武曉東

（筑博設(shè)計股份有限公司， 山西 太原 030000）

建筑給排水工程與建筑使用者的日常生活息息相關(guān)。 隨著建筑行業(yè)的發(fā)展， 建筑給排水的工作方式得以優(yōu)化， 相繼引入更多前沿的技術(shù)。 在建筑給排水設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)后， 建立實體建筑模型，供設(shè)計人員直觀分析設(shè)計成果， 評估存在的不足之處， 經(jīng)過優(yōu)化后提升整體設(shè)計效果， 較好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計方式的不足。

1 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)通過對建筑工程信息的收集后做數(shù)據(jù)化、 信息化處理， 建立三維立體模型， 以更具直觀性的方式呈現(xiàn)建筑工程信息。 隨著BIM技術(shù)應(yīng)用水平的提高， 相繼在更多建筑給排水設(shè)計中取得應(yīng)用，借助三維模型表達(dá)給排水管道系統(tǒng)架構(gòu)， 除了供設(shè)計人員分析給排水管道的布設(shè)情況外， 還可用于給排水與強(qiáng)弱電、 暖通等專業(yè)設(shè)施的碰撞檢查， 發(fā)現(xiàn)設(shè)施間的矛盾， 在源頭上予以規(guī)避。 基于BIM技術(shù)的給排水設(shè)計成果更具可行性， 有利于工程建設(shè)活動的高效開展。

2 BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 設(shè)計成果可視化

常規(guī)給排水設(shè)計方法采用的是二維設(shè)計圖的信息表達(dá)方式， 例如應(yīng)用CAD軟件繪制平面圖形， 存在難以全面、 直觀展現(xiàn)信息的局限性[1]。 相較而言，BIM技術(shù)改變固有設(shè)計方式的弊端， 以三維模型的方式呈現(xiàn)設(shè)計成果， 得益于三維可視化的特點， 建筑工程各參與主體可直觀溝通， 且能夠加強(qiáng)整體布局優(yōu)化和各項專業(yè)間的有效協(xié)調(diào)， 在設(shè)計初期發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行修改。 經(jīng)驗表明， 基于BIM技術(shù)的給排水設(shè)計較好地規(guī)避了傳統(tǒng)設(shè)計方式中管線沖突問題，設(shè)計的有效性提升， 對現(xiàn)場施工大有裨益。

2.2 多專業(yè)設(shè)計的協(xié)同化

建筑給排水設(shè)計具有系統(tǒng)性， 除了給排水主體外還需考慮與電氣管線、 暖通等專業(yè)的關(guān)系。 依托BIM技術(shù)的協(xié)同化優(yōu)勢， 將多專業(yè)的設(shè)計人員聚集起來， 共同商討各專業(yè)、 專業(yè)間的設(shè)計方式， 保證各專業(yè)設(shè)計有效性的同時避免專業(yè)間協(xié)調(diào)效果差的問題。 并且， 協(xié)同設(shè)計的方式可增強(qiáng)信息的流通，以防由于資料不匹配、 信息共享不及時等問題而出現(xiàn)設(shè)計遺漏、 設(shè)計錯誤等各類異常狀況。

2.3 設(shè)計信息參數(shù)化

基于BIM技術(shù)的建筑模型具有參數(shù)化的特點，由于設(shè)計要求需調(diào)整參數(shù)時， 可直接在Revit軟件中修改， 相關(guān)聯(lián)的參數(shù)隨即更新， 從而保證材料信息、工程量等各項數(shù)據(jù)的實時性。 從工作強(qiáng)度的角度來看， 由于參數(shù)的自動化更新， 將有效減少人為操作的工作量， 減輕作業(yè)強(qiáng)度。 得益于BIM技術(shù)設(shè)計信息參數(shù)化的特點， 設(shè)計人員更加便捷地對設(shè)計模型信息做出修改， 促進(jìn)設(shè)計效率的提高。

3 項目概況

某建筑工程總面積10100m2， 建筑高度133.2m，局部地下2 層、 地上33 層， 屬于具有辦公、 商業(yè)多項功能的綜合型建筑。 給排水系統(tǒng)屬于建筑的重要組成部分， 包含給水、 排水、 熱水、 污水、 廢水多類細(xì)分子系統(tǒng)。

