BIM技術在住宅小區地下室綜合管網中的深化設計與應用

文／芶黎明 綿陽市金鵬置業開發有限公司 四川綿陽 621700

引言：

住宅小區地下室管網在城市發展中發揮著重要作用，也是建筑領域中一項重要的基礎設施，其主要由雨水管道、電力管道、污水管道、熱力管道、給水管道等構成，不同管道由不同部門進行規劃、設計、施工及運維管理，這些管道構成了小區地下室綜合管網，在整個建筑物內部承擔著各種物質運輸功能，滿足用戶的基本生活需要。然而由于該工程基本是地下敷設，綜合管網空間較為復雜和隱蔽，致使工程建設、運維管理難度較大，若各專業之間缺乏有效的溝通和合作，不僅會導致不同管道之間相互碰撞、相互制約，還會導致地下室空間的浪費，從而導致住宅小區的居住質量大大降低。BIM 技術的主要優勢在于貫穿于建筑項目全生命周期，將該技術應用到住宅小區地下室綜合管網建設中，能夠進一步優化綜合管網的設計與管理，從而提高施工效率，確保整個工程的建設質量。

1、地下室綜合管網中BIM 技術的應用研究現狀

關于BIM 的定義，美國國家BIM 標準委員會認為：“BIM 作為一種建筑信息模型，主要是通過先進數字技術的利用，構建一個能夠存儲整個工程項目所有階段的各個物理與功能特性的三維模型，有助于相關部門借助模型信息進行工程項目的運維管理”。通過調查和統計分析得出：BIM 技術可以事先找出建筑工程中一部分潛藏而難以發展的變更，在很大程度上減少預算未知變更量；相較于具體工程成本，可以更加精準的控制建筑工程成本概預算；可以迅速統計工程，縮短項目成本估算實踐；對于施工方案的設計，可利用虛擬的三維模型，來對施工方案進行碰撞檢查，提前發現方案中存在的問題和不足之處，然后對施工方案進行優化設計，提前解決各種沖突，節約建設成本；能夠模擬施工，對施工進度進行有效優化，從而縮短施工工期。近年來，國外發達國家的大多數公共建筑工程中都應用了BIM 技術，并制定了各種BIM 應用標準。

在我國，BIM 在城市地下室綜合管網建設方面的研究和應用相對較少，缺乏一套完善、成熟的應用標準。在2011年，我國有關部門頒布了一系列文件，明確指出：“建筑設計與勘測單位應當以網絡平臺為出發點，積極促進BIM技術在建筑工程項目中的信息化、集成化與協同化，實現建筑、結構、水暖電等方面的信息共享，增強自身的業務水平”。我國專業從業者經研究發現：（1）基于國內現階段的施工管理現狀，針對一些大型建筑工程項目，可依據BIM 技術在工程施工各環節的應用現狀，二次開發了以BIM 的三維模型為基礎的4D 施工管理系列軟件，經過具體實踐可知，BIM 能夠有效提高建筑工程施工效率與質量；（2）在某建筑工程項目中借助BIM 技術構建管線模型，并進行管線碰撞檢測，在設計圖紙會審環節利用管線碰撞與管線綜合，找出二維圖紙中存在的設計錯誤，從而進一步優化管線設計圖；（3）在某大型機電安裝工程中應用BIM 技術，完成BIM 三維建模，然而進行模擬分析，提高技術交底的有效性，最終應用結果表明：BIM技術在建筑MEP 中具有應用價值等。

對于住宅小區地下室綜合管網建設而言，通過應用BIM 技術的三維設計與規劃，能夠篩選出最為科學可行的管線布設方案，顯著提高設計效率，促使地下室管線布設更加順利、有效的開展，提高地下室空間的利用率，也能為地下室綜合管線的施工安裝與管理維護提供有效的指導，盡量避免綜合管道施工中由于碰撞而引發設計變更問題，有效縮短工期，節省建設成本。

