基于BIM 技術(shù)的土建及管線綜合二次優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉燕，高堃，呂嘉怡，何飛，羅顯楓

（1.大華建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司黃石分公司；2.湖北理工學(xué)院）

1 引言

以往的各類施工圖設(shè)計(jì)多為二維平面設(shè)計(jì)且其各專業(yè)單獨(dú)設(shè)計(jì)，使得專業(yè)之間缺少協(xié)調(diào)，出現(xiàn)管道的碰撞，管道路徑的不合理，或者與土建結(jié)構(gòu)主體存在重合或者占用過多空間等問題。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在面對(duì)這些問題時(shí)難以解決或過程繁瑣，而引進(jìn)基于BIM 技術(shù)的土建及管線綜合二次優(yōu)化設(shè)計(jì)能有效的處理這類問題，提升工作效率[1]。

以Revit 軟件平臺(tái)作為土建及MEP設(shè)計(jì)優(yōu)化的BIM 技術(shù)基礎(chǔ)，圍繞其拓展的各類BIM 軟件建立三維模型構(gòu)件和主體來進(jìn)行建筑模型的信息化和數(shù)據(jù)化即BIM（Building Information Modeling）中最重要的一環(huán)information。將土建及MEP 中機(jī)電、暖通、給排水專業(yè)建立數(shù)字化三維模型后，再整合為一個(gè)總的三維數(shù)字模型，此模型可使用在土建的問題報(bào)告，結(jié)合圖紙進(jìn)行管道管線的二次優(yōu)化，及仿真效果圖。BIM 技術(shù)可貫穿于整個(gè)項(xiàng)目即從施工圖設(shè)計(jì)到項(xiàng)目建立完成后的后期維護(hù)。

2 建筑信息模型優(yōu)化設(shè)計(jì)的工作流程

采用Revit 平臺(tái)建立一比一的土建主體和管道綜合模型，而將兩個(gè)部分綜合到一個(gè)三維空間中，得到兩個(gè)部分的空間布置關(guān)系，可在三維視圖中即時(shí)調(diào)整建筑主體和設(shè)備、管道綜合的三維布置，就可以得到此項(xiàng)目的土建和MEP 最優(yōu)的空間分配和管道綜合的最佳線路及間距。所使用的Revit 平臺(tái)依靠模型的具體構(gòu)件數(shù)據(jù)通過屬性界面和用戶進(jìn)行特性展示。

本次地下車庫的土建及機(jī)電的二次優(yōu)化需要依靠BIM 平臺(tái)中三維信息化模型，針對(duì)項(xiàng)目中土建主體關(guān)鍵凈高分析、管道綜合深化設(shè)計(jì)、模型整合后的凈高控制。

在Revit 平臺(tái)上所繪制出來的三維模型能夠?qū)AD 圖紙中所反應(yīng)出來的信息完全表達(dá)出來，并且更加直觀、直接，而后的設(shè)計(jì)修改都能夠隨之反映到模型中。此技術(shù)能夠領(lǐng)先于施工現(xiàn)場(chǎng)看到三維仿真建筑主體，與設(shè)計(jì)方交流，使二次優(yōu)化落到實(shí)處。我們建立的MEP 三維模型可與土建主體整合，展現(xiàn)出實(shí)際施工中的管道沖突、管道附件銜接問題，管線空間設(shè)置問題。進(jìn)而高效準(zhǔn)確的進(jìn)行綜合管網(wǎng)的深化設(shè)計(jì)即修改空間布置，替換管道附件等問題[2]。深化設(shè)計(jì)流程圖如圖1 所示。

建立模型之前將CAD 圖紙分專業(yè)處理，再根據(jù)各項(xiàng)專業(yè)建立三維模型，梁板等建筑構(gòu)件綜合為完整的土建仿真模型，電氣、暖通、給排水、消防、噴淋則構(gòu)成完整的管道綜合模型，建立完成后對(duì)照?qǐng)D紙查缺補(bǔ)漏。

圖1 深化設(shè)計(jì)流程圖

整合建立的土建和管道綜合模型，利用Revit 的三維視圖及建立的過濾器檢查模型沖突，管道碰撞，并進(jìn)行碰撞檢測(cè)，出具碰撞問題報(bào)告。

拿到問題報(bào)告后針對(duì)問題提出合理解決方案，并根據(jù)方案修改模型，然后在樓層平面視圖中導(dǎo)出優(yōu)化結(jié)果，同時(shí)附上問題處修改前后對(duì)比圖及相應(yīng)位置三維視圖，寫出具有指導(dǎo)和建設(shè)性的問題報(bào)告，為后期人員的深化設(shè)計(jì)提供方案。

