黃迪，王明麗，李淑芬，劉琳琳

（1.青島理工大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，山東 青島 266033; 2.青島市環(huán)境保護(hù)局環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，山東 青島 266000;3.青島市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，山東青島 266003）

基于BIM的M EP管線綜合技術(shù)優(yōu)化性研究

黃迪1，王明麗2，李淑芬3，劉琳琳1

（1.青島理工大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，山東 青島 266033; 2.青島市環(huán)境保護(hù)局環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，山東 青島 266000;3.青島市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，山東青島 266003）

建筑M EP管線綜合技術(shù)是連接設(shè)計(jì)與施工的重要環(huán)節(jié)。論文以某綜合樓建設(shè)項(xiàng)目為例，針對(duì)傳統(tǒng)管線綜合中圖紙錯(cuò)誤及施工返工等問題，引入BIM技術(shù)，建立BIM綜合模型。在審圖階段,運(yùn)用模型解決管線碰撞，優(yōu)化綜合排布，并在施工前進(jìn)行模擬施工，以方便施工交底，提高工作效率與工程質(zhì)量。

BIM技術(shù);MEP管線綜合;協(xié)同工作;優(yōu)化排布

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.017

1 引言

隨著民眾對(duì)建筑需求的不斷提高，智慧建筑、綠色建筑等新建筑概念層出不窮，現(xiàn)代建筑的多樣化和復(fù)雜化對(duì)建筑MEP(Mechanical、ElectricalandPlumbing)的設(shè)計(jì)與施工提出了更高的要求。管線綜合技術(shù)作為連接設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到項(xiàng)目進(jìn)度與工程質(zhì)量。現(xiàn)階段，傳統(tǒng)二維MEP各專業(yè)（暖通、電氣、給排水）設(shè)計(jì)相對(duì)獨(dú)立，設(shè)計(jì)信息無法及時(shí)共享，導(dǎo)致MEP的最終設(shè)計(jì)中“錯(cuò)、漏、碰、撞”等問題日益突出。因此，設(shè)計(jì)變更造成工程返工、材料浪費(fèi)等問題更加嚴(yán)重，導(dǎo)致建筑工期延長和成本增加[1，2]，上述現(xiàn)象在國內(nèi)普遍存在。基于BIM的MEP管線綜合技術(shù)和多專業(yè)協(xié)同作業(yè)針對(duì)這一系列的問題提供了有效的解決方法。

BIM技術(shù)作為未來整個(gè)建設(shè)行業(yè)發(fā)展的主流方向，其先進(jìn)的工作模式和高效、智能的特點(diǎn)逐漸在建筑行業(yè)中顯現(xiàn)。利用參數(shù)化的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，建立帶有屬性的三維信息模型，各專業(yè)間不僅可以共享全部的信息資源，還能實(shí)現(xiàn)各專業(yè)在同一平臺(tái)上進(jìn)行碰撞檢查、沖突分析及3D模擬施工等應(yīng)用價(jià)值[3]。

2 傳統(tǒng)二維管線綜合技術(shù)綜述

由于傳統(tǒng)MEP設(shè)計(jì)獨(dú)立性較強(qiáng)，且各專業(yè)間缺少及時(shí)、有效的協(xié)調(diào)與互動(dòng)，導(dǎo)致MEP不同設(shè)計(jì)人員或不同專業(yè)間的管線設(shè)計(jì)出現(xiàn)交叉碰撞現(xiàn)象較為突出，為確保實(shí)際工程在規(guī)定的預(yù)算內(nèi)按時(shí)按質(zhì)的完成，在施工前需要對(duì)現(xiàn)有的MEP方案進(jìn)行深化設(shè)計(jì)探討。傳統(tǒng)的MEP深化設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師只能調(diào)開圖紙中的各類管線的平面位置，對(duì)于錯(cuò)綜復(fù)雜的管線交錯(cuò)問題，需要設(shè)計(jì)師在腦海中聯(lián)想其三維的空間位置，從而判斷這些管線布置的合理性。這種僅靠人工檢驗(yàn)管線交叉碰撞的方式不僅耗時(shí)、耗力，而且無法保證圖紙質(zhì)量[4]。傳統(tǒng)MEP管線綜合存在的缺陷主要體現(xiàn)在：

1）MEP各專業(yè)設(shè)計(jì)相對(duì)獨(dú)立，新的設(shè)計(jì)變更不能及時(shí)傳遞給其他設(shè)計(jì)人員，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員不能協(xié)同作業(yè)，造成設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，導(dǎo)致后期協(xié)調(diào)深化設(shè)計(jì)過程中需要多次反復(fù)進(jìn)行，影響MEP專業(yè)人員的工作效率。

