賈志琴，劉吉敏，史會(huì)

（1.安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.江西有色建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330038）

1 引言

工程項(xiàng)目建設(shè)施工中，管線綜合安裝因涉及的專業(yè)多、信息量大等原因成為了施工較復(fù)雜的分項(xiàng)工程。管線安裝往往是在狹小的空間環(huán)境中進(jìn)行的，因此在滿足各專業(yè)對(duì)管線合理布局的同時(shí)，還需要有一定的工作面和合理的空間布局。需要在有限的空間內(nèi)合理安排管線與結(jié)構(gòu)、管線與建筑、管線與管線之間的空間位置和碰撞關(guān)系[1～2]。傳統(tǒng)的管線綜合設(shè)計(jì)，由于受限于二維表達(dá)方式，在多專業(yè)溝通協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌安排管線的空間布局、設(shè)計(jì)與施工的有效銜接等方面都存在一定的問(wèn)題，導(dǎo)致施工返工、工期延期、費(fèi)用增加，甚至不能有效保證工程質(zhì)量。而以三維虛擬現(xiàn)實(shí)建模為基礎(chǔ)的BIM技術(shù)，可以幫助建筑、結(jié)構(gòu)、暖通設(shè)備等各專業(yè)設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙信息交流，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等各參與方也可以在整個(gè)項(xiàng)目生命期內(nèi)協(xié)同工作，共同處理沖突問(wèn)題。因此，BIM技術(shù)在管線綜合安裝和碰撞檢測(cè)中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。

上海中心大廈給排水工程，采用項(xiàng)目分割的方式按樓層分割、功能分區(qū)后通過(guò)插入鏈接模型拼接建模，實(shí)現(xiàn)了給排水、暖通、電氣工作集的協(xié)同工作，由Revit MEP功能完成碰撞檢查并對(duì)后期的維護(hù)和管理提供詳細(xì)信息[3]。蘭州地鐵1號(hào)線某換乘車站工程，采用建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、給排水、電氣等分專業(yè)建模的方式，由Navisworks軟件實(shí)現(xiàn)了不同專業(yè)模型的初步碰撞檢查，并發(fā)現(xiàn)了400余處的碰撞問(wèn)題[4]。此外，呼和浩特市軌道交通1、2號(hào)線一期工程、深圳地鐵9號(hào)線人民南站地鐵工程等都采用了基于BIM技術(shù)的綜合管線安裝碰撞，取得了良好的應(yīng)用效果[5～6]。

2 基于BIM技術(shù)的管線碰撞檢測(cè)與研究方法

碰撞檢測(cè)是用于判定一對(duì)或多對(duì)物體在給定時(shí)間內(nèi)的同一時(shí)刻是否占有相同區(qū)域。其根本任務(wù)是確定兩個(gè)或者多個(gè)物體之間是否發(fā)生重合或交叉[1]。綜合管線的碰撞類型主要包括硬碰撞、軟碰撞和重復(fù)項(xiàng)碰撞。硬碰撞就是兩對(duì)象有交集。在二維圖紙繪制的時(shí)候，兩個(gè)專業(yè)如果沒(méi)有提前進(jìn)行商量，各自根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)繪制管線，就容易在同一高度繪制管線，造成管線交叉，即便進(jìn)行了溝通，但由于各專業(yè)不熟悉別的專業(yè)內(nèi)容，也容易產(chǎn)生硬碰撞。例如排布給水管和排風(fēng)管道時(shí)，在不同高度繪制，兩管道的尺寸沒(méi)有把握住，也容易造成給排水管鑲嵌到排風(fēng)管，造成硬碰撞。軟碰撞就是兩對(duì)象沒(méi)有觸碰到，但其距離小于規(guī)定間距，就認(rèn)為其發(fā)生了碰撞。這是由于在排布管線的時(shí)候需要考慮以后檢修的問(wèn)題，必須要預(yù)留一定的空間，方便后期管線維護(hù)。對(duì)于不同的管徑、管材、管道系統(tǒng)預(yù)留間隙有所不同。重復(fù)項(xiàng)碰撞就是兩實(shí)體發(fā)生了重疊，這是由于基于二維視圖繪制三維立體模型，由于疏忽會(huì)重復(fù)布置構(gòu)件，例如在繪制各個(gè)樓層管道時(shí)，參照標(biāo)高的錯(cuò)誤選擇，容易產(chǎn)生管道的重復(fù)繪制，從而造成工程量的重復(fù)計(jì)算。在工程設(shè)計(jì)中，由于不合規(guī)的設(shè)計(jì)，施工過(guò)程需要返工，從而造成勞動(dòng)力資源和材料的浪費(fèi)。基于BIM技術(shù)的碰撞檢測(cè)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，挽回了很多經(jīng)濟(jì)損失。例如上海軌道交通工程的17號(hào)線單碰撞檢查方面就為工程節(jié)約467萬(wàn)元[7]。在金虹橋國(guó)際中心項(xiàng)目中，碰撞檢查為項(xiàng)目挽回了30萬(wàn)元～60萬(wàn)元的成本損失[8]。上海市虹橋樞紐工程，單管線碰撞就為工程挽回了500萬(wàn)元損失[9]。