4 BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計中的應(yīng)用分析

4.1 協(xié)同設(shè)計

Revit軟件在協(xié)同設(shè)計方面有鏈接模式和工作集模式兩種可供選擇[2]。 其中， 鏈接模式的外部鏈接模型不可編輯， 不利于設(shè)計工作中的管線調(diào)整操作；工作集模式的權(quán)限獲得與釋放流程頗具復(fù)雜性， 但可在相同項目文件中完成對管線的調(diào)整。 兩種模式均有各自的應(yīng)用特性， 結(jié)合項目管線設(shè)計要求和管線碰撞檢測目的， 經(jīng)對比分析后將建筑和結(jié)構(gòu)模型作為鏈接文件， 在相同文件內(nèi)協(xié)同工作。 以建筑23層設(shè)備層為例， 展開BIM技術(shù)的應(yīng)用探討。

4.2 項目準(zhǔn)備

4.2.1 項目創(chuàng)建

設(shè)計工具采用RevitMEP軟件， 建立機(jī)電BIM模型。 MEP項目的創(chuàng)建屬于項目創(chuàng)建的重點內(nèi)容， 思路為: 采用軟件的協(xié)同工作功能， 向MEP項目中鏈接建筑模型的中心文件， 讀取包含軸網(wǎng)、 標(biāo)高在內(nèi)的各項關(guān)鍵信息， 據(jù)此進(jìn)行設(shè)計； 并且， 對結(jié)構(gòu)模型的中心文件做鏈接處理。

4.2.2 三維視圖和平面視圖的創(chuàng)建

考慮到各層給排水管道的繪制要求， 創(chuàng)建各層的給排水平面視圖和三維視圖， 以便根據(jù)需求及時查看單獨(dú)的樓層， 實現(xiàn)此效果的方式是僅顯示可見視圖范圍內(nèi)的模型， 其它部分則予以隱藏。 此外，還賦予視圖 “過濾” 的功能， 例如僅顯示給排水管道及配套設(shè)備， 除此之外的其它各類管道和設(shè)備均被隱藏。

4.2.3 中心文件與工作集的創(chuàng)建

MEP項目文件被保存在文件服務(wù)器， 建立中心文件， 各獲得授權(quán)的工程師將文件另存為本地文件，從而開展工作[3]。 通過 “與中心文件同步” 功能的應(yīng)用， 建筑或結(jié)構(gòu)模型的中心文件經(jīng)過修改后自動更新模型。 各專業(yè)工程師利用工作集模式確定權(quán)限，創(chuàng)建專屬于自身的工作集并使用， 任何其它專業(yè)均無法對其圖元進(jìn)行修改， 若由于設(shè)計需要而確實需要做出修改， 允許專業(yè)人員進(jìn)行編輯。 為提高協(xié)同設(shè)計水平， 各專業(yè)同步開展BIM模型的創(chuàng)建工作， 存在需求時可及時互相查看工作進(jìn)度， 協(xié)調(diào)工作步伐。

4.3 給排水系統(tǒng)模型的創(chuàng)建

4.3.1 基本設(shè)置

加載和編輯管道、 管件和設(shè)備， 將各類給排水管道的配套設(shè)施載入構(gòu)件族庫， 存在屬性修改要求時借助 “類型屬性” 對話框?qū)崿F(xiàn)， 可修改的屬性信息包含管道的類型名稱、 材質(zhì)、 型號等。 基本設(shè)置是給排水系統(tǒng)模型創(chuàng)建的重要環(huán)節(jié)， 在此前提下有利于BIM模型記錄給排水系統(tǒng)構(gòu)件的集合信息、 材料性能信息等， 在豐富信息的基礎(chǔ)上， 軟件自動生成設(shè)備材料列表。

4.3.2 設(shè)備的選型與管道的鋪設(shè)

在基本設(shè)置操作落實到位后， 創(chuàng)建給排水系統(tǒng)的模型。 對dwg文件做鏈接處理， 在MEP項目文件的平面圖中呈現(xiàn)給排水平面圖， 據(jù)此創(chuàng)建三維模型，此方式將有效避免由于同時打開CAD軟件查看圖紙而導(dǎo)致的操作繁瑣問題， 對員工的便捷化作業(yè)較為友好。 調(diào)用族庫的衛(wèi)生器具、 供水設(shè)備等， 設(shè)定屬性， 根據(jù)功能需求確定各類設(shè)備的放置位置。 “常用” 選項卡內(nèi)有 “管道” 命令， 用于管道的繪制。從設(shè)置的管道類型中予以選擇， 明確管徑和標(biāo)高，根據(jù)掌握的參數(shù)繪制管段。 于關(guān)鍵的部位放置閥門及各類配套的附件。 在常規(guī)平面圖的基礎(chǔ)上賦予標(biāo)高值， 實現(xiàn)管件、 設(shè)備等設(shè)施從二維向三維的轉(zhuǎn)變，設(shè)計人員將從多個角度觀察， 對設(shè)施的三維特性有著全面的掌握。