2、BIM 技術在住宅小區地下室綜合管網中有效運用

2.1 構建BIM 地下室綜合管網模型

2.1.1 建模規范

BIM 地下室綜合管網模型構建的好壞直接關系到住宅小區地下室綜合管網工程的建設質量，所以在具體構建過程中必須立足于三維數字化技術，在三維模型中錄入工程項目全生命周期中各個階段的所有信息，讓地下室綜合管網的建設流程與管網系統的自身信息集合起來，生成一個完善的信息化與數字化系統[1]。相關建模標準包括：（1）結合具體工程建設需求，分階段和分系統建模；（2）建模等級必須符合各階段設計交付規范；（3）依據命名規則對構件信息與類型進行正確、合理的命名，以便后續及時獲取構件信息；（4）管網模型信息必須全面且完整；（5）管網模型必須真實的反映出管道構件的具體材質、功能及尺寸等，以便統計；（6）模型中所有數據必須具備一定的關聯性與交互性。

2.1.2 建模模型流程

一是，在建模前，應編寫建模計劃與建模構件清單。由于住宅小區地下室綜合管網工程的規模比較龐大，需要多個部門參與進來，會用到種類繁多的的管件與附屬設施，只有七千制定好構件清單，才能夠確保后續施工安裝工作的有序開展，清單內容包括：使用哪款軟件建模，使用何種顏色來區分不同管件等，從而形成一個清晰的建模思路，避免重新建?；蚴侵型痉倒?。

二是，繪制場地模型。結合住宅小區地下室所在區域的地形特點，明確高程基點，然后利用Revit Architecture 軟件來繪制出場地模型。

三是，繪制土層模型。結合工程項目地質勘查報告，使用不同的材質來反映不同的土層。地下室綜合管網均需在土層里進行施工安裝，因此在設計土層模型時，應充分考慮土層的具體性質，對管道進行力學分析。

四是，構建建筑結構模型。地下室綜合管網的物質輸送終端為構建物各種裝置與設備，從而更好地滿足居民日常生活所需。

五是，構建地下室管線模型。遵循從上到下、先干管后支管的原則，結合不同功能的管道，構建不同的模型建模。

六是，模型整合。以導入或是鏈接方式，把不同專業的地下室管道模型、建筑模型等拼接到一個模型中，并結合場地模型將上述模型放到合適的標高位置。

2.1.3 建模關鍵技術

在住宅小區地下室綜合管網的BIM模型建模過程中，需要有效使用相應的建模關鍵技術，以更加科學、深入的優化管線碰撞檢測與管理設計，為后續施工作業和運維管理提供有效的指導。具體包括：（1）充分考慮具體施工情況，BIM 工程師應在具體施工經驗的基礎上，對施工中存在的工作面、空間問題進行全面考慮，搭建不同管道模型，確保三維管線模型能夠指導具體施工；（2）采集建模信息，“信息”是BIM 模型的核心，也是住宅小區地下室綜合管網建設的“靈魂”，所以在建模前，工程師必須加強以業主、建設單位、監理單位、施工單位等方面的溝通協調，獲取到準確、全面的工程信息，特別是管線變更信息，從而確保最終建成的BIM 模型具備應有的使用價值[2]；（3）創建異形構建，BIM 工程師應集合工程具體狀況，設計一些復雜多樣、新的異形構件，以滿足住宅小區地下室綜合管網的基本功能。

2.2 三維模型可視化與碰撞檢測

2.2.1 可視化

對于住宅小區地下室綜合管網而言，可視化在管線布設、施工安裝、后期運維管理中起著重要的作用。如：在管線二維施工設計圖中，僅僅以點線面、文字符號的方式來呈現管線的空間位置，而對于管線布設方式與空間幾何位置的明確，需要結合既有工作經驗來自行想象，這就導致在施工安裝結束后出現管線布設與空間位置不吻合設計圖紙的問題，從而影響到后期運營中的維護管理和管線更新[3]。針對這一情況，工程師可利用BIM 的可視化功能，把繁復多變、空間位置參差錯落的管道管線三維的立體形象實物模型展現在工作人員眼前，也便于設計人員更加直觀地開展碰撞檢測分析，為施工人員開展施工作業提供必要的指導，確保設計與施工的相一致。

2.2.2 碰撞檢測

碰撞檢測主要指借助BIM 技術中的相關軟件，把二維設計圖轉變成三維模型，這一過程并非是簡單的建模，還是一個對工程施工過程的動態模擬，能夠充分暴露出設計圖紙中隱藏的各種問題，以便各方人員及時查缺補漏。同時，碰撞檢測也是一個精細化的設計檢測技術，能夠對工程施工中可能發生的不合理或是問題進行提前預判，以便設計人員有針對性的優化施工圖紙，提高設計質量，為后續施工工作高質高效開展提供有力的保障。