目前國(guó)內(nèi)基于BIM的綜合管線碰撞檢測(cè)方面的研究方法主要有兩類。一類是直接借助BIM技術(shù)引入三維綜合管線的設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)具體的工程案例分析查找并得出管線碰撞檢查結(jié)論，為施工、運(yùn)維階段的工程應(yīng)用提出優(yōu)化設(shè)計(jì)和合理化建議；另一類是從計(jì)算機(jī)和軟件算法的應(yīng)用角度出發(fā)，采用多種多樣的碰撞檢測(cè)算法優(yōu)化管線設(shè)計(jì)。從算法的本質(zhì)及空間角度來(lái)看，碰撞檢測(cè)算法大致可以分為基于物體空間和基于圖像空間的碰撞檢測(cè)算法[9]。而基于BIM技術(shù)的綜合管線碰撞檢測(cè)方法主要有基于Revit的碰撞檢測(cè)、基于Navisworks的碰撞檢測(cè)以及基于Luban Works的碰撞檢測(cè)等[2]。在現(xiàn)階段的BIM管線綜合碰撞設(shè)計(jì)中，主要采用第一種方法。

3 工程背景

本工程為貴溪某經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園配套服務(wù)酒店，建設(shè)地點(diǎn)為江西省貴溪縣江西拓航物流園內(nèi)。建筑總面積20003.96m2，建筑高度23.85m。包括運(yùn)營(yíng)服務(wù)中心和企業(yè)服務(wù)配套用房，運(yùn)營(yíng)服務(wù)中心面積11015.83m2，企業(yè)服務(wù)配套用房面積8988.13m2，主要用于辦公室、會(huì)議室、演講廳、客房及相關(guān)設(shè)施。

該工程項(xiàng)目有如下特點(diǎn)：

①二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)深度不夠，業(yè)主和運(yùn)營(yíng)等部門的功能調(diào)整需求大；

②交叉作業(yè)多，穿插施工較多，包括房屋、動(dòng)力照明、電梯、給排水、暖通、電氣等多系統(tǒng)工程；

③建筑內(nèi)管線種類多，要提前模擬，進(jìn)行三維碰撞檢查，為方案優(yōu)化提供依據(jù)。

因此，需要引入BIM技術(shù)開(kāi)展管線碰撞檢測(cè)，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行提前預(yù)測(cè)、規(guī)劃，使資源的利用率達(dá)到最優(yōu)。

4 BIM技術(shù)在本工程中的應(yīng)用

4.1 項(xiàng)目創(chuàng)建

本工程的二維圖紙已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，首先熟悉CAD圖紙，通過(guò)Revit分專業(yè)建模，創(chuàng)建一個(gè)新的MEP項(xiàng)目，將建筑模型鏈接到Revit中，讀取標(biāo)高、軸網(wǎng)和墻等信息。同理，將結(jié)構(gòu)模型也鏈接進(jìn)來(lái)。由此得到貴溪項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)服務(wù)中心的BIM建筑結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。

圖1 運(yùn)營(yíng)服務(wù)中心BIM建筑結(jié)構(gòu)模型

4.2 管道鋪設(shè)

以給排水管道為例，首先在項(xiàng)目瀏覽器的族中建立各個(gè)管道的系統(tǒng)，在“類型屬性中”設(shè)置管道的類型名稱（如消防管道、噴淋管道、污水管道）、材質(zhì)、連接類型信息等，通過(guò)這些信息能夠生成設(shè)備材料列表，為后續(xù)材料采購(gòu)提供依據(jù)。在基本信息設(shè)置后，將給排水管線CAD鏈接到MEP項(xiàng)目文件中進(jìn)行三維模型創(chuàng)建，在繪制管道時(shí)，為了避免其他專業(yè)管道干擾，可以通過(guò)設(shè)置過(guò)濾器，隱藏其他管道，只顯示繪制的管道類型。在平面視圖中進(jìn)行管線繪制，選擇所需的管道類型，設(shè)置管道系統(tǒng)，輸入管道高度，便得到了具有參數(shù)的三維立體管段。

由于同一平面管線種類眾多，看起來(lái)比較混亂，為不同類型管道設(shè)置不同顏色，且顏色不重復(fù)，每種顏色代表一種管道。將各專業(yè)管線水平位置排列好，當(dāng)各個(gè)管道有交叉時(shí)，以“小管讓大管、低壓讓高壓、有壓讓無(wú)壓，冷凝水讓熱水”為原則進(jìn)行優(yōu)化[10]，污排及雨排等重力排水管不上翻，其他管線避讓重力管線。

