈活性。

2.2 可視化設(shè)計(jì)

基于BIM 技術(shù)構(gòu)建的建筑給排水三維信息模型是建筑給排水的三維仿真模擬，設(shè)計(jì)人員可通過漫游、放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等操作， 更為直觀地查看建筑給排水的幾何結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。 相較于紙質(zhì)版的圖紙以及二維CAD 設(shè)計(jì)圖而言，建筑給排水三維信息模型的直觀性與可視性更優(yōu)， 所集成與表達(dá)的信息內(nèi)容更多，且不會(huì)因紙質(zhì)材質(zhì)問題而出現(xiàn)設(shè)計(jì)失真，也不會(huì)因表達(dá)維度問題而出現(xiàn)信息丟失或受損， 具有良好的實(shí)時(shí)性、直觀性與信息傳遞完整性。 建筑給排水工程、土建工程等分部、分項(xiàng)的參建單位可根據(jù)可視化的三維信息模型，協(xié)同推進(jìn)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化工作，提高建筑給排水設(shè)計(jì)的效率。

2.3 碰撞檢測(cè)

利用BIM 技術(shù)對(duì)建筑給水管道與排水管道分別進(jìn)行三維信息建模，將兩類管道三維信息模型加以集成綜合，利用碰撞檢測(cè)與錯(cuò)誤分析工具， 對(duì)給排水管道模型中存在的結(jié)構(gòu)沖突或空間交叉部位進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)與高亮顯示。 設(shè)計(jì)人員可根據(jù)自動(dòng)檢測(cè)的報(bào)錯(cuò)結(jié)果對(duì)給排水管道分布、標(biāo)高、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化， 有效消除建筑給排水設(shè)計(jì)中的各類空間碰撞與擠壓隱患。

2.4 安裝模擬

安裝模擬是BIM 技術(shù)在建筑給排水管道應(yīng)用設(shè)計(jì)中的重要優(yōu)勢(shì)功能。 設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)好的建筑給排水三維設(shè)計(jì)方案中添加時(shí)間維度，形成給排水施工進(jìn)度時(shí)間表，通過時(shí)間表動(dòng)態(tài)模擬給排水工程施工過程， 以便建筑給排水工程設(shè)計(jì)人員與施工人員更為直觀地了解工程施工過程， 在協(xié)同管理框架下優(yōu)化建筑給排水工程設(shè)計(jì)方案[2]。

3 BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計(jì)與優(yōu)化中的具體應(yīng)用

3.1 給排水參數(shù)化設(shè)計(jì)

參數(shù)化設(shè)計(jì)是BIM 技術(shù)的重要特點(diǎn)，其將建筑給排水工程實(shí)體映射至三維虛擬空間中，利用幾何參數(shù)、屬性參數(shù)構(gòu)建出給排水三維模型。 在建筑給排水三維信息模型構(gòu)建、模型計(jì)算、方案模擬等環(huán)節(jié)中，數(shù)據(jù)的參數(shù)化處理與應(yīng)用是模型科學(xué)計(jì)算的關(guān)鍵，需利用空間數(shù)據(jù)庫(kù)與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)給排水三維信息模型的空間結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、 規(guī)格屬性數(shù)據(jù)等進(jìn)行聯(lián)動(dòng)式管理，支持圖形屬性互查機(jī)制。 設(shè)計(jì)人員可選中給排水模型中某管段，查詢其管段屬性，包括管道直徑、管道材質(zhì)、管道曲率、管道聯(lián)結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、 管道標(biāo)高等。 給排水工程參數(shù)化設(shè)計(jì)模式下，設(shè)計(jì)人員可以編輯調(diào)整給排水三維信息模型的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)給排水模型優(yōu)化設(shè)計(jì)。 例如，調(diào)整排水管道的管徑大小，提高建筑排水能力；調(diào)整給水管道的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高供水的穩(wěn)定性與順暢性；將排水管道中不必要的引流管道與管件刪除，優(yōu)化排水管道路徑，減少排水阻力等。

