劉 婧，鄭 威，秦 光

（上海市建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司， 上海 200080）

0 引 言

隨著工程復(fù)雜性的提高，二維圖紙表現(xiàn)力的局限性越來越顯著，管線綜合質(zhì)量的控制難度也越來越大。傳統(tǒng)的管線綜合設(shè)計(jì)常常出現(xiàn)管線碰撞、預(yù)留洞口位置偏移、安裝空間不足等問題，無法滿足工程項(xiàng)目質(zhì)量的要求。需要采用新的技術(shù)措施，兼顧設(shè)計(jì)和施工的需要，從根本上解決這類問題，提高工程質(zhì)量。

1 傳統(tǒng)管線綜合的不足和BIM技術(shù)的優(yōu)勢

1.1 傳統(tǒng)管線綜合中存在的問題

(1)傳統(tǒng)項(xiàng)目管線綜合設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師只能將自己的想法以二維圖紙的形式表現(xiàn)出來，施工技術(shù)人員再根據(jù)自己對圖紙的理解和對設(shè)計(jì)師意圖的揣測進(jìn)行施工。二維圖紙僅能夠表達(dá)單一截面或局部信息，很難表現(xiàn)管線系統(tǒng)的整體情況，最終導(dǎo)致施工錯(cuò)誤的出現(xiàn)。

(2)傳統(tǒng)的管線綜合設(shè)計(jì)在二維條件下進(jìn)行，平面圖、立面圖、剖面圖和局部詳圖將建筑信息割裂開來，破壞了設(shè)計(jì)的整體性、連續(xù)性和一致性。在進(jìn)行管線綜合時(shí)，難以避免調(diào)整管線標(biāo)高所帶來的“連鎖反應(yīng)”，往往是調(diào)整一個(gè)碰撞點(diǎn)又會導(dǎo)致另一處的碰撞。

(3)管線綜合設(shè)計(jì)不僅要協(xié)調(diào)機(jī)電各個(gè)專業(yè)之間的關(guān)系，還要協(xié)調(diào)與建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)之間的關(guān)系。然而設(shè)計(jì)分工明確，專業(yè)之間的信息壁壘是長期存在的。協(xié)同界面非常廣，不是控制好吊頂?shù)目刂茦?biāo)高、設(shè)備尺寸、地溝和管溝位置等關(guān)鍵點(diǎn)就能消除碰撞問題的。

1.2 管線綜合BIM技術(shù)的優(yōu)勢

(1)將二維圖紙轉(zhuǎn)化為與實(shí)際工程等比例的三維模型，各個(gè)專業(yè)協(xié)同建模使得不同專業(yè)的設(shè)計(jì)師獲得更全面的相關(guān)專業(yè)信息，也讓工程技術(shù)人員更直觀快速地了解工程。利用模型進(jìn)行施工交底，減少錯(cuò)誤的發(fā)生。

(2)BIM 的碰撞檢查功能可以自動查找管線碰撞問題，配合虛擬漫游功能，大幅提高管線綜合設(shè)計(jì)的效率，并且調(diào)整時(shí)不會出現(xiàn)盲點(diǎn)和遺漏。通過模型展示提高溝通效率，讓設(shè)計(jì)人員及時(shí)調(diào)整方案，減少施工現(xiàn)場的碰撞和返工，降低成本。

(3)在碰撞檢測的基礎(chǔ)上，為滿足工程的凈高要求、預(yù)留足夠的檢修空間、充分考慮管線和支吊架的安裝空間，可以在 BIM 模型中進(jìn)行優(yōu)化排布提高凈空，模擬確定合理的施工方案。

2 工程應(yīng)用案例

2.1 工程概況

某項(xiàng)目位于江蘇省鹽城市城南新區(qū)，占地面積 273 畝，1期工程規(guī)劃由 10 棟超高層組成，總建筑面積約 62 萬 m2，投資約 73 億元，是全市重點(diǎn)工程。其中 3 號辦公樓 24 層，高約 102 m；4 號辦公樓 23 層，高約 98 m。筆者所在公司作為項(xiàng)目管理方參與建設(shè)。

2.2 BIM應(yīng)用軟件的選擇

目前 BIM 建模軟件有很多，其中 Autodesk 公司開發(fā)的Revit 和 Graphisoft 公司開發(fā)的 ArchiCAD 是其中的主流軟件，本項(xiàng)目 BIM 建模使用 Revit。相比 ArchiCAD，Revit 具有較完善的結(jié)構(gòu)、機(jī)電模塊，更適合按施工圖建模。碰撞檢測和模型展示選用 NavisWorks Manage、Manage 軟件，除了可以進(jìn)行精確的碰撞、錯(cuò)誤查找，還可以進(jìn)行動態(tài)的四維進(jìn)度仿真和照片級的模型渲染。通過 DWF 格式可將 Revit 模型文件導(dǎo)入其中，查看模型時(shí)的運(yùn)行速度和渲染效果相較 Revit，都有大幅提高。