在住宅小區地下室綜合管網工程中，涉及到中數量繁多、類型不一的管線，如：污水、電力、熱力、給水等，這些管道布設由不同的設計部門負責設計，不同的安裝部門負責安裝，不同的管理部門負責后期運維管理，而不同管線的布線時間、布線位置及標準也存在很大的差異，故而不同管線之間在施工安裝時極易出現碰撞問題，從而影響到地下室綜合管網建設質量，乃至會給建設企業造成不可避免的經濟損失。基于此，可借助BIM 技術的碰撞檢測分析功能，來對不同管線之間、住宅小區與管線之間存在的各種碰撞問題進行有效、迅速的識別，并將不同管線的布線方案構建成不同的三維模型，然后在虛擬的模型中完成各種管道的碰撞檢測，從而找出存在的碰撞與沖突問題，告知相關負責部門及時修改錯誤，最終制定出更加科學可行的綜合管網施工方案[4]。相較于傳統碰撞檢測，基于BIM 技術的碰撞檢測能夠在極大程度上減少人力和物力的投入，碰撞檢測結果也更加全面和準確，幾乎不會出現疏漏，還能夠有效縮短整個工程項目的建設周期。

另外，現階段，基于BIM 技術的碰撞檢測的軟件包括Navisworks、Solibri Model Checker、Navigator 等，BIM 工程師可結合工程項目的具體需要，選擇合適的碰撞檢測軟件，將管線由二維圖紙轉變成三維模型，更加直觀清晰地呈現出地下室綜合管網中的管線空間幾何位置，并直觀地發現存在的碰撞錯誤，然后利用BIM 技術的其他軟件將檢測結果發送給對應的負責部門，督促其及時調整與修改，從而有效減少施工期間的設計變更幾率。

2.2.3 管線優化

由于住宅小區地下室綜合管網的規模較大，且種類豐富，所以在完成地下室空間布設以后，需要進一步優化各類管線。具體優化原則為：（1）科學處理管線碰撞問題；（2）對于各類管線的施工，必須保證不會影響到其他施工作業的開展，盡可能對各類管線進行緊湊布置，從而確保地下室空間得到更加充分的利用；（3）盡量避開主要干管，減少管線彎轉；（4）盡可能在一個溝槽中埋設管線，依據相應的順利與層次要求進行管線布設；（5）嚴格按照相關管線布線標準，并盡可能提高管線布設的美觀性。

2.3 基于BIM 技術的綜合管網信息化管控

2.3.1 施工進度方面

在住宅小區地下室綜合管網施工期間，可利用BIM技術來構建科學可行的施工進度管理體系，該系統集成了施工進度與施工組織的管理方法、管理理論及先進技術，借助信息化技術來實現整個工程施工進度管理的協調性、高效性、可視化及準確性，確保施工進度與質量。同時，該系統還能夠實現對施工進度的模擬，從而提高進度管理和成本控制效果。

2.3.2 4D 施工模擬

對于建筑工程項目而言，由于項目規模較大，涉及到的專業較多，施工過程中存在諸多的風險因素，這就使得施工管理的難度非常大，而施工工序是既定的，一旦某一環節出錯，就需要投入更多的財力、人力及物力來解決，這樣不僅耽誤了工期，還會影響到整個工程項目的經濟熊阿姨?；诖?，BIM 工程師可利用計算機技術來構建一個虛擬平臺，依據工程項目的建設要求與各種信息資源，對施工組織計劃、施工安排、施工流程等進行全面考慮，制定出以點線面為基礎的施工進度方案，在三維模型中鏈接時間因素，構建4D 施工進度模擬，然后在此基礎上，對計劃進度與實際進度之間存在的偏差進行有效分析，從而進一步優化施工進度與施工計劃。

