BIM在給水排水消防設計中的應用

吳娜

（中機中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039）

0 引言

從20世紀60年代，CAD開始進入到設計領域，大大提高了設計人員的工作效率。目前，在CAD的基礎上出現(xiàn)了天正建筑，湘源控規(guī)等軟件，都為設計帶來了方便快捷性。然而，這些軟件都是在二維空間中設計，具有很大的局限性，與手繪圖紙同樣避免不了因為協(xié)調(diào)而造成的錯誤和浪費。由二維圖紙轉化為三維實體時，尤其對于設備專業(yè)，各專業(yè)管道錯綜復雜，因此就凸顯了三維制圖在建筑設計中的重要作用。BIM三維設計的發(fā)展為了實現(xiàn)更為全面、更為高效的設計與制圖，就成為了一項巨大的突破，通過建筑模型的建立，可以反映建筑物所具有的真實信息。它具有可視化，協(xié)調(diào)性，優(yōu)化性，模擬性和可出圖性五大特點。目前BIM軟件種類繁多，核心建模軟件主要有以下幾種：①民用建筑使用Autodesk Revit。②工廠設計和基礎設施用Bentley。 ③項目完全異性、預算比較充裕的可以選擇Digital Project或CATIA。【1】建筑給排水中主要仍是使用Autodesk Revit.

1 BIM在給排水消防工程中的應用

1.1 可視化設計

BIM的三維視圖在給排水消防管道設計中最大的優(yōu)點就是可視化，能從不同角度看到不同剖面。用傳統(tǒng)二維的圖紙表達三維的建筑，必然要將本來完整的圖紙分割成平、立、剖等多個不同側面，引入了大量重復信息，效率低下，方案比選和管道碰撞檢查也變得復雜抽象。而BIM的三維可視化特點使設計人員不再局限于平面圖、立體圖和剖面圖的想象，而是使設計人員可以任意角度地觀察，繪制和修改模型，使整個設計過程變得更加明了直接，這樣就能減少傳遞信息過程中的失真情況，有效確保信息的有效性與完整性。此外，設備專業(yè)主要是在建筑和結構的基礎上進行設計，會隨著建筑結構的修改而修改，故借助BIM繪圖技術則可使修改工作更加簡單，操作性強。目前我國已有不少大型項目BIM技術，例如2008年北京奧運會奧運村空間規(guī)劃及物資管理信息系統(tǒng)、南水北調(diào)工程以及香港地鐵、上海迪士尼奇幻童話城堡等項目。奇幻童話城堡（圖1）是上海迪士尼樂園的標志性建筑，位于夢幻樂園的中心地塊。該項目空間不大，機電各專業(yè)系統(tǒng)錯綜復雜，較傳統(tǒng)設計增加了許多新的系統(tǒng)，如水專業(yè)的水景管線，暖通專業(yè)的壓縮空氣以及電氣專業(yè)的滿足娛樂設備的配電橋架，這使得傳統(tǒng)的二維繪圖方式無法滿足該項目的要求。因此嘗試基于revit平臺通過BIM技術的應用，為圖紙繪制、管線綜合、碰撞檢測及施工指導提供新的途徑。減少工程造價、節(jié)約建設成本；提前為實現(xiàn)以運營管理為導向的理念；提供運營管理需要的有效信息；打造樂園獨特魅力【2】。

圖1 奇幻童話城堡地下室模型

1.2 參數(shù)化設計

在BIM繪圖中，所有設備構件及管件等都可以精準設計，設計人員要合理安排擺放設備，確定管道走向，管徑大小，管道材質(zhì)及管道連接方式等。對于BIM模型而言，有效利用參數(shù)化特性可以提高畫圖效率，如明細表、三維視圖、二維視圖等可都在建筑模型中表現(xiàn)出信息的形式，如果修改模型的參數(shù)化，BIM模型可以對平面、明細表、模型視圖等不同的位置的設計進行修改，并且及時地更新修改后的信息【3】。此外，通常我們在設計時，在進行給排水工程材料表編制的工作中，基本都是按照圖紙進行測量和統(tǒng)計，這樣的做法不僅效率低，而且易出現(xiàn)錯誤，一旦對圖紙進行了修改，要重新統(tǒng)計，將會變得非常復雜，而利用BIM本身是一個數(shù)據(jù)庫的特點，可以隨時取到真實可靠的材料表清單，進行工程的成本預算等工作。參數(shù)化設計主要包括項目參數(shù)和共享參數(shù)，是指的機電各專業(yè)內(nèi)部的參數(shù)，如給排水專業(yè)設備明細表中需統(tǒng)計的設備族參數(shù)，標準圖框的信息欄對應的項目參數(shù)，以及機電圖紙標注所需的共享參數(shù)等。共享參數(shù)只需制定一次即可一勞永逸。這項工作一般由機電各專業(yè)負責人完成，以保障參數(shù)的統(tǒng)一性【4】。構建參數(shù)化可以為設計思考和創(chuàng)意提供一個開放的圖形式系統(tǒng)。參數(shù)化構建不需要編程語言或代碼，便可用于錯綜復雜的建筑設備及管道系統(tǒng)的裝備。重慶某商貿(mào)物流項目運用BIM技術采用參數(shù)化設計對施工圖進行檢測校對，如圖2所示可以清晰明了的記錄給排水消防系統(tǒng)的空間結構，構件和設備的幾何信息。