部分管道按特定的坡度敷設(shè)， 根據(jù)布設(shè)要求啟用 “向下坡度”、 “向上坡度” 選項卡， 輸入坡度值后即可完成繪制。 于立面視圖中進(jìn)行立管的繪制，對應(yīng)至平面視圖中， 對立管的位置做細(xì)微的調(diào)節(jié)即可， 高效繪制立管。 給排水設(shè)計時， 同步打開平面、立面、 三維視圖窗口， 供設(shè)計人員更加直觀地分析，掌握建筑、 結(jié)構(gòu)的信息， 評價管道的平面位置、 立面位置是否達(dá)到要求。 由于信息的呈現(xiàn)更具全面性，有助于設(shè)計人員在源頭上發(fā)現(xiàn)問題， 經(jīng)過優(yōu)化后獲得可行性較高的設(shè)計方案。

在協(xié)同設(shè)計的工作模式下， 給排水專業(yè)管道繪制期間由其它專業(yè)人員同步組織暖通、 電氣等專業(yè)的設(shè)計工作， 各專業(yè)間互相查看工作進(jìn)度， 視實際設(shè)計狀況加以協(xié)調(diào)。 模型建立初期可觀察到碰撞狀況， 便于前期的協(xié)調(diào)。 例如， 暖通專業(yè)圖紙中的水箱上方分布風(fēng)管， 設(shè)計人員經(jīng)由模型觀察到水箱上方有梁和環(huán)帶桁架， 多類設(shè)施高密度分布在有限的空間內(nèi)， 存在碰撞問題， 諸如此類問題將以碰撞位置截圖的方式保存， 建模結(jié)束后生成碰撞報告， 設(shè)計人員根據(jù)碰撞報告做出調(diào)整。 消防管道模型， 如圖1 所示。

圖1 消防管道的繪制

4.4 碰撞檢測

RevitMEP軟件在三維協(xié)同設(shè)計環(huán)境中整合給排水模型、 暖通模型、 電氣模型， 為碰撞檢測與管線檢查提供了良好條件[4]。 管線布置如圖2 所示， 各專業(yè)管線建模完成后， 繪制管線和設(shè)備放置位置，進(jìn)入第一輪調(diào)整。 以手動查找的方式做初步的判斷，確定明顯的管線碰撞問題， 以移動位置和調(diào)節(jié)標(biāo)高的方式消除碰撞。 已解決和待解決的碰撞問題均得到完整的記錄， 向設(shè)計人員反饋資料， 由其根據(jù)記錄內(nèi)容對圖紙做出修改。 初期的初步檢查必須落實到位， 是后續(xù)精細(xì)化檢查的重要保障。 若直接啟用“碰撞檢查” 功能， 將一次檢出大量的碰撞點， 加大修改工作量， 可能由于修改遺漏或其它原因而影響管線碰撞處理效果。

圖2 生活水箱間附近管線布置

經(jīng)過初步的管線碰撞檢查和調(diào)整后， 啟用 “碰撞檢查” 功能， 利用數(shù)學(xué)方程描述監(jiān)測對象輪廓，確定被測對象的聯(lián)立方程并對其是否有解進(jìn)行判斷。根據(jù)檢查結(jié)果生成沖突報告。 碰撞檢查功能的覆蓋面廣， 例如機(jī)電管線間的檢查、 管線與建筑結(jié)構(gòu)的碰撞檢查。

碰撞檢查過程中發(fā)現(xiàn)需要重大調(diào)整的問題時，先根據(jù)檢查結(jié)果生成預(yù)解決方案， 各專業(yè)工程師溝通， 富有針對性地對三維模型做出調(diào)整， 生成一套適應(yīng)于現(xiàn)存問題的解決方案， 通過各專業(yè)人員的確認(rèn)后， 按照方案要求加以修改， 直至問題消除為止。例如， 碰撞檢查結(jié)果顯示水箱與環(huán)帶桁架存在碰撞，通過與相關(guān)專業(yè)人員的溝通后， 提出 “將水箱高度降低0.5m、 橫向加寬” 的調(diào)整方案， 按照方案要求修改模型和施工圖， 而后與中心文件同步， 相關(guān)聯(lián)的信息隨即更新， 呈現(xiàn)經(jīng)過調(diào)整后的管線位置情況。

