基于BIM的M EP管線綜合技術優化性研究

黃迪，王明麗，李淑芬，劉琳琳

（1.青島理工大學環境與市政工程學院，山東 青島 266033; 2.青島市環境保護局環境監測中心站，山東 青島 266000;3.青島市環境保護科學研究院，山東青島 266003）

基于BIM的M EP管線綜合技術優化性研究

黃迪1，王明麗2，李淑芬3，劉琳琳1

（1.青島理工大學環境與市政工程學院，山東 青島 266033; 2.青島市環境保護局環境監測中心站，山東 青島 266000;3.青島市環境保護科學研究院，山東青島 266003）

建筑M EP管線綜合技術是連接設計與施工的重要環節。論文以某綜合樓建設項目為例，針對傳統管線綜合中圖紙錯誤及施工返工等問題，引入BIM技術，建立BIM綜合模型。在審圖階段,運用模型解決管線碰撞，優化綜合排布，并在施工前進行模擬施工，以方便施工交底，提高工作效率與工程質量。

BIM技術;MEP管線綜合;協同工作;優化排布

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.017

1 引言

隨著民眾對建筑需求的不斷提高，智慧建筑、綠色建筑等新建筑概念層出不窮，現代建筑的多樣化和復雜化對建筑MEP(Mechanical、ElectricalandPlumbing)的設計與施工提出了更高的要求。管線綜合技術作為連接設計和施工的關鍵環節，直接關系到項目進度與工程質量。現階段，傳統二維MEP各專業（暖通、電氣、給排水）設計相對獨立，設計信息無法及時共享，導致MEP的最終設計中“錯、漏、碰、撞”等問題日益突出。因此，設計變更造成工程返工、材料浪費等問題更加嚴重，導致建筑工期延長和成本增加[1，2]，上述現象在國內普遍存在。基于BIM的MEP管線綜合技術和多專業協同作業針對這一系列的問題提供了有效的解決方法。

BIM技術作為未來整個建設行業發展的主流方向，其先進的工作模式和高效、智能的特點逐漸在建筑行業中顯現。利用參數化的設計數據，建立帶有屬性的三維信息模型，各專業間不僅可以共享全部的信息資源，還能實現各專業在同一平臺上進行碰撞檢查、沖突分析及3D模擬施工等應用價值[3]。

2 傳統二維管線綜合技術綜述

由于傳統MEP設計獨立性較強，且各專業間缺少及時、有效的協調與互動，導致MEP不同設計人員或不同專業間的管線設計出現交叉碰撞現象較為突出，為確保實際工程在規定的預算內按時按質的完成，在施工前需要對現有的MEP方案進行深化設計探討。傳統的MEP深化設計中，設計師只能調開圖紙中的各類管線的平面位置，對于錯綜復雜的管線交錯問題，需要設計師在腦海中聯想其三維的空間位置，從而判斷這些管線布置的合理性。這種僅靠人工檢驗管線交叉碰撞的方式不僅耗時、耗力，而且無法保證圖紙質量[4]。傳統MEP管線綜合存在的缺陷主要體現在：

1）MEP各專業設計相對獨立，新的設計變更不能及時傳遞給其他設計人員，各專業設計人員不能協同作業，造成設計方案出現設計錯誤，導致后期協調深化設計過程中需要多次反復進行，影響MEP專業人員的工作效率。

2）目前CAD制圖軟件不能提供實時關聯修改功能，需要設計人員進行手動修改。在管線綜合布置階段，設計人員花費大量的時間精力用于管線繪制與協調檢查，而非MEP管線綜合的優化設計。

3）對于復雜性和奇異性建筑，二維CAD無法對其幾何信息進行精準的表達。對于外形奇異的建筑，僅憑二維圖紙所體現出的設計信息很難將其正確地建造出來。另外，二維設計不夠直觀，給施工人員增加了很大的讀圖壓力。

上述問題表明，傳統二維CAD設計限制了建筑MEP系統發揮其最大的工程價值，而目前國內BIM技術的引進能很好地解決傳統建筑MEP設計與施工中存在的問題。有研究表明，70%的業主認同BIM技術的使用可以減少施工變更，提高項目參與方的協同工作有效性。可見，實際工程建筑中對BIM的需求日益強烈。