圖2 某商貿(mào)中給水排水消防系統(tǒng)BIM模型

1.3 協(xié)同設計

協(xié)同設計是指在一個完整的組織機構共同來完成一個項目，建筑、結構、給排水、暖通、電氣均從項目的信息和文檔從一開始創(chuàng)建時起，就放置到一個共享平臺上，為項目組的所有成員查看和利用，從而完美實現(xiàn)設計流程上下游專業(yè)間的“提資”。通常在CAD平臺工作時，無法加載其他的數(shù)據(jù)信息，尤其是在進行給排水工程設計時，需要結合建筑結構資料，較為復雜，各個專業(yè)難以協(xié)同化工作，影響工作效率，并增加了非必要工作量。而在BIM模式下，所有的數(shù)據(jù)信息都會在建筑信息模型庫中匯總，各個專業(yè)可以隨時改動并通知其他專業(yè)，其他專業(yè)重新鏈接一下即可完成底圖替換工作，如給排水中水泵的質(zhì)量以及尺寸等，其他專業(yè)的也可以隨時進行查閱。給排水專業(yè)的水泵相關數(shù)據(jù)信息進行了修改后，電氣專業(yè)的符號也會隨著進行改變，所有的專業(yè)工作都會根據(jù)這個建筑信息模型來開展，不僅可以簡化工作模式，還能增強工作的協(xié)同性【5】。BIM提供項目參與方三維的信息共享平臺，促進更有效的互動。在傳統(tǒng)方式上非專業(yè)人員想更全面了解設計理念是十分困難的，這就造成實際存在的信息斷層。三維的BIM模型表達形式更直觀易懂，連接了傳統(tǒng)模式上分散的設計成果，降低了非專業(yè)人士對項目的理解難度，提升了不同專業(yè)間、不同參與方對項目的協(xié)同能力，同時提高設計精度。

1.4 管線綜合

在二維CAD繪圖過程中，各個專業(yè)在各自的圖上繪制，互相之間缺乏了解溝通，很可能在項目完成時發(fā)現(xiàn)管線碰撞，或者管線穿梁等問題，調(diào)整起來較為繁瑣，影響工作質(zhì)量。機電安裝過程最容易造成經(jīng)濟損失的便是返工，越大規(guī)模的項目，設備管線越多，錯綜復雜，碰撞沖突可能性越大，造成工期、經(jīng)濟損失。而在BIM模式下，三維直觀的管道系統(tǒng)反映的是空間狀態(tài)，直觀地呈現(xiàn)出管線綜合之后的凈空高度，設計師既可以在繪圖過程中直觀觀察到碰撞沖突，又可在繪圖后期利用軟件進行碰撞檢查，將檢測內(nèi)容及時反饋給各專業(yè)設計人員以進行調(diào)整和修改。對項目進行管線綜合的工作，對于后期施工也有很大的幫助。以前在二維圖中很難發(fā)現(xiàn)設計失誤，導致后續(xù)施工出現(xiàn)問題，整修既費時又費力，而在BIM三維視圖中進行管線綜合設計可大大提高項目可靠性。BIM給建筑施工企業(yè)帶來的不僅是一個高效的工具，更多的是提供一種建筑施工的全新理念。通過BIM技術，能夠為各專業(yè)的安裝和施工提供準確的構件信息和定位尺寸等數(shù)據(jù)，最終到達指導施工、檢驗施工和降低施工成本的目的。以下是某塑料廠模型碰撞分析對比表1、圖3，可以看出在BIM平臺中的設計能夠智能檢測出全部碰撞，便于設計人員修改，提高施工質(zhì)量。

圖3 綜合管線碰撞示意圖

表1 沖突報告檢測內(nèi)容

2 BIM運用中的問題及解決方法

BIM在工程設計中已占據(jù)越來越重要的地位，然而在給排水消防設計中依然存在一定的問題，具體如下：

（1）目前BIM設計未形成統(tǒng)一的給排水設計標準，未能統(tǒng)一則導致不同設計人員設計差異頗大，對整體設計行業(yè)影響不好。政府和行業(yè)應整體推進推廣BIM應用工作，積極參與BIM標準的制定，完善建筑業(yè)行業(yè)體制、規(guī)范。