在第一輪管線碰撞檢查的基礎(chǔ)上， 進(jìn)入第二輪檢查， 此階段的檢查空間較之于第一輪有所縮小，細(xì)節(jié)問題更應(yīng)得到重視。 弱電橋和暖通風(fēng)管需經(jīng)由生活水箱上方穿越， 為保證設(shè)施空間位置的合理性，在多專業(yè)商討后對施工圖進(jìn)行修改， 至此各項管線碰撞問題得到妥善的解決， 不會由于前期設(shè)計不到位而導(dǎo)致現(xiàn)場施工時出現(xiàn)管線碰撞問題。 具體至本建筑工程中， 設(shè)備層的設(shè)施組成復(fù)雜， 相關(guān)人員加強(qiáng)重點分析和綜合調(diào)整， 經(jīng)過優(yōu)化后的設(shè)備層空間凈高滿足要求， 一方面有效避讓結(jié)構(gòu)， 另一方面精準(zhǔn)確定管線的位置和標(biāo)高， 為后續(xù)的高效施工打下堅實的基礎(chǔ)。

5 BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計中的其他應(yīng)用

5.1 在設(shè)備材料統(tǒng)計中的應(yīng)用

BIM模型具備自動統(tǒng)計分析的功能， 根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和分析結(jié)果生成設(shè)備材料表， 對設(shè)備、 材料的取用有重要的引導(dǎo)作用。 在BIM模型建立初期， 工程師完成對設(shè)備、 材料基本屬性的設(shè)定， 資料信息將由BIM模型保存， 經(jīng)過自動統(tǒng)計后即可生成設(shè)備材料表。 模型文件中某給水管道的管徑改變時， 除了基礎(chǔ)參數(shù)的變化外， 與之相關(guān)聯(lián)的列表也將同步更新， 全程無需人工手動操作， 減少工作量的同時提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性， 為項目的概預(yù)算提供了可靠的數(shù)據(jù)支持， 也能夠給業(yè)主的成本控制提供富有參考價值的信息， 保證成本控制的有效性。

5.2 在施工模擬中的應(yīng)用

建筑項目3D模型與施工進(jìn)度建立起關(guān)聯(lián)， 促進(jìn)時間和空間兩層面信息的整合， 基于多維度信息建立4D施工信息模型， 提供4D施工模擬功能， 兼具動態(tài)化、 集成化、 可視化的突出優(yōu)勢[5]。 對于建筑給排水系統(tǒng)中的各類管線和設(shè)備進(jìn)行可建性模擬，此功能的應(yīng)用一方面有利于對安裝順序做合理的協(xié)調(diào)， 確保各項安裝工作按照流程有條不紊地推進(jìn)，另一方面對安裝進(jìn)度做出妥善的規(guī)劃， 在較短的時間內(nèi)保質(zhì)保量完成施工作業(yè)， 總體來看達(dá)到保證質(zhì)量、 提高效率的突出效果。

5.3 在維護(hù)及管理中的應(yīng)用

除了建設(shè)外， 建筑使用期間的維護(hù)管理也是保證給排水系統(tǒng)得以正常運(yùn)行的重要途徑， BIM技術(shù)在此方面依然具有應(yīng)用價值。 若建筑使用期間存在管線故障， 采用BIM技術(shù)予以解決， 聯(lián)合應(yīng)用BIM模型和運(yùn)營管理系統(tǒng)， 精準(zhǔn)定位故障部位， 深入探明導(dǎo)致故障發(fā)生的關(guān)鍵原因， 獲取與故障有關(guān)的信息， 根據(jù)故障狀況安排保修， 力爭在較短時間內(nèi)處理故障， 使建筑給排水系統(tǒng)恢復(fù)正常使用的狀態(tài)。

6 結(jié)語

建筑給排水工程包含生活給水、 消防給水、 雨水排水、 污廢水排水等細(xì)分組成部分， 隨著建筑建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大和用戶使用要求的提高， 建筑給排水的設(shè)計水平應(yīng)有所進(jìn)步。 在復(fù)雜的建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計中， 可以考慮BIM技術(shù)的應(yīng)用， 依托該項技術(shù)可視化、 參數(shù)化等優(yōu)勢高效完成本專業(yè)的設(shè)計， 并實現(xiàn)給排水與其它相關(guān)專業(yè)的協(xié)同， 提高設(shè)計水平，促使后續(xù)建設(shè)工作的高效開展。