在三維模型的創(chuàng)建過(guò)程中，簡(jiǎn)單檢查建筑、結(jié)構(gòu)與管線之間較為明顯的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，但各個(gè)專業(yè)之間隱藏的細(xì)節(jié)錯(cuò)誤還需要基于其他BIM軟件進(jìn)行詳細(xì)分析。

4.3 利用Navisworks軟件進(jìn)行碰撞檢查

由于Navisworks軟件可以管理、整合，模擬工程信息，在設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)、碰撞檢測(cè)、施工仿真等方面較為優(yōu)秀，可以接受多種模型文件格式，能夠與Revit軟件有效傳遞數(shù)據(jù)。還能夠管理發(fā)現(xiàn)模型碰撞，識(shí)別結(jié)構(gòu)和管道的碰撞以及管道之間的碰撞。因此，本工程中使用Navis?works軟件進(jìn)行碰撞檢測(cè)。將建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電模型在Revit中進(jìn)行整合。導(dǎo)入Navisworks軟件中，利用Clash De?tective的功能，點(diǎn)擊“添加檢測(cè)”，在選擇A、B中選擇所需要碰撞的對(duì)象，即選擇硬碰撞，運(yùn)行檢測(cè)。

碰撞結(jié)果中各管道和構(gòu)件發(fā)生碰撞后將顯示紅色圓圈，點(diǎn)擊碰撞點(diǎn)，便可以迅速找到放大的具有良好視圖的三維沖突構(gòu)件，然后以HTML文件格式輸出報(bào)告，其包含了碰撞的距離、狀態(tài)、碰撞點(diǎn)的網(wǎng)格位置及圖層和項(xiàng)目類別等詳細(xì)的信息，極大地方便了工作人員查閱和存檔。

經(jīng)過(guò)碰撞分析，總共發(fā)現(xiàn)硬碰撞點(diǎn)1393處，其中一層279個(gè)，二層553個(gè)，三層343個(gè)，四層218個(gè)。這些沖突中有一部分是由于繪圖過(guò)程中操作錯(cuò)誤產(chǎn)生的碰撞，而不是二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)產(chǎn)生的錯(cuò)誤。結(jié)合碰撞報(bào)告，首先排除這一系列無(wú)效碰撞，對(duì)管道與管道，管道與建筑，管道與結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的有效碰撞進(jìn)行分析調(diào)整。碰撞示意圖如圖2、圖3和圖5所示。

圖2 噴淋管與排風(fēng)管碰撞點(diǎn)示意圖

圖3 冷給水管與噴淋管道碰撞點(diǎn)示意圖

圖4 調(diào)整后管道示意圖

圖5 管道與結(jié)構(gòu)梁碰撞示意圖

圖2是酒店一層D列18～19軸之間，給排水系統(tǒng)的噴淋管道與暖通系統(tǒng)的矩形排風(fēng)管道發(fā)生了接觸，噴淋管道底部鑲嵌到了排風(fēng)管道頂部。圖3為酒店二層G列4～5軸之間，DN32冷給水管和DN50噴淋管道相交，設(shè)計(jì)發(fā)生了錯(cuò)誤，不符合要求。

針對(duì)圖2和圖3的碰撞，在Revit中輸入該碰撞點(diǎn)的ID號(hào)，找到碰撞點(diǎn)，將圖2的噴淋管道上翻，將圖3的冷給水管上翻，避開(kāi)這幾處的碰撞。管道調(diào)整如圖4所示。

圖5為酒店二層G列13～14軸之間，給排水系統(tǒng)的噴淋管道和冷給水管道與結(jié)構(gòu)梁發(fā)生了刺穿。這是由于給排水設(shè)計(jì)師與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師沒(méi)有進(jìn)行提前溝通導(dǎo)致。修改此處碰撞時(shí)要考慮吊頂標(biāo)高，在滿足吊頂標(biāo)高的最低要求下，避開(kāi)與結(jié)構(gòu)梁的碰撞。此處的修改意見(jiàn)是將噴淋管道降至3100mm布置，冷給水管道降至3200mm布置。

經(jīng)過(guò)管線調(diào)整，方案優(yōu)化，碰撞率顯著降低。通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)項(xiàng)目建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等不同專業(yè)和單專業(yè)之間的碰撞，全面高效地找到了碰撞點(diǎn)，為施工的正常進(jìn)行提供了保障。

5 結(jié)論

該項(xiàng)目通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，提前發(fā)現(xiàn)了工程管線的碰撞問(wèn)題，利用碰撞報(bào)告，優(yōu)化管線模型，指導(dǎo)實(shí)際工程，通過(guò)將各專業(yè)信息的整合，各參與方之間的溝通效率得到提高，從而使工作效率得到了很大的提升，施工成本得以降低，為后續(xù)工程變更提供了依據(jù)，大大提高了建筑行業(yè)的生產(chǎn)力。