2）目前CAD制圖軟件不能提供實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)修改功能，需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行手動(dòng)修改。在管線綜合布置階段，設(shè)計(jì)人員花費(fèi)大量的時(shí)間精力用于管線繪制與協(xié)調(diào)檢查，而非MEP管線綜合的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3）對(duì)于復(fù)雜性和奇異性建筑，二維CAD無法對(duì)其幾何信息進(jìn)行精準(zhǔn)的表達(dá)。對(duì)于外形奇異的建筑，僅憑二維圖紙所體現(xiàn)出的設(shè)計(jì)信息很難將其正確地建造出來。另外，二維設(shè)計(jì)不夠直觀，給施工人員增加了很大的讀圖壓力。

上述問題表明，傳統(tǒng)二維CAD設(shè)計(jì)限制了建筑MEP系統(tǒng)發(fā)揮其最大的工程價(jià)值，而目前國內(nèi)BIM技術(shù)的引進(jìn)能很好地解決傳統(tǒng)建筑MEP設(shè)計(jì)與施工中存在的問題。有研究表明，70%的業(yè)主認(rèn)同BIM技術(shù)的使用可以減少施工變更，提高項(xiàng)目參與方的協(xié)同工作有效性?？梢姡瑢?shí)際工程建筑中對(duì)BIM的需求日益強(qiáng)烈。

3 基于BIM技術(shù)的M EP優(yōu)勢(shì)

BIM作為1種全新的工程設(shè)計(jì)理念，以其強(qiáng)大的直觀性、精準(zhǔn)性和協(xié)調(diào)性在行業(yè)中凸顯。它的建模實(shí)質(zhì)是將建筑、結(jié)構(gòu)、電氣、給排水、暖通等各專業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)整合進(jìn)同一三維建筑信息模型，利用模型三維可視化的特點(diǎn)，使建筑結(jié)構(gòu)與設(shè)備、設(shè)備與管線間的空間位置關(guān)系得到更直觀的表達(dá)?；贐IM的協(xié)同設(shè)計(jì)，MEP各專業(yè)工作人員可在同一共享模型中協(xié)同工作，基于Naviswork平臺(tái)進(jìn)行專業(yè)內(nèi)和各專業(yè)間碰撞檢查及沖突調(diào)整工作，設(shè)計(jì)人員可以進(jìn)行更合理的優(yōu)化管線布置，從而形成最優(yōu)化MEP設(shè)計(jì)方案。優(yōu)化設(shè)計(jì)流程如圖1所示。同時(shí)，將優(yōu)化后的BIM綜合模型應(yīng)用于項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工等全生命周期的各個(gè)階段，大幅提高工作效率和工程質(zhì)量。

圖1 M EP優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

與傳統(tǒng)二維管線綜合相比，基于BIM技術(shù)的MEP設(shè)計(jì)可以將MEP各專業(yè)的設(shè)計(jì)信息模型整合到一起，從整體上把握專業(yè)間的協(xié)作情況。對(duì)模型中單一“碰撞點(diǎn)”的調(diào)整所帶來的“連鎖反應(yīng)”，可即時(shí)反饋到模型中的其他部位，減少因溝通不當(dāng)而引起的設(shè)計(jì)失誤。另外，在施工前可通過BIM模型進(jìn)行“模擬施工”，校核設(shè)計(jì)中存在的管線交叉碰撞及空間排布不合理等問題，從而真正避免了在實(shí)際施工中發(fā)生此類問題，造成不可逆的工程損失[5，6]。有研究表明，通過BIM技術(shù)可縮短4%～8%的施工周期，減少18%～20%的各專業(yè)協(xié)調(diào)時(shí)間[7]。BIM應(yīng)用于建筑MEP管線綜合技術(shù)的優(yōu)勢(shì)如下：

1）利用BIM模型三維可視化的特點(diǎn)，可以對(duì)圖紙進(jìn)行任意角度、任何部位的審查，以直觀、高效的方式實(shí)現(xiàn)綜合管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。另外，在施工前可對(duì)模型期進(jìn)行碰撞檢查、沖突分析，優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，減少在施工階段可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。最后，施工人員利用優(yōu)化后MEP綜合管線方案進(jìn)行施工交底、模擬施工。

2）BIM技術(shù)允許參與建筑設(shè)計(jì)的各專業(yè)設(shè)計(jì)人員共享同一建筑模型并協(xié)同工作。在此基礎(chǔ)上對(duì)各專業(yè)子模型進(jìn)行添加或修改，通過中心文件的鏈接功能上傳后，確保BIM整體模型實(shí)時(shí)自動(dòng)更新，便于團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)人員追蹤整個(gè)項(xiàng)目的所有信息，并及時(shí)對(duì)自己的設(shè)計(jì)方案做出相應(yīng)的調(diào)整和修改，提高團(tuán)隊(duì)的整體工作效率。