2.3 工程應(yīng)用

根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的施工圖，BIM 團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了三維建模，將幕墻、建筑、結(jié)構(gòu)以及機(jī)電等專業(yè)的圖紙信息集成到一個(gè) BIM 模型當(dāng)中，完成 3 號和 4 號辦公塔樓模型(如圖 1 所示)。

圖1 3號和4號辦公塔樓BIM模型

圖1(a)所示的是幕墻、建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電四個(gè)專業(yè)集成的 BIM 模型；圖 1(b)所示的是建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電三個(gè)專業(yè)集成的 BIM 模型；圖 1(c)所示的是結(jié)構(gòu)和機(jī)電專業(yè)集成的 BIM模型；圖 1(d)所示的是機(jī)電 BIM 模型。BIM 模型包含了施工圖紙上所有幾何尺寸信息、空間位置信息和材質(zhì)材料信息。由于機(jī)電專業(yè)涉及系統(tǒng)繁多、管線緊密、難以區(qū)分，BIM 團(tuán)隊(duì)對不同管道和橋架按系統(tǒng)分類進(jìn)行了配色，發(fā)揮了模型可視化的優(yōu)勢，并提高了查看效率。

3 管線綜合實(shí)踐

3.1 碰撞檢測

本項(xiàng)目涉及幕墻、建筑、結(jié)構(gòu)、通風(fēng)、防排煙、給排水、消防、噴淋、電力、照明、安防、通信等十多種專業(yè)，管線復(fù)雜。BIM 工程師按照施工圖紙完成模型后檢測出大量碰撞，碰撞檢測結(jié)果如圖 2 所示。

圖2 Navisworks模型碰撞檢查

通過虛擬漫游查看模型中的碰撞點(diǎn)，可將碰撞問題歸為以下幾類：通信橋架與排煙管道的碰撞；排煙管道與電力橋架的碰撞；噴淋管道與橋架的碰撞；消火栓系統(tǒng)干管與橋架的碰撞；噴淋管道穿過結(jié)構(gòu)梁；噴淋管道穿過建筑隔墻。

針對這些問題，我們對機(jī)電模型進(jìn)行了全面的調(diào)整。參考設(shè)計(jì)和施工要求，按照“有壓讓無壓，小管讓大管”的原則，分系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。合理進(jìn)行水平位置調(diào)整，修改管線標(biāo)高時(shí)注意排查整個(gè)系統(tǒng)的碰撞點(diǎn)，最終調(diào)整結(jié)果如圖 3 所示。

圖3 調(diào)整后的機(jī)電模型

3.2 管線綜合

辦公樓層高較低，走廊狹窄，而電氣管線與橋架常常在此集中敷設(shè)，平行排布空間不夠，垂直排布又不能達(dá)到凈高要求，因而成為管線綜合的難點(diǎn)。3 號和 4 號辦公塔樓核心筒附近走道的管線排布，同樣面臨這個(gè)難題。環(huán)形走道的吊頂空間內(nèi)需要排布噴淋干管、消火栓系統(tǒng)管網(wǎng)和強(qiáng)、弱電橋架。《電纜橋架安裝規(guī)范》中規(guī)定，弱電電纜與電力電纜的間距不小于 0.5 m，如有屏蔽蓋可以減少到 0.3 m，橋架上部距離頂棚或其他障礙物不小于 0.3 m。由于設(shè)計(jì)時(shí)溝通協(xié)調(diào)不足，強(qiáng)、弱電橋架間的距離過近，甚至有重合。橋架的標(biāo)高高于梁底，需要在梁上開孔，在提高施工難度的同時(shí)，還可能影響結(jié)構(gòu)的承重能力。若不進(jìn)行管線綜合，優(yōu)化排布，模型完成后必然出現(xiàn)碰撞。

針對這個(gè)問題，我們認(rèn)為應(yīng)該先優(yōu)化管線排布再進(jìn)行建模。這樣做不僅能消除碰撞，還可以避免后期調(diào)整的大量工作，有效提高工作效率。環(huán)形走道寬為 2 m，標(biāo)準(zhǔn)層高 4 m，主梁高 0.95 m，辦公樓凈高要求 2.8 m。優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮吊頂空間高度、安裝規(guī)范、結(jié)構(gòu)限制，最終確定優(yōu)化方案：強(qiáng)、弱電橋架分別排布在消火栓系統(tǒng)環(huán)狀管網(wǎng)的兩側(cè)，間距大于 0.5 m，底標(biāo)高為 2.9 m，噴淋管道中心標(biāo)高為 3.1 m。

優(yōu)化設(shè)計(jì)后，強(qiáng)、弱電橋架之間的距離符合規(guī)定，不會產(chǎn)生相互干擾。并且橋架從梁底通過，不再需要在梁上開孔。管線排布整齊美觀，管道彎折情況明顯減少，既節(jié)省了材料又簡化了施工。空間的合理利用既獲得了足夠的凈空高度，又滿足安裝規(guī)范和施工要求。