針對4D 施工模擬的應用，以三維的住宅小區地下室管線模型為出發點，充分考慮施工時間因素，依據建模先后次序來對動態的工程項目施工過程進行模擬，再借助先進的信息化技術，構建虛擬地下室綜合管網模型，從而在施工前對整個施工過程加以模擬，對其中可能遇到的問題進行提前預判，實現先模擬后建造，解決設計錯誤，提前規避施工中隱藏的風險與沖突，還能夠對不同施工計劃、施工方法等進行比較分析，篩選出最優的施工計劃與施工方法，并提前完成施工技術關鍵點的技術交底，最終有效減少施工期間的設計變更問題、安全問題，實現對各類施工資料的動態集成管理，確保住宅小區地下室綜合管網工程的按時按質完成。

2.3.3 施工管理

信息化管理是BIM 技術中最為重要的一環，BIM 是一種基于三維模型而構建的信息數據庫，具備非常強大的存儲能力，在數據庫中存儲建筑工程項目的所有信息。在住宅小區地下室綜合管網施工過程中，可借助BIM 技術，將管網中的每個構件的編號、類型、供應商、施工日期等數據信息視作其屬性，在三維模型中進行統一存儲，以便各方更加高效的開展地下室管線數據分析與管理工作。在具體施工管理環節，可先在BIM 平臺上錄入所有的地下室綜合管網信息，各參與方均可以從這一平臺上獲取所需信息，保證管線各部門之間的協同合作，對整個綜合管網的施工安裝工序進行科學安排，提高施工安裝效率[5]。同時，利用地下室綜合管網的4D 施工模擬，能夠更加準確和充分的掌握建筑工程施工中進步計劃的關鍵點，然后通過比較工程具體進度與模型計劃，找出其中存在的偏差或是錯誤，然后及時進行處理，把具體變化控制在計劃范圍之內。

另外，在具體施工管理過程中，BIM 技術的應用要點包括：（1）實現精細化管理，即通過構建三維模型，實現對地下室綜合管網的可視化，并對其進行4D 施工模擬，可對整個施工安裝過程進行科學高效的管控，并通過對比模擬關鍵節點的施工安裝方案，篩選出最優的施工技術和工藝；同時，在技術交底環節，可借助三維模型來對施工技術與工藝進行直觀、立體的呈現，實現可視化交底，以便相關人員更加科學的安排每一道施工工序，實現對各施工節點的合理控制，確保具體施工進度與模擬進度趨于一致，從而切實保障施工質量與施工進度。在此基礎上，可利用工作分解結構進行工程費用計價，并與施工安裝預算相鏈接，構建BIM 4D/5D 進度—成本模型，最終明確該工程總承包預算與單項工程成本預算，以便相關人員更加科學、精準地控制各施工環節的建設成本，為企業創造更多的經濟效益；（2）施工信息共享，在綜合管網施工安裝過程中，各參建方的管理協調工作是否良好，直接影響到整個工程的施工進度與質量，所以可利用BIM 平臺來實現各參建方的施工信息共享，強化彼此之間的溝通交流，構建起模塊化與集成化的施工模式，確保各項資源的最優化利用。

2.3.4 運維管理

通過BIM 模型的應用，對建筑工程建設中各環節中產生的信息進行全面分析和存儲，包括：規劃環節、設計環節、施工環節、竣工驗收環節等，從而為后期的住宅小區地下室綜合管網運維管理提供必要的數據支持，如：通過利用BIM 技術，建立工程項目運維管理系統，在信息數據庫中存儲管網的所有屬性信息與空間信息，以便后期存儲管理；借助該系統所具備的強大分析能力，再與其他分析軟件相連接，實現對地下室綜合管網運行狀態的全過程、動態模擬與監測；另外，利用BIM平臺的網絡運行功能，對地下室綜合管網中各類管線的復雜分布、空間關系相應情況進行實時查詢、瀏覽及觀測，及時準確地發現其中出現的一些突發事故，并告知相關部門進行處理，以確保地下室綜合管網始終保持良好的運行狀態。從而實現工程后期運維管理的智能化與自動化，顯著提高運維管理質量和水平。

結語：

綜上所述，在住宅小區地下室綜合管網建設過程中，建設企業必須積極應用BIM 技術，構建三維模型，通過三維模型可視化與碰撞檢測來提高工程項目的設計效率，實現對綜合管網的深化設計，編制出更加科學、可行的施工方案，為后續施工工作提供有效的指導。同時，通過基于BIM 技術的綜合管網信息化管控，能夠有效控制施工進度，確保施工安裝作業的保質保量完成，獲得良好的社會效益與經濟效益。