3）為滿足實(shí)際施工中的凈高要求及為管線、設(shè)備的檢修預(yù)留足夠的檢修空間，MEP工作人員在設(shè)計(jì)時(shí)可充分考慮管線和支吊架的安裝空間，優(yōu)化管線排布，提高凈空，確定合理的施工方案。

4 案例分析

4.1 項(xiàng)目概況

某房地產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)目規(guī)劃總占地面積約4.2×104m2，總建筑面積約13.6×104m2，建筑主體為1座40層的集辦公、商務(wù)為一體的綜合樓，1層裙房為百貨商場，地下設(shè)3層，作為停車場和設(shè)備用房。該項(xiàng)目具有投資大、開發(fā)周期長、技術(shù)復(fù)雜等特征。本文以該綜合樓為研究對(duì)象，以Revit系列軟件為平臺(tái)，建立以建筑和MEP各專業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為載體的三維建筑信息共享模型。通過MEP碰撞檢測(cè)、人工沖突分析、各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)等方式最大限度地優(yōu)化MEP綜合管線，解決管道之間、管道與結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的碰撞和錯(cuò)誤，提高M(jìn)EP綜合設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確率。

4.2 BIM模型的創(chuàng)建與調(diào)整

1）模型的構(gòu)建

創(chuàng)建建筑模型時(shí)，應(yīng)遵循“由整體到局部”的原則，從項(xiàng)目整體出發(fā)，逐步細(xì)化。以RevitArchitecture為平臺(tái)創(chuàng)建其模型的基本流程如下：首先選擇項(xiàng)目基本樣板，創(chuàng)建空白項(xiàng)目，確定項(xiàng)目的標(biāo)高、軸網(wǎng)以及創(chuàng)建門窗、屋頂、樓板等基本構(gòu)件信息，構(gòu)建BIM主體建筑模型（見圖2）。完成模型的基本構(gòu)建后，可根據(jù)模型生成指定視圖，在視圖內(nèi)進(jìn)行細(xì)節(jié)調(diào)整，為視圖添加尺寸標(biāo)注等注釋信息。對(duì)于MEP各專業(yè)子模型的創(chuàng)建，需要利用RevitMEP中的“鏈接模型”，將建筑模型的“中心文件”鏈接到MEP項(xiàng)目文件中，通過復(fù)制建筑模型的標(biāo)高、軸網(wǎng)、墻等建筑信息以確定MEP管線的空間位置，在準(zhǔn)備工作完成后開始創(chuàng)建MEP各專業(yè)子模型。利用中心文件的鏈接功能，將模型的局部調(diào)整在BIM整體模型中能夠?qū)崟r(shí)自動(dòng)更新，確保模型的準(zhǔn)確性與信息的完整性（見圖3）。

圖2 項(xiàng)目建筑模型

圖3 項(xiàng)目最終三維模型

2）模型的分析調(diào)整

在BIM平臺(tái)上需及時(shí)對(duì)創(chuàng)建好的各子模型進(jìn)行初步檢查和碰撞調(diào)整。對(duì)于與CAD施工圖紙不相符或空間管線布置不合理的區(qū)域進(jìn)行局部的分析調(diào)整，然后將調(diào)整后的各子模型整合進(jìn)同一BIM建筑模型中，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行MEP管線綜合碰撞檢查并生成沖突報(bào)告，對(duì)碰撞問題逐一分析修改。碰撞檢查會(huì)隨著圖紙的修改反復(fù)進(jìn)行多次，與中心文件同步后，實(shí)現(xiàn)模型更新。

4.3 BIM團(tuán)隊(duì)協(xié)作模式

隨著BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，基于BIM的多專業(yè)協(xié)同工作模式成為未來行業(yè)的趨勢(shì)。不同專業(yè)的設(shè)計(jì)人員在同一BIM平臺(tái)上協(xié)同工作，進(jìn)行項(xiàng)目的全生命周期設(shè)計(jì)。相比以往多專業(yè)線性的工作方式，基于BIM的多專業(yè)協(xié)同工作模式可使各專業(yè)進(jìn)行更好的溝通，進(jìn)而快速、高效、精確地設(shè)計(jì)[8]。