3 土建及管線綜合二次優(yōu)化設(shè)計(jì)在某商業(yè)住宅區(qū)的實(shí)際運(yùn)用

此項(xiàng)目中的地下室土建主體標(biāo)高復(fù)雜，構(gòu)件空間布置變化較多。從地下基礎(chǔ)的標(biāo)高來看把整個(gè)地下車庫分為了三大塊，并且在項(xiàng)目北方向還設(shè)置了地下夾層，每個(gè)結(jié)構(gòu)變化處用坡道銜接，形成一個(gè)整體。土建主體的復(fù)雜使得，給排水、消防，暖通等各類管道的空間布置路徑安排等設(shè)計(jì)變得非常艱難。通過與相關(guān)BIM 工作室的合作利用Revit 及其周邊相關(guān)BM 軟件共同構(gòu)件車庫的三維數(shù)據(jù)模型進(jìn)行土建及管線綜合二次優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.1 協(xié)同工作

前期建模利用Autodesk Revit 平臺(tái)自帶的協(xié)同功能與合作的BIM 工作室進(jìn)行多人合作，快速高效的模型建立，把CAD 圖紙上信息反映到三維數(shù)據(jù)模型并實(shí)時(shí)共享成果。

后期二次優(yōu)化在模型建立無誤的前提下，進(jìn)行三維綜合模型的碰撞檢測(cè)，并進(jìn)行管線綜合的優(yōu)化設(shè)計(jì)。將二次設(shè)計(jì)優(yōu)化成果結(jié)合CAD 圖紙導(dǎo)出，形成優(yōu)化成果報(bào)告，最后將模型的三維視圖和優(yōu)化成果報(bào)告共同提出，編制最終的土建及管線綜合二次優(yōu)化成果匯報(bào)文件。

4 項(xiàng)目模型建立及整合

在建立所有構(gòu)件之初，需要在Revit軟件中建立一個(gè)統(tǒng)一的基點(diǎn)，然后所有的標(biāo)高都基于這個(gè)機(jī)電進(jìn)行創(chuàng)建。Revit平臺(tái)所提供的協(xié)同功能使得我們能夠多個(gè)終端建立的模型儲(chǔ)層于同一個(gè)中心文件中，實(shí)時(shí)同步模型繪制進(jìn)度，利用平臺(tái)創(chuàng)建各自構(gòu)件的工作集。例如，將結(jié)構(gòu)梁的繪制工作放置于設(shè)立的梁工作集，由此可創(chuàng)立不同類別構(gòu)件。不同管道管線系統(tǒng)的單獨(dú)工作集，工作集即分類，在檢測(cè)模型時(shí)就可利用工作集的可見性來單獨(dú)顯示相關(guān)構(gòu)件或系統(tǒng)，使得模型審查更為快捷。土建主體模型和MEP 模型基點(diǎn)的統(tǒng)一使得在鏈接整合兩部分模型時(shí)構(gòu)件于構(gòu)件得相對(duì)位置不會(huì)出現(xiàn)偏差。

4.1 土建主體模型創(chuàng)建

土建主體模型的建立給項(xiàng)目中其他部分定了一個(gè)參考點(diǎn)，依靠參考點(diǎn)去繪制大范圍相同高度的梁、板、柱標(biāo)高，小區(qū)域的局部標(biāo)高變化則利用偏移去調(diào)整，讓后進(jìn)行建筑主體構(gòu)件的定位軸線的建立，定位軸向同基點(diǎn)相對(duì)位置保持一致[3]（見圖2）。

4.2 MEP 模型創(chuàng)建

此地下室中管道系統(tǒng)多樣，管線排布較為密集且數(shù)量多，空間布置較為復(fù)雜，所以在進(jìn)行模型建立時(shí)利用工作集分專業(yè)進(jìn)行協(xié)同作業(yè)，并利用不同系統(tǒng)間屬性不同的特性將同一系統(tǒng)進(jìn)行上色處理，例如消防管道及其附件就賦予紅色，給水管道及其管道附件就賦予綠色，噴淋系統(tǒng)就賦予黃色，電纜橋架、通風(fēng)系統(tǒng)賦予灰色這樣就可以就利用顏色判斷管道構(gòu)件的系統(tǒng)，同時(shí)在三維視圖中也便于觀察空間布置問題（見圖3）。