3 基于BIM技術的M EP優勢

BIM作為1種全新的工程設計理念，以其強大的直觀性、精準性和協調性在行業中凸顯。它的建模實質是將建筑、結構、電氣、給排水、暖通等各專業設計數據整合進同一三維建筑信息模型，利用模型三維可視化的特點，使建筑結構與設備、設備與管線間的空間位置關系得到更直觀的表達。基于BIM的協同設計，MEP各專業工作人員可在同一共享模型中協同工作，基于Naviswork平臺進行專業內和各專業間碰撞檢查及沖突調整工作，設計人員可以進行更合理的優化管線布置，從而形成最優化MEP設計方案。優化設計流程如圖1所示。同時，將優化后的BIM綜合模型應用于項目的設計、施工等全生命周期的各個階段，大幅提高工作效率和工程質量。

圖1 M EP優化設計流程

與傳統二維管線綜合相比，基于BIM技術的MEP設計可以將MEP各專業的設計信息模型整合到一起，從整體上把握專業間的協作情況。對模型中單一“碰撞點”的調整所帶來的“連鎖反應”，可即時反饋到模型中的其他部位，減少因溝通不當而引起的設計失誤。另外，在施工前可通過BIM模型進行“模擬施工”，校核設計中存在的管線交叉碰撞及空間排布不合理等問題，從而真正避免了在實際施工中發生此類問題，造成不可逆的工程損失[5，6]。有研究表明，通過BIM技術可縮短4%～8%的施工周期，減少18%～20%的各專業協調時間[7]。BIM應用于建筑MEP管線綜合技術的優勢如下：

1）利用BIM模型三維可視化的特點，可以對圖紙進行任意角度、任何部位的審查，以直觀、高效的方式實現綜合管網的優化設計。另外，在施工前可對模型期進行碰撞檢查、沖突分析，優化工程設計，減少在施工階段可能出現的錯誤。最后，施工人員利用優化后MEP綜合管線方案進行施工交底、模擬施工。

2）BIM技術允許參與建筑設計的各專業設計人員共享同一建筑模型并協同工作。在此基礎上對各專業子模型進行添加或修改，通過中心文件的鏈接功能上傳后，確保BIM整體模型實時自動更新，便于團隊設計人員追蹤整個項目的所有信息，并及時對自己的設計方案做出相應的調整和修改，提高團隊的整體工作效率。

3）為滿足實際施工中的凈高要求及為管線、設備的檢修預留足夠的檢修空間，MEP工作人員在設計時可充分考慮管線和支吊架的安裝空間，優化管線排布，提高凈空，確定合理的施工方案。

4 案例分析

4.1 項目概況

某房地產開發項目規劃總占地面積約4.2×104m2，總建筑面積約13.6×104m2，建筑主體為1座40層的集辦公、商務為一體的綜合樓，1層裙房為百貨商場，地下設3層，作為停車場和設備用房。該項目具有投資大、開發周期長、技術復雜等特征。本文以該綜合樓為研究對象，以Revit系列軟件為平臺，建立以建筑和MEP各專業設計數據為載體的三維建筑信息共享模型。通過MEP碰撞檢測、人工沖突分析、各專業協同設計等方式最大限度地優化MEP綜合管線，解決管道之間、管道與結構構件之間的碰撞和錯誤，提高MEP綜合設計效率和準確率。

4.2 BIM模型的創建與調整

1）模型的構建

創建建筑模型時，應遵循“由整體到局部”的原則，從項目整體出發，逐步細化。以RevitArchitecture為平臺創建其模型的基本流程如下：首先選擇項目基本樣板，創建空白項目，確定項目的標高、軸網以及創建門窗、屋頂、樓板等基本構件信息，構建BIM主體建筑模型（見圖2）。完成模型的基本構建后，可根據模型生成指定視圖，在視圖內進行細節調整，為視圖添加尺寸標注等注釋信息。對于MEP各專業子模型的創建，需要利用RevitMEP中的“鏈接模型”，將建筑模型的“中心文件”鏈接到MEP項目文件中，通過復制建筑模型的標高、軸網、墻等建筑信息以確定MEP管線的空間位置，在準備工作完成后開始創建MEP各專業子模型。利用中心文件的鏈接功能，將模型的局部調整在BIM整體模型中能夠實時自動更新，確保模型的準確性與信息的完整性（見圖3）。