本項(xiàng)目以二維設(shè)計(jì)圖紙為基礎(chǔ)，使用RevitMEP軟件構(gòu)建建筑綜合管網(wǎng)BIM模型。通過模型的數(shù)據(jù)化分析功能對(duì)模型內(nèi)MEP各專業(yè)管線間進(jìn)行碰撞檢查及綜合管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)整。BIM協(xié)同設(shè)計(jì)對(duì)減少項(xiàng)目的設(shè)計(jì)失誤和保證設(shè)計(jì)信息的準(zhǔn)確傳遞起著至關(guān)重要的作用。對(duì)于局部管線分布較為復(fù)雜區(qū)域，在模型內(nèi)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，形成更多方位剖面圖，自動(dòng)生成二維參考圖紙，反饋給設(shè)計(jì)方并應(yīng)用于施工指導(dǎo)。基于BIM的MEP協(xié)同設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

4.4 BIM的應(yīng)用與價(jià)值

1）圖紙三維可視化檢查

本項(xiàng)目中利用BIM模型可視化的工作平臺(tái)，以構(gòu)件的三維模型代替二維施工圖中的線條、標(biāo)注、文字說明等表達(dá)方式，直觀地對(duì)工程內(nèi)部進(jìn)行全面審查，發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目模型中存在多處圖紙平面標(biāo)注和集中標(biāo)注不一致的地方，及時(shí)與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行溝通調(diào)整，避免了施工過程中的設(shè)計(jì)變更，從而提高了圖紙審查效率以及項(xiàng)目施工效率。

圖4 基于BIM的M EP協(xié)同設(shè)計(jì)流程

2）碰撞檢查

碰撞檢查可事先對(duì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的錯(cuò)誤進(jìn)行預(yù)警并修正，避免因此導(dǎo)致的成本增加與工期延誤所造成的損失。本項(xiàng)目對(duì)BIM模型建成后，使用Navisworks進(jìn)行碰撞檢查操作，通過軟件平臺(tái)自動(dòng)查找管線、設(shè)備之間的沖突，并生成碰撞報(bào)告。在Navisworks軟件中確定碰撞點(diǎn)的位置后，需返回RevitMEP軟件平臺(tái)找出對(duì)應(yīng)的碰撞點(diǎn)，并不斷加以修改完善。圖5、圖6為本工程的幾個(gè)典型碰撞點(diǎn)的調(diào)整實(shí)例（其中，紅色為消防管道，藍(lán)色為噴淋管道，粉紅色為電纜橋架）。在實(shí)際施工中，由于使用傳統(tǒng)管線綜合技術(shù)而導(dǎo)致的管線調(diào)整不會(huì)低于總工程量的10%，個(gè)別項(xiàng)日的改動(dòng)量高達(dá)20%。而應(yīng)用BIM技術(shù)后，通過統(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，完成管線的綜合設(shè)計(jì)，以期實(shí)現(xiàn)“零”碰撞目標(biāo)。

圖5 碰撞點(diǎn)調(diào)整實(shí)例一

圖6 碰撞點(diǎn)調(diào)整實(shí)例二

3）管線綜合優(yōu)化

集成各專業(yè)的BIM模型進(jìn)行碰撞分析后，在BIM整體模型中再進(jìn)行多次的管線綜合核查調(diào)整，對(duì)其不合理的布置進(jìn)行修正調(diào)整。本項(xiàng)目在進(jìn)行管線排布設(shè)計(jì)時(shí)，改變了傳統(tǒng)的深化設(shè)計(jì)方式，利用BIM的三維可視化技術(shù)，可以通過任意角度查看模型的任意位置，發(fā)現(xiàn)不合理的地方重新用三維模型進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，避免了施工過程出現(xiàn)的“錯(cuò)、漏、碰、撞”等問題，大大提高了項(xiàng)目的施工效率。另外，設(shè)計(jì)師通過BIM三維可視化技術(shù)的特點(diǎn)彌補(bǔ)了個(gè)人空間想象不足的缺陷，使得設(shè)備繁多、管線縱橫交錯(cuò)等復(fù)雜區(qū)域在管線排布方面更加合理，從而確保深化區(qū)域的合理性、可行性（見圖7）。

4）模擬施工

本項(xiàng)目將優(yōu)化后的BIM模型上傳到Naviswork仿真系統(tǒng)平臺(tái)中，在項(xiàng)目施工前實(shí)現(xiàn)了BIM模型內(nèi)部漫游，身臨其境地觀察工程內(nèi)部的建筑結(jié)構(gòu)及管線綜合布置，查找復(fù)雜的項(xiàng)目重點(diǎn)、施工難點(diǎn)。對(duì)于復(fù)雜的施工難點(diǎn)，在施工前利用BIM模型進(jìn)行專項(xiàng)的“預(yù)施工”模擬，在滿足施工標(biāo)準(zhǔn)及施工要求的基礎(chǔ)上，通過模擬不同的施工方案形成多方案對(duì)比分析，選擇最合理的專項(xiàng)施工方案，進(jìn)一步保證了施工安全和工程質(zhì)量。同時(shí)，利用BIM技術(shù)可觀察復(fù)雜管線節(jié)點(diǎn)的具體構(gòu)造，生成細(xì)部節(jié)點(diǎn)剖面圖等詳細(xì)的施工圖紙，從而指導(dǎo)后續(xù)的施工。