3.2 給排水可視化建模

可視化特性是BIM 技術(shù)區(qū)別于CAD 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵特性。傳統(tǒng)的CAD 二維圖紙以點(diǎn)與線作為基本元素， 管道在CAD圖上表征為一條線， 管道聯(lián)結(jié)點(diǎn)在CAD 圖上表征為一個(gè)點(diǎn)，二維圖紙缺少高程這一三維信息， 管道之間的結(jié)構(gòu)沖突與空間交叉較難直觀發(fā)現(xiàn)。 BIM 技術(shù)利用三維信息模型表達(dá)給排水管道， 可視化的三維模型可立體化展示管道的空間結(jié)構(gòu)布局與拓?fù)潢P(guān)系，管道以及管道聯(lián)結(jié)點(diǎn)不再表征為線與點(diǎn)，在數(shù)字虛擬空間中，仿真模擬出三維管道及其連接情況，從而使設(shè)計(jì)人員從視覺層面能夠直觀判斷建筑給排水管道設(shè)計(jì)的合理性與實(shí)用性， 并結(jié)合參數(shù)化設(shè)計(jì)模式及時(shí)調(diào)整建筑給排水模型的相關(guān)參數(shù)。 同時(shí)，BIM 技術(shù)具有良好的自動(dòng)渲染功能。 模型參數(shù)調(diào)整后，給排水三維信息模型可自動(dòng)渲染刷新，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示參數(shù)調(diào)整后的設(shè)計(jì)結(jié)果， 可以極大地提高給排水設(shè)計(jì)工作的互動(dòng)性與效率。

3.3 管道綜合設(shè)計(jì)

建筑給排水設(shè)計(jì)涉及給水管道設(shè)計(jì)與排水管道設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員在對(duì)上述管道進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上， 對(duì)給水管道與排水管道進(jìn)行綜合，通過碰撞檢測(cè)與錯(cuò)誤分析，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)管道設(shè)計(jì)不合理之處，如結(jié)構(gòu)沖突、空間交叉等。 同時(shí)，給排水工程設(shè)計(jì)需與土建工程等進(jìn)行綜合， 再次利用碰撞檢測(cè)與錯(cuò)誤分析，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)給排水工程與土建工程中存在沖突之處。 設(shè)計(jì)人員可對(duì)BIM 軟件平臺(tái)中提示的構(gòu)件沖突等不合理之處進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，有效規(guī)避土建工程與給排水工程、給排水工程內(nèi)部的摩擦與碰撞，以免給排水工程在施工期間出現(xiàn)此類問題，影響工程施工進(jìn)度。

3.4 多單位協(xié)同設(shè)計(jì)

協(xié)同設(shè)計(jì)是一種管理的組織模式， 是BIM 的核心概念。相比于以往的CAD 技術(shù)，BIM 技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)改進(jìn)并完善了此特點(diǎn)，充分發(fā)揮了協(xié)同設(shè)計(jì)的作用效果。 在BIM 技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)中，同一個(gè)構(gòu)件的元素只需要輸入一次，其他不同類型的數(shù)據(jù)可以從不同的專業(yè)角度進(jìn)行操作。 在應(yīng)用BIM 技術(shù)之前，設(shè)計(jì)人員是用CAD 技術(shù)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，這種方式的設(shè)計(jì)建構(gòu)數(shù)據(jù)信息是獨(dú)立的，各個(gè)環(huán)節(jié)信息缺少聯(lián)系性，不能對(duì)構(gòu)件的信息進(jìn)行全面掌握了解， 在整體配合時(shí)會(huì)加大工作量或者發(fā)生一些專業(yè)事故。 在BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)中，協(xié)同設(shè)計(jì)將各構(gòu)件圍繞一個(gè)模型開展工作，項(xiàng)目的各方面聯(lián)系增強(qiáng)，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)?gòu)件信息全面了解，從而減少工作量，保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量達(dá)標(biāo)并提高設(shè)計(jì)的工作效率。同時(shí)，BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)的各部分是有聯(lián)系性的，在對(duì)給排水系統(tǒng)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，可以一次性完成模型的修改，減少相關(guān)設(shè)計(jì)的工作難度和工作量，并且BIM的關(guān)聯(lián)性可以避免人為修改的失誤和誤差， 對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行自動(dòng)修改，保證工程的質(zhì)量。

3.5 數(shù)據(jù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)

建筑給排水工程設(shè)計(jì)中涉及大量的統(tǒng)計(jì)工作， 如工程量統(tǒng)計(jì)、施工材料數(shù)量統(tǒng)計(jì)等，設(shè)計(jì)人員需根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)給排水三維信息模型進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化， 以提高給排水工程設(shè)計(jì)的效率。 早期給排水設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)表達(dá)形式為點(diǎn)與線，數(shù)據(jù)管理方式采用文件數(shù)據(jù)庫(kù)或關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)， 未采用空間數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。BIM 技術(shù)關(guān)聯(lián)文件數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)與空間數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)人員可以通過BIM 軟件平臺(tái)的圖屬互查機(jī)制點(diǎn)選、圈選、框選給排水三維信息模型，然后BIM 軟件平臺(tái)根據(jù)選擇范圍快速計(jì)算出需統(tǒng)計(jì)的區(qū)域坐標(biāo)， 梳理出選中區(qū)域內(nèi)的屬性信息并加以統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)速度快、準(zhǔn)確度高，可助力建筑給排水設(shè)計(jì)效率提升。