圖2 項目建筑模型

圖3 項目最終三維模型

2）模型的分析調整

在BIM平臺上需及時對創建好的各子模型進行初步檢查和碰撞調整。對于與CAD施工圖紙不相符或空間管線布置不合理的區域進行局部的分析調整，然后將調整后的各子模型整合進同一BIM建筑模型中，在此基礎上進行MEP管線綜合碰撞檢查并生成沖突報告，對碰撞問題逐一分析修改。碰撞檢查會隨著圖紙的修改反復進行多次，與中心文件同步后，實現模型更新。

4.3 BIM團隊協作模式

隨著BIM技術的不斷發展，基于BIM的多專業協同工作模式成為未來行業的趨勢。不同專業的設計人員在同一BIM平臺上協同工作，進行項目的全生命周期設計。相比以往多專業線性的工作方式，基于BIM的多專業協同工作模式可使各專業進行更好的溝通，進而快速、高效、精確地設計[8]。

本項目以二維設計圖紙為基礎，使用RevitMEP軟件構建建筑綜合管網BIM模型。通過模型的數據化分析功能對模型內MEP各專業管線間進行碰撞檢查及綜合管網優化調整。BIM協同設計對減少項目的設計失誤和保證設計信息的準確傳遞起著至關重要的作用。對于局部管線分布較為復雜區域，在模型內進行深化設計，形成更多方位剖面圖，自動生成二維參考圖紙，反饋給設計方并應用于施工指導。基于BIM的MEP協同設計流程如圖4所示。

4.4 BIM的應用與價值

1）圖紙三維可視化檢查

本項目中利用BIM模型可視化的工作平臺，以構件的三維模型代替二維施工圖中的線條、標注、文字說明等表達方式，直觀地對工程內部進行全面審查，發現項目模型中存在多處圖紙平面標注和集中標注不一致的地方，及時與設計單位進行溝通調整，避免了施工過程中的設計變更，從而提高了圖紙審查效率以及項目施工效率。

圖4 基于BIM的M EP協同設計流程

2）碰撞檢查

碰撞檢查可事先對圖紙設計的錯誤進行預警并修正，避免因此導致的成本增加與工期延誤所造成的損失。本項目對BIM模型建成后，使用Navisworks進行碰撞檢查操作，通過軟件平臺自動查找管線、設備之間的沖突，并生成碰撞報告。在Navisworks軟件中確定碰撞點的位置后，需返回RevitMEP軟件平臺找出對應的碰撞點，并不斷加以修改完善。圖5、圖6為本工程的幾個典型碰撞點的調整實例（其中，紅色為消防管道，藍色為噴淋管道，粉紅色為電纜橋架）。在實際施工中，由于使用傳統管線綜合技術而導致的管線調整不會低于總工程量的10%，個別項日的改動量高達20%。而應用BIM技術后，通過統籌安排各種管線的空間位置，協調管線之間以及管線與其他工程之間的矛盾，完成管線的綜合設計，以期實現“零”碰撞目標。

圖5 碰撞點調整實例一

圖6 碰撞點調整實例二

3）管線綜合優化

集成各專業的BIM模型進行碰撞分析后，在BIM整體模型中再進行多次的管線綜合核查調整，對其不合理的布置進行修正調整。本項目在進行管線排布設計時，改變了傳統的深化設計方式，利用BIM的三維可視化技術，可以通過任意角度查看模型的任意位置，發現不合理的地方重新用三維模型進行深化設計，避免了施工過程出現的“錯、漏、碰、撞”等問題，大大提高了項目的施工效率。另外，設計師通過BIM三維可視化技術的特點彌補了個人空間想象不足的缺陷，使得設備繁多、管線縱橫交錯等復雜區域在管線排布方面更加合理，從而確保深化區域的合理性、可行性（見圖7）。

4）模擬施工

本項目將優化后的BIM模型上傳到Naviswork仿真系統平臺中，在項目施工前實現了BIM模型內部漫游，身臨其境地觀察工程內部的建筑結構及管線綜合布置，查找復雜的項目重點、施工難點。對于復雜的施工難點，在施工前利用BIM模型進行專項的“預施工”模擬，在滿足施工標準及施工要求的基礎上，通過模擬不同的施工方案形成多方案對比分析，選擇最合理的專項施工方案，進一步保證了施工安全和工程質量。同時，利用BIM技術可觀察復雜管線節點的具體構造，生成細部節點剖面圖等詳細的施工圖紙，從而指導后續的施工。