5）可視化技術(shù)交底

本項(xiàng)目中，利用BIM可視化模型及BIM漫游技術(shù)進(jìn)行技術(shù)交底，為設(shè)計(jì)和施工單位提供最為便利、直觀的溝通方式，提高項(xiàng)目產(chǎn)出和團(tuán)隊(duì)合作效率，提高企業(yè)競爭力；并且，減少了在施工過程中的大量信息請(qǐng)求，從而減少了18%～20%的各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)時(shí)間，縮短了4%～8%的施工周期，提高了工程項(xiàng)目的施工效率。

圖7 優(yōu)化前后管線綜合模型

4.5 BIM技術(shù)的問題和不足

現(xiàn)階段，應(yīng)用BIM技術(shù)解決MEP管線綜合問題雖取得一些成果，但仍存在以下不足需在今后加以突破：

1）管線綜合需要考慮施工

在項(xiàng)目施工前，BIM協(xié)作團(tuán)隊(duì)僅在滿足相關(guān)規(guī)范的條件下優(yōu)化綜合管線排布，并未仔細(xì)考慮施工空間及施工作業(yè)面的問題，致使某些管線的綜合排布成果不能完全地指導(dǎo)實(shí)際施工。

2）BIM推廣需要理念支持

在實(shí)際施工過程中，施工人員往往習(xí)慣利用自身的工作經(jīng)驗(yàn)處理圖紙變更，放棄了BIM的模型的管線綜合成果的應(yīng)用價(jià)值。因此，如何實(shí)現(xiàn)各參與方對(duì)于BIM理念的真正理解并積極推進(jìn)BIM成果的使用價(jià)值還需要1個(gè)認(rèn)知的過程。

3）BIM技術(shù)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

BIM理念由國外引進(jìn)，目前還沒有形成與我國國情相適應(yīng)的建筑設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范。在國內(nèi)對(duì)于BIM技術(shù)的推行發(fā)展，國家相關(guān)的法規(guī)政策有待完善。

5 經(jīng)驗(yàn)與結(jié)論

目前，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足復(fù)雜工程的要求，BIM技術(shù)的出現(xiàn)，通過三維可視化模型和強(qiáng)大的信息整合能力，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜管線綜合的設(shè)計(jì)應(yīng)用。本文通過實(shí)際案例，綜合應(yīng)用BIM技術(shù)，建立某綜合樓BIM模型，實(shí)現(xiàn)建筑MEP綜合管線的碰撞分析、綜合管網(wǎng)的優(yōu)化排布，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決管線沖突碰撞及優(yōu)化空間管線排布等問題，有助于全方位把握工程的實(shí)施與進(jìn)展，減少不必要的施工返工、成本增加，提高項(xiàng)目全生命周期工作效率與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，對(duì)于積極推動(dòng)BIM技術(shù)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維等全生命周期各階段的應(yīng)用價(jià)值具有深遠(yuǎn)意義。

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Research of PipelineSynthesisTechnologyOptimization of MEP Based on BIM

HUANGDi1，WANGMing-li2，LIShu-fen3，LIULin-lin1,
1.SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering,QingdaoTechnologicalUniversity，Qingdao266033,China；2.QingdaoCentral StationofEnvironmentMonitoring，Qingdao266000,China； 3.QingdaoResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Qingdao266003,China）

】Building pipeline synthesis technology ofMEP is an important part between the design and construction. Taking the complexbuilding project as an example, this paper aim at the problem of drawing error and rework , introducing BIM technology , setting up acomprehensive BIM model. In the design stage ,we use the model to solve the problem of pipeline collision and optimize the pipelinecomprehensive arrangement .In order to construct conveniently ,simulation are carried out before construction , thus we greatly improveworkefficiencyandquality.

BIMtechnology;MEPpipelinesynthesis;workcooperatively;optimizeconfiguration

TU201.4

A

1007-9467（2016）09-0072-05

2016-03-28

黃迪（1990～），女，河南正陽人，碩士研究生，從事市政工程研究，（電子信箱）hd900925@qq.com。