給排水BIM正向設計應用及探討

APPLICATIONANDEXPLORATIONOFBIMPOSITIVE DESIGNINWATERSUPPLYANDDRAINAGE

Liang Jiayin Dai Jiayue Zhai Xiaomin Liu Huali Meng Su （Beijing Shougang International Engineering Technology Co.，Ltd..Beijing1OoO43， China）

Abstract：Inthecurrent digitaltransformationoftheconstruction industry，Building Information Modeling （BIM） has becomeanimportant toolforpromotingthedevelopmentof theindustry.Taking themain plantofacertainsteel plant asa case，this paper summarizes the BIM forward design processof the building's water supplyand drainage system， covering multiple linkssuch as the layout design of watersupplyand drainage pipelines，pipe size，material selection， colisiondetection，and pipelineintegration.TheaimistoelaborateontheinnovativeapplicationofBIM technologyin the design of water supply and drainage systems，deeply analyze the practical isues of BIM forward design，explore the cuting-edge topics of the industry，andconduct in-depth thinkingand forward-looking analysison the development potential and application prospects of BIM forward design for building water supply and drainage systems.

Key words： BIM positive design;water supply and drainage;collaborative design; pipeline integration

0引言

在城市化進程加速的背景下，城市建筑施工作業的范圍持續擴展，建筑結構的復雜度亦顯著提升，給排水系統作為建筑與基礎設施工程中至關重要的組成部分，其設計質量直接影響到工程的整體性能。長期以來，傳統的CAD二維設計技術在給排水領域得到了廣泛應用，然而，其存在空間關系表達不充分、管道碰撞檢測難度高、協同作業挑戰大以及信息量局限性等問題，嚴重制約了給排水設計的效率[]。BIM技術通過其可視化特性，使得設計師能夠在三維模型中直觀地展示給排水管道布局，如同在虛擬環境中進行現場勘查；其協同性允許項目團隊成員實時共享和更新設計信息，例如結構工程師和管道設計師可以同時工作在同一模型，即時解決干涉問題；而參數化功能則實現了管道尺寸和布局的自動調整，當管道直徑或材料類型更改時，管道系統會自動更新，大幅提升設計準確性和效率。本文以某鋼鐵企業發電主廠房BIM正向設計為例，深入探討給排水BIM正向設計的應用方法，旨在為給排水設計的高效實施提供理論支持和實踐參考。

1項目概況

某鋼鐵企業發電主廠房建筑基底面積2559.52m² ，建筑面積 6 013.45m² ，建筑高度28.550m ，生產火災危險性為丁類，耐火等級為二級，以毫米（ mm ）為單位。設計范圍包括給水、排水、消火栓、水噴霧、雨水、滅火器等系統。以上系統均依托三維軟件（OPM，OpenPlantModeler）軟件完成BIM正向設計，技術路線見圖1。

圖1主廠房給排水BIM正向設計技術路線

2 BIM正向設計策劃

2.1工作空間定制

三維協同設計平臺（PW，ProjectWise）將專業間的數據交互方式由傳統的二維圖紙轉變為三維模型，信息提取方式從人工操作升級為基于數字化協同設計平臺的并行協作機制[2，各專業采用工作集模式以促進項目內部專業協同作業。此外，為了實現各異構模型之間的交互協同，采用模型鏈接與外部參考方式實現協同工作。針對主廠房項目各專業工作集見圖2。

2.2給排水正向設計

在各專業工作集創建完成后，開展項目數據庫的構建。區別于傳統的二維設計方法，給排水BIM的正向設計涉及多項技術與管理上的前期準備，主要包括4個步驟。

2.2.1Access數據庫的建立

OPM軟件采用等級驅動的方式來構建模型，內部含一個開放式、易操作的MicrosoftAccess數據庫，專門用于管道元件的數據輸入和管理，其結構設計遵循IS015926標準，其后臺須配套相應完備的元件庫（Catalog）以提供支持。在OPM軟件創建模型時可在Catalog中選擇相應的元件，并在Access數據庫中進行實例化，主要包括Pipe（直管）、Elbow（彎管）、Bend（彎頭）、Tee（三通）、Valve（閥門）、Flange（法蘭）等[3]。