5 土建模型分析及優(yōu)化

圖2 局部土建模型

圖3 局部管道綜合模型不同系統(tǒng)采用不同顏色區(qū)分

土建模型繪制完成后，對(duì)其空間凈高和銜接坡道進(jìn)行分析和優(yōu)化，分析結(jié)構(gòu)主體的凈高是否滿足地下車庫凈高要求，同時(shí)分析出來的凈高可利用在MEP的空間布置參考中，分析時(shí)將相同凈高空間給予同一顏色標(biāo)注，便于看見凈高分部。然后就是每個(gè)地塊之間銜接的坡道凈高分析，根據(jù)三維視圖去測(cè)量坡道在考慮預(yù)留管道管線布置空間后是否滿足結(jié)構(gòu)要求[4]（見圖4）。

在凈高分析后如果發(fā)現(xiàn)建筑主體凈高不符合項(xiàng)目要求，則需要提出問題，寫明問題具體位置并給出具有指導(dǎo)性的修改方案，例如梁高度在此位置不符合統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)則提出修改梁尺寸或者刪除梁的提議，而坡道凈高不足往往是邊坡點(diǎn)的梁使得坡道凈高最不利點(diǎn)不符合要求，在不改變大結(jié)構(gòu)的前提下提出梁上翻的方案，將上述幾類問題匯總為一封問題報(bào)告，提交后與設(shè)計(jì)方共同進(jìn)行二次優(yōu)化方案敲定。

6 管道綜合碰撞檢測(cè)與優(yōu)化

基于CAD 圖紙建立的管線綜合模型完成后，操作軟件進(jìn)行碰撞檢測(cè)，在軟件自主完成管線、機(jī)械設(shè)備的碰撞檢測(cè)后出具檢測(cè)報(bào)告，檢測(cè)報(bào)告中包含了管道管線、電氣橋架、消防噴淋、構(gòu)件之間沖突點(diǎn)，還包括了以上構(gòu)件和土建主體的碰撞點(diǎn)。根據(jù)碰撞檢測(cè)報(bào)告，進(jìn)行初步優(yōu)化，優(yōu)先將報(bào)告中的沖突點(diǎn)進(jìn)行人工篩查和優(yōu)化。如圖5 沖突點(diǎn)以及圖6 優(yōu)化方案。

在解決碰撞報(bào)告中問題后，進(jìn)行模型整體的人工核查，確保模型的優(yōu)化程度，在人工復(fù)查后與碰撞報(bào)告結(jié)合后統(tǒng)計(jì)出沖突點(diǎn)217 個(gè)。

7 結(jié)語

本次基于BIM 技術(shù)進(jìn)行的土建及管線綜合二次優(yōu)化設(shè)計(jì)主要利用了Autodesk Revit 平臺(tái)進(jìn)行研究和二次優(yōu)化，項(xiàng)目共建立主要結(jié)構(gòu)標(biāo)高18 個(gè)，主要建筑標(biāo)高11 個(gè)，為構(gòu)件的準(zhǔn)確定位打下基礎(chǔ)，創(chuàng)建管道綜合子工作集共5 個(gè)，包括橋架、噴淋、消防、給排水、暖通，利用軟件檢測(cè)沖突碰撞點(diǎn)217 個(gè)，給二次優(yōu)化設(shè)計(jì)工作提供了參考依據(jù)，并且極大程度的解決了管道管線空間布置問題，提高了設(shè)計(jì)優(yōu)化效率，為后期施工提供了極具參考意義的優(yōu)化成果。

在優(yōu)化后的三維信息模型中可以導(dǎo)出各個(gè)專業(yè)的工程量，并且可依此套入相關(guān)計(jì)價(jià)規(guī)范，制作出工程的材料計(jì)價(jià)清單，并且設(shè)計(jì)的每一次修改都可以與之聯(lián)動(dòng)。基于BIM 技術(shù)建立的三維模型價(jià)值不單單是體現(xiàn)在目前的研究之中，它還可以參與到施工過程中，將信息帶入到施工現(xiàn)場(chǎng)，甚至可以掌控施工進(jìn)程，達(dá)到數(shù)字化施工的程度，這也是日后研究發(fā)展的方向[5]。

圖4 局部?jī)舾叻治鰣D

圖5 碰撞點(diǎn)示意

圖6 優(yōu)化方案