3.6 給排水安裝模擬

排水管道安裝不規(guī)范、底數(shù)大、吊裝面積大等問題均會(huì)影響建筑給排水工程的工期以及相關(guān)資源利用率。 施工圖的編制不僅應(yīng)以B1M 為基礎(chǔ)，對(duì)施工流程進(jìn)行全面展示，還應(yīng)能在不同建筑階段為技術(shù)人員做示范， 并依據(jù)論證結(jié)果制定出適用于初步設(shè)計(jì)的組裝工藝，并按實(shí)際條件進(jìn)行合理安裝。 設(shè)計(jì)人員利用BIM 技術(shù)對(duì)給排水安裝過程進(jìn)行模擬，施工人員可按配套程序進(jìn)行施工，避免了給排水項(xiàng)目的設(shè)計(jì)更改，從而節(jié)省了人力，提高了工作效率。

4 BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計(jì)與應(yīng)用優(yōu)化中應(yīng)注意的問題

4.1 信息量大

建筑給排水三維信息模型中不僅集成了建筑工程的土建、水電、暖通等分部分項(xiàng)信息，也全面表達(dá)了給排水工程的幾何信息、屬性信息，數(shù)據(jù)體量龐大。 建筑給排水設(shè)計(jì)時(shí)，參數(shù)調(diào)整與結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)基礎(chǔ)軟件的計(jì)算性能要求較高， 碰撞檢測(cè)需要耗費(fèi)大量的計(jì)算資源進(jìn)行空間三維交叉檢測(cè)與拓?fù)潢P(guān)系計(jì)算；施工安裝模擬需要匯總并統(tǒng)計(jì)大量的建筑給排水信息，如管道規(guī)格屬性信息、成本信息、組織設(shè)計(jì)方案等；建筑給排水管道綜合設(shè)計(jì)與參數(shù)調(diào)整優(yōu)化時(shí)，往往牽一發(fā)而動(dòng)全身，如某排水管道標(biāo)高的調(diào)整需綜合考量地下水位空間分布數(shù)據(jù)、地基三維數(shù)字高程模型等[3]。 針對(duì)此類問題，設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)BIM 軟件平臺(tái)的硬件配置，提高各類模擬、統(tǒng)計(jì)分析的計(jì)算性能，支持碰撞檢測(cè)、錯(cuò)誤分析等功能的快速計(jì)算，以及建筑給排水三維信息模型更新后的快速渲染。 同時(shí)， 還應(yīng)加強(qiáng)BIM軟件平臺(tái)中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錄入精度，確保模型模擬、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性，為建筑給排水設(shè)計(jì)優(yōu)化提供更加精準(zhǔn)的參考。

4.2 協(xié)同設(shè)計(jì)難

協(xié)同設(shè)計(jì)與協(xié)同管理是BIM 技術(shù)在建筑給排水設(shè)計(jì)與優(yōu)化中應(yīng)用的重要優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前，BIM 技術(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)包括集中式與連通式兩類，其在具體應(yīng)用時(shí)均面臨一些問題。 由于建筑給排水設(shè)計(jì)可細(xì)分為若干類，涉及土建、給排水等不同專業(yè)，模型資源的共享效果不佳， 協(xié)同設(shè)計(jì)所需要的共享資源池與標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)平臺(tái)缺少應(yīng)用體系支持。 同時(shí)，由于BIM 技術(shù)應(yīng)用成熟度不高，數(shù)據(jù)共用體制不健全，給排水三維模型與建筑工程其他模型的銜接與傳遞過程中仍存在諸多阻力， 影響了建筑給排水設(shè)計(jì)的協(xié)同性。

5 結(jié)語

BIM 技術(shù)在協(xié)同性、 模擬性與可視性等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，其利用三維信息模型直觀、可視化地表達(dá)建筑給排水工程的空間布局、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、幾何特征、管道屬性等，為設(shè)計(jì)方案優(yōu)化提供了碰撞檢測(cè)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、管道綜合設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)方案模擬等重要功能， 切實(shí)提高了建筑給水管道的設(shè)計(jì)優(yōu)化效率。 但是，BIM 技術(shù)自身存在數(shù)據(jù)共用體制不健全、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系未建立、技術(shù)成熟度不高、計(jì)算性能要求高等問題。 在實(shí)際建筑給排水設(shè)計(jì)優(yōu)化中， 應(yīng)進(jìn)一步明確BIM 技術(shù)的應(yīng)用環(huán)節(jié)，加大硬件設(shè)施投入，拓展BIM 技術(shù)的應(yīng)用深度，提高BIM 技術(shù)在建筑給排水設(shè)計(jì)優(yōu)化中的實(shí)際價(jià)值。