4 經(jīng)驗(yàn)與結(jié)論

4.1 建立機(jī)電模板

在建模前建立一個(gè)全面準(zhǔn)確的模板，為機(jī)電各個(gè)系統(tǒng)配色，模型完成后就能憑顏色區(qū)分不同系統(tǒng)，不需要查看屬性，為碰撞檢測等工作帶來便利。若先建好模型再劃分系統(tǒng)配色，每個(gè)子文件都需要新建，工作量將非常大，并且管線交錯(cuò)復(fù)雜容易出錯(cuò)或遺漏。分專業(yè)繪制時(shí)套用同一個(gè)模板，能夠確保配色的一致性。配色應(yīng)嚴(yán)格按照《BIM 建模標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，使得項(xiàng)目之間存在連貫性。應(yīng)逐漸推廣《BIM 建模標(biāo)準(zhǔn)》。

4.2 管線碰撞調(diào)整

各專業(yè)管線繪制完畢后，需通過 Revit 軟件鏈接集成，然后導(dǎo)入 Navisworks，通過其碰撞檢測功能發(fā)現(xiàn)碰撞位置，再擬定優(yōu)化方案調(diào)整 Revit 模型。一般管線碰撞的調(diào)整原則是：“小管讓大管，壓力管讓重力管?！备鞴芫€間距應(yīng)在滿足基本維修要求的前提下盡量減小占用空間。另外，強(qiáng)、弱電橋架之間的距離應(yīng)滿足不影響弱電信號要求，給排水管道一般設(shè)置在風(fēng)管、橋架之下，具體應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

BIM 工程師做綜合管線排布時(shí)，必須考慮施工空間及工作面問題。否則僅僅根據(jù)施工圖和碰撞檢查報(bào)告做管線排布，是無法指導(dǎo)施工的。

4.3 機(jī)電管線集中區(qū)域建模前先優(yōu)化排布

管線集中區(qū)域如辦公樓走道、地下室、管井等，如果機(jī)電各專業(yè)完全按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)提供的 CAD 圖紙繪制，必定造成大量管線碰撞，后期調(diào)整的工作量也很大。因此應(yīng)根據(jù)各管線參數(shù)提前排布好各管線間距，以減少后續(xù)管線綜合后的碰撞數(shù)量，降低模型調(diào)整的工作量，從而提高工作效率。

4.4 結(jié)構(gòu)預(yù)留洞的定位

在施工過程中，許多土建的預(yù)留洞口與管道位置不符。究其原因是二維圖紙定位不夠詳細(xì)，或者土建圖紙已經(jīng)變更而原施工圖沒有及時(shí)修改。應(yīng)用 BIM 技術(shù)后，不僅要排除機(jī)電專業(yè)內(nèi)部的碰撞，還要協(xié)調(diào)好機(jī)電與建筑、結(jié)構(gòu)的關(guān)系。及時(shí)更新土建模型，BIM 管線綜合成果重新調(diào)整后才能應(yīng)用。運(yùn)用模型，對預(yù)留洞口進(jìn)行精確定位，保證施工的順利進(jìn)行。

4.5 加大BIM技術(shù)的推廣力度

由于現(xiàn)場施工人員習(xí)慣了使用二維設(shè)計(jì)圖紙，習(xí)慣在安裝過程中處理變更，解決管線的協(xié)調(diào)、排布等問題，沒有意識到 BIM 管線綜合成果的價(jià)值。并且 BIM 成果不具有法律效力，二維蓋章的圖紙才是其施工依據(jù)，往往會思維定勢，放棄 BIM 管線綜合成果。如何落實(shí) BIM 管線綜合成果，將BIM 技術(shù)的應(yīng)用融入到項(xiàng)目管理流程中去，是廣大 BIM 實(shí)踐者需要思考的問題和努力的方向。

5 結(jié) 語

目前，傳統(tǒng)的管線綜合設(shè)計(jì)和二維圖紙的表現(xiàn)形式已經(jīng)不能滿足復(fù)雜工程的建設(shè)要求。BIM 技術(shù)的出現(xiàn)，通過三維模型形式和強(qiáng)大的信息整合能力，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜項(xiàng)目的管線綜合設(shè)計(jì)。本文通過工程案例，介紹了如何運(yùn)用 BIM 技術(shù)在模型中統(tǒng)籌安排各種管線的空間位置，協(xié)調(diào)管線之間以及管線與其他工程之間的矛盾，完成管線碰撞檢測和管線綜合設(shè)計(jì)，并分析總結(jié)了 BIM 技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)和技巧。

BIM 技術(shù)具有可視化、虛擬化等優(yōu)勢，能夠很好地解決管線綜合設(shè)計(jì)的難題。通過整合多方建筑信息，BIM 技術(shù)更能夠進(jìn)行協(xié)同管理，提升工程決策、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營管理的整體水平，減少返工浪費(fèi)，有效縮短工期，提高工程質(zhì)量和投資效益。