智能建造背景下建筑給排水數字化技術應用

摘 要：智能建造背景下，科學技術水平的高速發展，帶來了產業數字化轉型，傳統設計行業面臨全新的挑戰，同時也迎來了前所未有的機遇。建筑給排水系統作為建筑工程的重要組成部分，其設計、施工和管理的數字化轉型顯得尤為關鍵。本文以某交通樞紐站項目為例，深入分析了給排水設計施工及運維過程中的數字化應用實踐，旨在探究智能建造背景下建筑給排水數字化技術的應用成效。

關鍵詞：智能建造；建筑給排水；數字化技術；建筑信息模型文章編號：2095-4085（2025）02-0025-03

0 引言

住房和城鄉建設部《“十四五”建筑業發展規劃》（建市〔2022〕11號）中提到，要加快智能建造與新型建筑工業化協同發展，加快推進建筑信息模型（BIM）技術在工程全壽命期的集成應用。建筑行業的不斷發展推動了國民經濟增長，而社會經濟的發展又進一步推動了建筑行業的升級改進［1］。建筑設計行業正在經歷數字化改革的浪潮，從傳統的手繪藍圖，到平面CAD制圖，再到三維信息化建模，這一系列的變革不僅極大地提升了設計效率與精度，更為建筑給排水系統的優化與創新開辟了新路徑。在智能建造的大背景下，數字化技術如BIM（建筑信息模型）、物聯網（IoT）、增強現實（AR），正逐步滲透到建筑給排水設計、施工、管理的每一個環節，以數據為核心，以智能為方向、一體化為目標，聚焦數字化生產、數字化管理與數字化運營［2］。

1 BIM技術應用

1.1 BIM技術概述

BIM技術（Building Information Modeling）是一種建筑信息模型，以三維數字技術為基礎，集成了建筑工程項目的各種相關信息，可為項目的設計、施工、運維等各個階段提供全面、準確的數據支持。相比于二維圖紙，三維的BIM模型能夠提供更高維度的模型數據，通過三維軟件對建筑進行建模，使得設計更加直觀立體。BIM技術采用對象導向的思想，每一個建筑元素構件均有其獨特的屬性和關聯關系，以數據為支撐，數字化建筑模型能夠模擬施工過程中的各種復雜情況，預測潛在問題。建筑信息建模（BIM）技術通過集成化設計、分析和管理平臺，可為給排水系統的規劃和實施提供一個全面的三維視角，從而提高設計的準確性［3］。目前，大多建筑設計院都已逐步采用BIM技術輔助設計，在建筑給排水系統設計中，BIM技術已具備完整的運用體系，可幫助設計人員提高設計的精度和效率。

1.2 BIM輔助設計

某交通樞紐站項目為城市綜合交通配套工程，總建筑面積約57660m2，地上18層，地下2層。該項目地下室為公交車始發站點，需要對整體層高進行控制，管道系統較為復雜。在此階段，BIM的應用核心在于促進團隊協作及優化建筑設計施工方案［3］，它賦能設計人員于虛擬環境中高效布局并優化給排水管道。自方案規劃階段初期，BIM軟件便可助力設計人員進行方案布局，并有效輔助施工圖的精準輸出。

傳統的建筑給排水設計流程中，各專業之間“自立山頭”，缺乏及時有效的溝通，從項目初步方案到施工圖落地，往往需要經過多輪的修改。而在智能建造的背景下，BIM平臺為建筑給排水系統與其他機電專業（如電氣、暖通等）提供了一個集成的協同工作環境。在BIM平臺上，給排水設計團隊可以將自己的設計成果上傳至中央數據庫，而其他專業的設計人員也能隨時訪問并查看這些設計信息。通過BIM模型的聯動性，當給排水系統中的管道布局發生調整時，與之相關聯的暖通、電氣等設備位置也會自動更新，確保了設計的一致性和準確性。此外，BIM平臺還提供了豐富的協同工具，如注釋、批注和版本控制等，使得團隊成員之間的溝通交流更加便捷高效。

通過revit品茗插件中的管碰撞檢測功能能夠自動識別并標記出潛在的管道碰撞點，可實時指導設計人員根據軟件的碰撞報告，逐一對碰撞點位進行排查調整。

1.3 機房管道預制與裝配

機電模塊化施工是一種新型的施工方式，主要內容為“工廠化管道預制+現場組對安裝”。本項目依托于前期設計階段三維信息模型的數字化優勢，機房管道可通過工廠化預制、模塊化裝配的方式進行安裝，大幅縮短了施工作業時間。在機電管道的BIM深化設計過程中，全面考量了機房設備布局的合理性、管道安裝交叉排布的經濟性、檢修空間預留的充足性，以及閥門與儀表間的精準位置關系。通過細致分析各專業系統，進一步優化了綜合管道設計，并據此提出了切實可行的優化方案。