5）可視化技術交底

本項目中，利用BIM可視化模型及BIM漫游技術進行技術交底，為設計和施工單位提供最為便利、直觀的溝通方式，提高項目產出和團隊合作效率，提高企業競爭力；并且，減少了在施工過程中的大量信息請求，從而減少了18%～20%的各專業之間的協調時間，縮短了4%～8%的施工周期，提高了工程項目的施工效率。

圖7 優化前后管線綜合模型

4.5 BIM技術的問題和不足

現階段，應用BIM技術解決MEP管線綜合問題雖取得一些成果，但仍存在以下不足需在今后加以突破：

1）管線綜合需要考慮施工

在項目施工前，BIM協作團隊僅在滿足相關規范的條件下優化綜合管線排布，并未仔細考慮施工空間及施工作業面的問題，致使某些管線的綜合排布成果不能完全地指導實際施工。

2）BIM推廣需要理念支持

在實際施工過程中，施工人員往往習慣利用自身的工作經驗處理圖紙變更，放棄了BIM的模型的管線綜合成果的應用價值。因此，如何實現各參與方對于BIM理念的真正理解并積極推進BIM成果的使用價值還需要1個認知的過程。

3）BIM技術缺乏統一標準

BIM理念由國外引進，目前還沒有形成與我國國情相適應的建筑設計相關規范。在國內對于BIM技術的推行發展，國家相關的法規政策有待完善。

5 經驗與結論

目前，傳統的二維設計已經不能滿足復雜工程的要求，BIM技術的出現，通過三維可視化模型和強大的信息整合能力，實現了復雜管線綜合的設計應用。本文通過實際案例，綜合應用BIM技術，建立某綜合樓BIM模型，實現建筑MEP綜合管線的碰撞分析、綜合管網的優化排布，及時發現和解決管線沖突碰撞及優化空間管線排布等問題，有助于全方位把握工程的實施與進展，減少不必要的施工返工、成本增加，提高項目全生命周期工作效率與團隊協作能力，對于積極推動BIM技術在項目設計、施工及運維等全生命周期各階段的應用價值具有深遠意義。

【1】陳晨，李慶平.基于BIM技術的三維管線技術[J].土木建筑工程信息技術,2012(3):83-86，162.

【2】沈亮峰.基于BIM技術的三維管線綜合設計在地鐵車站中的應用[J].工業建筑,2013（6）:163-166+159.

【3】李雄華.BIM技術在給水排水工程設計中的應用研究[D].廣州:華南理工大學,2009.

【4】楊科,康登澤,徐鵬,車傳波.基于BIM的MEP設計技術[J].施工技術,2014(3):88-90.

【5】汪軍.基于BIM的MEP方案可施工性論證與優化研究[D].重慶:重慶大學,2014.

【6】趙家敏.基于BIM技術的建筑設備管線優化[J].科技資訊,2015（11）:52-53.

【7】AlesTomek,PetrMatějka.TheImpactofBIMonRiskManagementas an Argument forits Implementation in aConstructionCompany[J].ProcediaEngineering,2014(85):31-35

【8】寧冉.基于BIM技術的協同化設計[J].中國建設信息,2014（22）: 22-23.

Research of PipelineSynthesisTechnologyOptimization of MEP Based on BIM

HUANGDi1，WANGMing-li2，LIShu-fen3，LIULin-lin1,
1.SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering,QingdaoTechnologicalUniversity，Qingdao266033,China；2.QingdaoCentral StationofEnvironmentMonitoring，Qingdao266000,China； 3.QingdaoResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Qingdao266003,China）

】Building pipeline synthesis technology ofMEP is an important part between the design and construction. Taking the complexbuilding project as an example, this paper aim at the problem of drawing error and rework , introducing BIM technology , setting up acomprehensive BIM model. In the design stage ,we use the model to solve the problem of pipeline collision and optimize the pipelinecomprehensive arrangement .In order to construct conveniently ,simulation are carried out before construction , thus we greatly improveworkefficiencyandquality.

BIMtechnology;MEPpipelinesynthesis;workcooperatively;optimizeconfiguration

TU201.4

A

1007-9467（2016）09-0072-05

2016-03-28

黃迪（1990～），女，河南正陽人，碩士研究生，從事市政工程研究，（電子信箱）hd900925@qq.com。