在初始設置時，Catalog中輸人數據可能較為復雜和耗時，但其完成后將為后續的操作提供極大便利。在后續項目中，若再次涉及到相同規格的管道元件，可以避免重復數據輸入流程，直接從既有的Access數據庫中進行檢索并使用[4。長遠來看，這種方法在效果和效率上均優于傳統的工程設計方法。此外，維護該數據庫僅需定期進行更新和補充，以確保其持續適用于設計需求。

OPM軟件在設計流程中會調用數據庫，以給排水專業管道設計為例，管道的等級劃分是建模與設計階段的基礎操作，此步驟對于確保管道系統設計的準確性、施工效率以及成本預算具有至關重要的影響。可基于不同的制造商、輸送介質類型、管道材料、壓力等級等關鍵參數，將元件庫細分為多個等級庫（SPEC）5。依據相關專業規范、標準以及供應商提供的技術資料，完成了主廠房項目中綜合管網系統的管道SPEC的開發工作，每個管道等級均對應一個獨立的.mdb文件，以便于軟件程序進行調用。管道等級庫如圖3。

圖3該項目管道等級庫

2.2.2 管道系統代號劃分

數據庫創建完成后，以主廠房為例，給排水專業根據自身工作特點，為各管道系統指定管道代號，主廠房的給排水系統被劃分為：專用消防水系統（XF）、生活給水系統（J2）、生產-消防給水系統（J1）、生活排水系統（P2）、雨排水系統（P3）以及水噴霧系統（ZP）。為確保后續抽取的ISO圖紙的清晰度，各系統內每5-9個管材或管件為一個編號，管線命名形式為：給排水－系統代號-編號（見表1）。

2.2.3 系統設計

完成上述基礎性設置工作之后，即可在BIM模型中創建和設計給排水系統。運用OPM軟件進行正向設計時，管道、閥門附件及設備的創建步驟與CAD二維方法具有一定的相似性，但OPM軟件在繪制過程中引入了軸側視圖的功能，增加了管道、設備等空間及設計參數，從而確保管道綜合設計理念貫穿整個正向設計流程。

表1主廠房給排水專業管線命名

2.2.4圖紙生成及模型提交

本項目單張平面圖包含：樓層平面圖、防火分區示意圖、軸網、圖框、圖簽及管線路由和指北針，這些平面圖不僅為設計階段的溝通和決策提供了直觀的視覺參考，而且為施工階段的準確實施奠定了基礎。充分利用OPM軟件自動生成功能，繪制主廠房剖面圖（俯視/前視/左視圖）和管線ISO圖[。在圖紙建立過程中，嚴格遵循平面布局和圖幅的標準要求，根據實際需要調整視圖范圍、并進行圖紙的合并與分割，確保圖紙的規范性和可讀性。

3BIM技術在給排水設計中的應用

3.1管線碰撞檢測

為確保管線系統的高效性和可靠性，本工程在規劃和布置給排水管道時，遵循以下原則：小管讓大管、支管讓主管、有壓管讓無壓管。由于主廠房管道類型較多，管線交叉處及閥門附件設置位置存在碰撞風險（見圖4），這可能會對施工過程或使用功能造成不利影響，因此，設計過程中需要根據實際情況進行管線優化和調整。通過應用三維模型技術，可以對施工過程中可能遇到的問題進行前瞻性分析并及時修正，以確保給排水工程后續施工的順利進行。

圖4消防給水與低壓給水及再循環管道碰撞

3.2管線綜合

在OPM軟件中，實現建筑、結構、給排水、熱力、暖通和電氣等多個專業模型的集成，該過程不僅涉及不同專業設計數據的整合，還包括對這些數據的統一管理和協調。通過對集成后的模型進行三維碰撞檢測，設計師能夠及時識別并優化各專業的管線布局，有效避免由于管線交叉或重疊所導致的設計問題，該碰撞檢測功能使得設計過程更加精確，進一步提高整體設計質量。在管線設計過程中，根據項目的凈空高度要求，明確每條管道的垂直高度，以確保管線在空間上的合理配置，特別是在地下基礎、管道夾層和頂層等關鍵區域（見圖5），設計人員需進行細致分析與梳理。各專業團隊需開展多次協作，對管線綜合設計進行反復調整與優化，旨在施工前解決所有潛在問題，顯著降低施工期間可能出現的工期延誤和返工風險，從而提升項目的整體效率和經濟性。