預制工廠依據詳盡的預制管道構件清單實施預制作業，數控機床的精準操作確保了管道構件的精度與質量。流水化作業模式不僅提升了生產效率，還相較于傳統現場管材切割，大幅降低了材料損耗，簡化了現場施工流程，減少了不確定因素。

二維碼作為機電安裝工程中物料信息的載體，與物料合為一體。安裝過程中，物料的動作信息（包含參與動作的人員信息、物料圖片信息）通過采集設備上傳至信息化管理平臺，反映在BIM模型上，供查詢、管控機電安裝工程的整體進程。施工現場依據BIM模型以及CAD圖紙，對預制管段進行組合安裝，如同“樂高積木”的拼接方式，完成機房的安裝工作。深化后的BIM模型助力管理人員精準把控安裝進程，顯著提升了施工質量和精確度。尤其在復雜的機房環境中，各類管線錯綜復雜，不同專業不同班組的安裝過程往往難以把控，該技術的應用可以提高管理水平和項目進度的全過程監管。

2 AR技術運用

2.1 AR技術概述

增強現實（Augmented Reality，簡稱AR）技術是一種將虛擬信息與現實世界融合的技術，通過傳感設備，將計算機生成的虛擬圖像巧妙地疊加到真實環境中，從而促成了使用者與自然環境的直觀交互。這種前沿的人機交互模式，已廣泛應用于多個領域，展現出巨大潛力。近年來，隨著BIM輕量化技術的飛速進步與便攜設備計算能力的顯著提升，AR技術迎來了在建筑施工領域的快速發展，為BIM模型在施工階段的深度應用開辟了新路徑［4］。

2.2 BIM+AR施工指導

本項目施工交底階段，引進AR系統平臺，基于準確BIM模型，通過AR設備表達到施工現場，指導現場施工作業。但該項技術的應用依賴BIM數據的完整性和準確性，這對BIM模型提出了更高的精度要求。AR技術不僅局限于頭戴式顯示器，還能借助平板電腦或智能手機等便攜設備，將虛擬的管道、閥門、設備等信息精準疊加到實際施工環境中，使施工人員能夠直觀洞察設計圖紙中難以直觀展現的細微之處，進而顯著提升施工的精確度與效率，可初步實現“可視化圖紙”。

實踐中發現，施工隊伍往往只考慮本專業施工的便捷性，往往“先入為主”，導致頻繁的返工現象，進而推高了項目成本。為解決這一問題，項目引入了BIM+AR技術作為施工指導。該技術先通過專業插件對BIM模型進行輕量化處理，并分層導入至集成平臺，該平臺兼顧PC端與移動端使用需求。在移動端，借助BIM模型中預先設定的孔洞定位信息，施工人員可通過AR眼鏡與平板電腦的聯動，利用攝像頭功能，將BIM模型與現場實景實時疊加。相較于傳統的PC端BIM瀏覽方式，這一方法提供了更為直觀、生動的展示效果，確保了孔洞定位的準確性。

現場施工人員還可利用平板電腦，將BIM模型與已安裝的管道系統進行直觀比對，這不僅便于施工質量的核查，還有效支持了施工進度的精準管控。借助平臺后端強大的模型分類與整理功能，施工人員能迅速篩選出所需的專業模型，從而實現了高度針對性的作業指導。此外，傳統的BIM進度模擬在應對現場變化時顯得力不從心，難以實時調整以反映真實施工進度，導致計劃與實際情況存在偏差。而AR技術的融入，使得施工現場能夠以可視化的形式即時反饋進度信息，為施工計劃的靈活調整提供了有力支持。

3 數字化運維

二十大報告指出，城市建設應聚焦于強化基礎設施的構建，致力于塑造宜居、韌性及智慧并重的城市環境。“十四五”規劃則明確勾畫了提升城市智慧化水平的藍圖，強調推行城市樓宇、公共空間、地下管網等領域的“一張圖”數字化管理模式，并構建涵蓋源、廠、網、站、河的綜合管理體系，旨在實現城市水務系統安全、高效的運營目標。在這一進程中，數據驅動性是數字基礎設施的重要屬性，不僅展現了數字時代的鮮明特征，更凸顯出以數據為代表的無形資源的價值［5］。

既有建筑的數字化轉型中，BIM技術的應用是不可或缺的關鍵一環。具體而言，泵房作為建筑給排水系統的中樞，承載著調節水量、維持水壓、確保供水安全等多重關鍵職能。本項目在地下室水泵房中創新性地引入了智慧泵房系統，該系統憑借變頻供水設備的運用，實現了按需供水的智能化管理，大幅降低了不必要的能耗，同時確保了供水系統的穩定可靠。變頻供水設備能夠依據實時用水量智能調節水泵的運行頻率，從而達到節能減排的顯著效果。