（2）Revit的繪圖方式建立在“族”的調(diào)用及其參數(shù)設置上，然而BIM設計中給水排水的很多設備構建在BIM的族庫中還是沒有的，同時，符合中國建筑設計標準的構件更為缺少。工程師目前可通過一些論壇以及國外知名廠家的網(wǎng)站來搜索族，以滿足使用要求。

（3） Revit二維功能比較弱，圖象輸出分辨率不能滿足要求，生產(chǎn)二維圖紙的能力較弱，目前BIM對于給水排水專業(yè)出圖率只能達到30%左右，故不能通過圖紙明確表達出設計意圖、指導施工，這樣對于使用電腦不便的施工方較為不利，故在未來發(fā)展中還需完善技術，提高出圖率。

（4）進行管道計算、系統(tǒng)計算前管道與器具、管道與設備必須建立邏輯連接和物理連接，有時一處管道沒連好造成整個系統(tǒng)無法計算，【6】核算過程較為復雜，需要設計人員加倍細心，保質(zhì)保量完成每一步。

3 BIM技術與傳統(tǒng)CAD技術的優(yōu)劣比較

通過對Revit在建筑給排水消防設計中的運用實踐，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的CAD設計模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代設計的需求，并且在許多大型工程項目上的使用越來越力不從心，兩者比較主要有以下幾個方面考慮：

（1）傳統(tǒng)CAD技術在施工圖階段效率低下，易出現(xiàn)管線碰撞，設計漏洞等；而BIM技術運用設備管線提前繪制模擬成型，解決了機電工程管線綜合和碰撞檢測，可直觀有效地指導機電管線安裝，并有效地實現(xiàn)與各個專業(yè)之間的配合，降低了施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)錯誤整改拆修的成本投入，開啟設計優(yōu)化模式。

（2）傳統(tǒng)CAD技術需要人工統(tǒng)計材料表，造成漏項錯項問題嚴重，同時二維CAD中無法精確畫出每一個閥門閥件，通常較為粗略；BIM技術則可自動統(tǒng)計材料表，省下了人力物力，同時又較為精準，使工程現(xiàn)場材料管理精細化，也可方便準確計算工程造價，便于購買工程材料等。

（3）傳統(tǒng)CAD技術中各專業(yè)獲取數(shù)據(jù)的及時性和準確性難于保證，尤其是對于復雜的工程項目，難以保證施工進度；BIM技術可實現(xiàn)設計內(nèi)容協(xié)同一致；充分有效利用項目信息；縮短建設周期，便于進行統(tǒng)籌管理，提高其效率的同時，優(yōu)化了其管理效率和管理工程，實現(xiàn)精細化管理。

（4）傳統(tǒng)CAD技術使用更加快捷方便，出圖率高；BIM技術中快捷鍵的使用相對弱化【7】，在項目中已建成的單體構筑物二次利用難度較大，現(xiàn)有的模型復制和移動時經(jīng)常出現(xiàn)管路連接斷開，以及不能隨意移動等問題。

4 結語與展望

近年來，建筑信息模型技術在建筑工程領域取得了大量的應用成果。BIM作為一種新理念得到了業(yè)內(nèi)的認可。雖然在國內(nèi)BIM設計技術還未廣泛使用，行業(yè)內(nèi)仍以CAD為主，但是BIM的巨大優(yōu)勢必將引領設計的新征程。同時，BIM技術在建筑給排水設計中存在的問題還需積極探究解決，確保在建筑給排水設計中BIM技術的優(yōu)勢能得到充分發(fā)揮。相信在未來設計市場上BIM設計技術將會具有良好的發(fā)展前景和商業(yè)價值。

[1]何關培.BIM和BIM相關軟件[J].土木建筑工程信息技術，2010（12）.

[2]張耀冬，楊民，龔海寧.淺析上海迪士尼奇幻童話城堡BIM技術的應用[J].給水排水，2014（7）.

[3]王磊，代慶彥，時小兵.BIM技術在高層建筑給排水施工中的運用[J].建筑，2005（15）.

[4]崔旸，朱丹，楊佼佼，等.基于BIM的機電協(xié)同設計基本流程[J].建設科技，2015（16）.

[5]姚偉瑜.BIM在建筑給排水工程設計中的應用[J].中國建筑金屬結構，2013（10）.

[6]梁超，王磊，梁廣偉，等.BIM在建筑給排水工程設計中的應用[J].給水排水，2012（1）.

[7]靳銘宇.淺析Autodesk Revit在中國的發(fā)展及局限性[J].華中建筑，2008（26）.