圖5管道夾層管道布置示意

3.3 材料量統計

BIM技術通過其參數化設計特性，顯著提高了材料量計算的精確度及作業效率，這對于項目成本控制和資源管理優化具有重要意義。在構建三維模型過程中，設計師自定義統計范圍，利用OPM軟件生成精確的材料清單。該清單與BIM模型保持動態關聯，能夠自動匯總并實時同步模型中材料與設備信息，這種自動化處理方式極大地減少了人工統計和修正過程中可能出現的錯誤和疏漏，從而確保了材料量統計的準確性和可靠性。基于BIM技術的材料量統計也為施工方提供了精確的備料指導，有效降低施工階段的原材料消耗和浪費。主廠房內管道材料量的統計見圖6。

3.4運維管理

BIM模型不僅包含了建筑的幾何結構信息，還整合了材料屬性、設備性能、施工工藝等全面的建筑相關信息，構建了一個多維度信息數據庫。該數據庫可作為數據接口，在項目運維階段與運維平臺進行數據交換和共享，以支持建筑物的空間管理、設施管理、隱蔽工程監控、應急響應管理以及節能減排等運維需求。在給排水專業領域內，管理人員可借助BIM技術對建筑物內設備和管線進行實時監控與數據化管理。在發生故障或事故時，能夠快速執行故障診斷與定位，顯著提升事故處理效率。此外，還可利用傳感器收集熱水器和水泵的能耗數據，不僅實現對設備運行狀態的監控，而且為日常能源管理提供了數據支持。通過對能耗數據的持續監控與分析，管理人員可以及時發現能源使用中的問題，采取相應的節能措施，以降低建筑的整體能耗，推動綠色建筑目標的實現。

圖6給排水-J2-02管道BIM模型及材料量

4總結與展望

BIM技術在給排水設計領域發揮著至關重要的作用，不僅能夠優化建筑空間，使得給排水系統的布局更加合理，減少空間浪費，而且在促進跨專業協作方面表現出卓越的能力。通過BIM平臺，設計師、工程師、施工人員以及項目管理者可以共同工作于一個數字模型上，實現了信息的高效共享。在處理復雜的管道系統設計時，BIM技術展現出獨特的優勢，如管線密集布局、設備集成和空間優化等問題都能得到有效解決。隨著技術的持續發展和應用的不斷深化，BIM技術在給排水設計領域的作用愈發顯著，將繼續引領行業走向更加高效、智能的發展道路，不斷提升設計的精細化和智能化水平，并為建筑行業的可持續發展提供強有力的技術支撐。

盡管BIM技術的前景廣闊，但在實際應用過程中，我們也必須正視其存在的局限性。例如，OPM軟件在處理高復雜度模型時，對計算資源的需求顯著增加，可能導致系統出現響應延遲、卡頓、閃退等問題，需要升級或配備更高性能的硬件設備以保證軟件穩定運行。此外，OPM軟件內置的數據庫在應對設計中多樣化專業需求時，其功能性及數據完整性往往難以滿足設計師的特定要求，通常需要借助如Access等其他數據庫軟件來補充所需的設備材料數據，然而Access平臺可能缺乏與實際產品參數的直接對應性[]，這要求設計師在管理材料數據時進行二次編輯和驗證，不僅增加工作量，而且影響整體工作效率。最后，在使用OPM軟件進行繪圖前，設計人員需要設置大量初始信息，若設置不當，可能導致后續模型調整和修改困難，甚至需要重新構建整個模型，因此，OPM軟件對正式繪圖前的準備工作提出了較高的要求。這些挑戰表明，雖然BIM技術具有巨大潛力，但其完善和優化仍需行業共同努力。

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