探析BIM 技術在高層建筑管線綜合上的應用

寧棟 陳磊

摘要：本文結合某工程案例，介紹了該工程的安裝項目在施工前運用BIM 技術所要施工的圖紙進行圖紙“預裝配”，然后通過“預裝配”的過程把各個專業未來施工中的交匯問題全部暴露出來。這樣提前發現這些設計圖紙中存在的碰撞問題并提出合理的解決辦法，有效地減少了在施工階段出現的設計變更或修改，減少了施工過程中可能出現的大量返工浪費，節省了投資，縮短了工期，保證了工程質量。

關鍵詞：管線綜合；BIM技術；建模；碰撞檢測

1 工程概況

某大廈項目為一座高層辦公樓，地上裙房3 層，為門廳及辦公配套的餐飲會議室，主樓為31 層辦公樓（不含設備層），屋頂為上人平屋面，地下2 層，分別為人防車庫和設備用房，總建筑面積為59619m2，建筑高度為130.50m。根據大廈的功能和使用特點，使得整個大廈的管線比較多，尤其是地下室及樓上公共走道部分，涉及到通風空調風管、消防噴淋管、空調水管和強、弱電橋架等各種系統，并且根據高度還有不同分區，導致管線布置及其復雜。為了直觀的反映出設計圖紙尤其是在施工中各專業之間設備管線的位置沖突和標高重疊上可能存在問題，我們在施工前引入了BIM 技術，即利用MagiCAD 軟件對甲方提供的施工圖紙進行三維建模，也就是說在施工前先根據所施工的圖紙在電腦上運用相關軟件進行圖紙“預裝配”，直觀的反映出設計圖紙上的問題，尤其是在施工中各專業之間設備管線的位置沖突和標高重疊。根據預裝配結果，并結合原有設計圖紙的規格和走向，進行綜合考慮后再對施工圖紙進行深化，從而達到實際施工圖紙深度。

2 BIM 技術在管線綜合上的應用

首先熟悉甲方提供的大廈管線二維圖紙（用CAD 繪制），將二維圖紙導入到MagiCAD 軟件中，搭建通風空調風管、消防噴淋管、空調水管、強、弱電橋架等專業三維模型，從MagiCAD 軟件中導出NWD 文件到Navisworks 軟件中做碰撞檢查，然后導出碰撞檢查報告，在CAD 文件中標記錯誤，由于目前MagiCAD 軟件和AutoCAD 軟件還不能實現根據碰撞檢查報告自動標記錯誤，需要手工標記碰撞位置，以備查閱和修改；最后結合原有設計圖紙的規格和走向，進行綜合考慮后再對管線圖紙進行深化，從而達到實際施工圖紙深度。大廈管線綜合布置流程示意圖如圖1 所示。

圖1 管線綜合布置流程

2.1 運用MagiCAD 軟件建模

當二維CAD 圖紙繪制時，由于存在各種管線與橋架的標高變化與錯綜復雜的交叉只能在腦海中繪制，然后判斷這些管線是否合理，是否存在碰撞，這就需要設計人員留出很大精力放在三維空間想象上，然后通過語言表達或者簡單的手繪草圖的形式與其他設計人員交流自己的想法。隨著工作項目體量的增加、復雜程度的提高，對設計過程中各專業協調與配合的要求也隨之更高，這就使得傳統二維管線綜合已經難以勝任新形勢下的要求。該大廈就是其中一例，根據大廈的功能和使用特點，使得整個大廈的管線布置及其復雜，尤其地下室及樓上公共走道部分是本次管線綜合布置難點中的重點，因此施工前我們引入了BIM 技術，即利用傳統的AutoCAD 平臺，使用MagiCAD 軟件對甲方提供的二維圖紙進行建模，建完模后發現僅地下人防車庫和設備用房就存在大量碰撞點（如圖2 所示），其中不僅是管道間的交叉碰撞，甚至有些不同的管道系統排列在一起，這為后面的碰撞檢查帶來了很大麻煩。

圖2 管線繪制后發現管線間的碰撞情況

通過在圖中圈出不同類型的碰撞點不難發現，僅僅一個區域的節點中就存在著各種不同程度的碰撞，其中主要有：給水、中水系統內部干支管交叉；消防干管與給水干管交叉；噴灑干管在管井處垂直穿過電氣橋架；給水干管垂直穿過排風干管；噴灑干管與排風管道重疊；雨水干管與橋架交叉；強電橋架與弱電橋架交叉；強弱點與消防橋架交叉等。

針對以上問題我們決定先對模型管線進行了全面的修改，并優化管線走向，在消除系統性碰撞的同時使設備管線排布更加合理。首先確定電氣橋架位置，在滿足設計與施工要求的同時，給設備管線留出足夠空間；然后依據“有壓讓無壓、小管讓大管”的原則，按照各個系統調整設備管道，并注意給電氣專業留出檢修空間。經過一輪碰撞修改后，模型基本達到令人滿意的效果。

此外針對樓上公共走道部分，因其狹窄而設備電氣的管線與橋架又集中于此，造成此處的管線排布困難，并且標高過低，不能達到凈高要求，依靠簡單的一字排開或者并列排布已無法滿足實際需求。針對這個問題，我們在三維模型的輔助下與原來繪制施工圖的人員反復討論協商，在模型上不斷的修改，最終得到完美的解決方案，并提高了凈高。

2.2 運用Navisworks 軟件做碰撞檢測及管線綜合優化

根據本文2.1 節中的內容將模型建好，然后從中導出NWD 文件到avisworks 軟件中做碰撞檢查，以排查在建模過程中人工很難發現的碰撞點。當所有NWD 文件導出完畢后，運行碰撞檢測命令，導出碰撞檢測報告，對檢測出的碰撞點進行調整和修改，最終得到滿足專業及施工要求的“零碰撞”模型，實質上是對管線一種優化。

2.3 施工模擬

在某些局部復雜且管線較多的地方如地下人防車庫和設備用房等，為了盡量避免已安裝好的管線設備不返工，施工前我們利用Navisworks 軟件制作了施工模擬視頻，其主要制作步驟為：首先制定詳細的施工安裝計劃，確定每個關鍵時間節點；然后根據施工進度節點，使用Navisworks 軟件模擬施工過程，并生成視頻文件。業主等非專業設計人員可通過視頻文件進行模型漫游，用更加真實的視角了解該項目；施工人員根據視頻進行現場施工，在某種程度上說降低了返工率，提高了施工質量，節省了工程費用，保證了工期。

3 結論

目前國內在工程建設領域一般還依賴傳統二維CAD 設計，由于傳統二維CAD 圖紙不能全面反映個體、各專業、各系統之間碰撞的可能；同時二維設計離散行為的不可預見性，也將使設計人員疏漏掉一些管線碰撞的問題。因此，隨著工作項目體量的增加、復雜程度的提高，對設計過程中各專業協調與配合的要求也隨之更高，這就使得傳統二維管線綜合難以勝任新形勢下的要求。而在國內部分行業中，BIM 技術已經應用于工程建設中，其優點是通過三維建模，提供各個角度的三維視圖便于理解，可輕松提供任意立面、剖面和平面的圖紙。若某處需要修改，則只需修改一個面中的內容，則該處在其余面上也會聯動被修改，這樣可以避免比如修改標高這樣細節的遺漏，省時省力，因此在某種程度上說采用BIM 技術不僅提高了施工進度，而且也節約了施工成本。

參考文獻

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