4 挑戰與前景

2022年10月，住房和城鄉建設部精選北京市等24座城市作為智能建造的先鋒試點，旨在借助科技創新的力量，驅動建筑業邁向轉型發展的新階段。各地緊隨其后，紛紛制定了智能建造試點的具體實施方案，并著手構建完善的智能建造評價與統計體系。以溫州市為例，其智能建造試點城市的實施方案明確指出，要大力發展數字設計，目前新建的公共建筑項目已普遍采用BIM技術，而在市政給排水領域，市水務集團也正全力推進智慧水務相關業務的拓展。在“新工科”教育理念的背景下，智能建造等新興專業的設立，標志著傳統建筑業正經歷著一場深刻的數字化變革。在這場數字化改革的洪流中，對于建筑給排水行業的從業者而言，掌握BIM等數字化技術已成為不可或缺的核心技能。

但在數字化技術的實際應用過程中，也面臨著一些挑戰。作為建筑業的源頭，設計企業的數字化轉型顯得尤為關鍵。多數設計院積極響應政府號召，紛紛成立BIM研究團隊，并結合自身實際情況，制定了BIM正向設計的標準及流程，以確保BIM正向設計的高質量實施，為建筑企業數字化轉型的源頭之戰奠定了堅實基礎［6］。然而，BIM技術的推廣與應用需要巨大的資金投入，包括軟件、硬件設備的購置以及相關人員的培訓，這對于一些小型建筑設計院和施工單位而言，無疑是一項沉重的負擔。此外，BIM技術的普及還要求從業人員具備一定的計算機操作能力和數字化思維，這在一定程度上制約了其推廣的速度。

AR技術的運用同樣依賴于BIM技術的成熟度，模型必須具備較高的精度，才能有效支撐AR技術的實施。在大型工程中，模型的復雜性高，對設備的算力提出了更高要求，因此，需要通過合理的分區劃分，以確保大體量模型的有效運算與使用。同時，管理人員也需具備較高的數字化思維，能夠熟練運用BIM模型，這對人才的要求進一步提升。

智慧泵房的建設同樣需要持續投入資金進行設備的更新與升級。在建設過程中，涉及跨部門、跨行業的合作，涵蓋城市規劃、水務管理、信息通信等多個領域，協調難度較大。而在后期的運維過程中，也需要專業團隊進行維護與管理，以確保系統的穩定運行。

5 結語

在智能建造浪潮的席卷之下，數字化正逐步重塑建筑產業的新生態，引領著建筑產業在科技創新的驅動下踏上轉型升級的必由之路。隨著技術的日新月異，數字化技術在建筑給排水領域的應用正日益廣泛且深入，智慧城市、數字建筑、智能建造等新一代信息技術與建筑業的深度結合促使學科之間的交叉與融合日益廣泛與深化［7］。智能建造的蓬勃推進，正促使建筑給排水領域的數字化應用體系日趨完善，為建筑行業的可持續發展注入了強勁動力。

但數字化技術的應用并非一帆風順，而是面臨著技術成熟度、專業人才匱乏、資金投入巨大、跨部門協作復雜等多重挑戰。然而，隨著智能建造技術的日益成熟與廣泛普及，建筑給排水數字化技術的應用前景愈發廣闊，展現出無限可能。我們有理由相信，在不遠的將來，數字化技術將成為驅動建筑行業高質量發展的核心引擎，會引領建筑業邁向更加輝煌的未來。

參考文獻：

［1］葉琴曾.節能減排視角下建筑給排水設計優化升級路徑［J］.經濟技術協作信息，2022（21）：0041-0043.

［2］郭仁忠.以數字技術為核心打造建筑業新質生產力，助力好房子發展［J］.中國建設信息化，2024（12）：10-12.

［3］張菡.論商業建筑中BIM設計應用的研究［J］.四川水泥，2016（3）：113.

［4］鄧韜，劉瑋，陳炫伊，等.BIM+AR技術在超高層建筑機電施工中的應用［J］.安裝，2023（10）：61-63.

［5］“以數字新基建賦能智慧蓉城建設”課題組.以數字基礎設施建設賦能智慧城市發展——以成都市為例［J］.中國西部，2024（4）：37-44.

［6］張亞南，梁勇，彭少棠，等.BIM正向設計高質量落地研究［J］.廣州建筑，2024，52（2）：111-115.

［7］張盛楠，馬嘯雨，于海申，等.“新工科”背景下應用型大學給排水專業智能化課程群建設探索［J］.土木建筑工程信息技術，2021，13（5）：96-101.