BIM技術(shù)在建筑室內(nèi)給排水設(shè)計中的應(yīng)用

BIM技術(shù)是將建筑從設(shè)計到施工，到運(yùn)維直至拆除的全生命周期中的全過程集成為一個信息數(shù)據(jù)庫，相比于傳統(tǒng)二維制圖具有可視、可模擬、可協(xié)同等優(yōu)勢，因此在項(xiàng)目進(jìn)行的過程中各相關(guān)單位可通過信息模型對項(xiàng)目進(jìn)行全過程控制管理，因此本文提出BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計中的應(yīng)用思路。

1  BIM技術(shù)相對于二維制圖的優(yōu)勢

BIM（Building Information Modeling），指建筑信息模型，自2010年中國房地產(chǎn)協(xié)會商業(yè)地產(chǎn)專業(yè)委員會、中國建筑業(yè)協(xié)會工程建設(shè)質(zhì)量管理分會、中國建筑學(xué)會工程管理研究分會、中國土木工程學(xué)會計算機(jī)應(yīng)用分會組織并發(fā)布了《中國商業(yè)地產(chǎn)BIM應(yīng)用研究報告2010》和《中國工程建設(shè)BIM應(yīng)用研究報告2011》以來，BIM技術(shù)在我國經(jīng)歷了政府發(fā)文、行業(yè)研究、政府推動發(fā)展的階段，到目前已在工程中的應(yīng)用愈加成熟，也受到了行業(yè)的肯定。

1.1 直觀可視，模擬真實(shí)

相比于傳統(tǒng)的二維制圖，BIM最大的優(yōu)勢就在于建筑模型的直觀可視性和模擬性，即使是不懂行的非專業(yè)人員亦可以輕松獲取到建筑各部位、各構(gòu)件、各設(shè)備等的位置、形態(tài)等基本信息。通過BIM人們可以瀏覽任何想了解的地方，比如建筑物中眾多管道如何排布安裝能夠節(jié)省空間、清晰準(zhǔn)確且安全可靠，甚至還可以模擬熱能的傳導(dǎo)等。在BIM的基礎(chǔ)上配合MR等可視設(shè)備，可以更加清晰直觀地將建筑物由外而內(nèi)的所有部件呈現(xiàn)出來，在虛擬場景中，通過佩戴者的視角深入建筑物的任何部位，可以準(zhǔn)確地對不滿意的地方提出修改意見，及時進(jìn)行整改。在模擬階段，可以通過模擬軟件對建筑物及周邊環(huán)境進(jìn)行日照、能耗、熱效應(yīng)等的模擬計算，從而不斷地對整個工程項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化。

1.2 協(xié)同配合，避免碰撞

一項(xiàng)建筑工程是由多個專業(yè)協(xié)同完成的，作為設(shè)計師大多數(shù)是對自己所做的專業(yè)非常熟悉，而對其他專業(yè)知之甚少，加之各專業(yè)之間的溝通不到位，導(dǎo)致各個專業(yè)之間存在設(shè)計誤差，最常見的就是設(shè)備管道與結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生碰撞，如果在審圖期間不能及時發(fā)現(xiàn)問題而等到施工期間才發(fā)現(xiàn)，將導(dǎo)致工期延誤，因此這也是圖紙會審的重要內(nèi)容之一。而BIM技術(shù)將各個專業(yè)集成在一個模型里，在各專業(yè)設(shè)計完成之后進(jìn)行碰撞檢查，如果發(fā)現(xiàn)有專業(yè)之間存在碰撞的問題，或是同專業(yè)不同設(shè)備之間存在協(xié)調(diào)配合的問題，通過碰撞及BIM的協(xié)調(diào)可及時發(fā)現(xiàn)問題，及時糾正，可以有效避免專業(yè)協(xié)同之間存在的偏差，節(jié)約設(shè)計時間，更重要的是可避免將設(shè)計中存在的問題遺留到施工階段而影響工期。

1.3 有的放矢，精準(zhǔn)管理

一個完整的建筑過程應(yīng)當(dāng)包括從設(shè)計到施工，到運(yùn)維直至拆除的全生命周期中的全過程，而二維圖紙在使用過程中存在著如圖紙顯示不清且無明確說明、圖紙攜帶不便甚至破損、圖紙長時間保存后紙張變色等不便，而BIM技術(shù)可以將建筑全生命周期中的所有過程集成為一個數(shù)據(jù)庫，無論是設(shè)計、施工還是管理都可以通過調(diào)取各自需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行全過程跟蹤管理。BIM是一個共享的知識資源，它可以為該項(xiàng)目從概念到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程，同時在項(xiàng)目實(shí)施的不同階段，不同利益相關(guān)方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)，所以在項(xiàng)目的全過程中BIM進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享和傳遞，使工程技術(shù)人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應(yīng)對，使項(xiàng)目實(shí)施過程管理有的放矢精準(zhǔn)管理。

2  BIM技術(shù)在建筑室內(nèi)給排水設(shè)計中的應(yīng)用流程

2.1  前期準(zhǔn)備

通過建筑圖了解建筑基本信息，了解市政管網(wǎng)水力情況，根據(jù)市政管網(wǎng)的位置，綜合考慮經(jīng)濟(jì)、安裝方便、供排水可靠性等確定進(jìn)水引入點(diǎn)及排水排出方向，生活給水直接接入市政給水管網(wǎng)，消防給水需考慮一用一備。建筑排水根據(jù)市政排水資料確定建筑排水的總體走向，化糞池可根據(jù)建筑規(guī)模進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)《建筑給排水設(shè)計規(guī)范》中的規(guī)定，建筑室內(nèi)給水系統(tǒng)需要確定給水設(shè)計揚(yáng)程及設(shè)計流量，確定供水方式及供水分區(qū)；建筑室內(nèi)排水系統(tǒng)需根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件確定排水體制；建筑室內(nèi)消防給水系統(tǒng)需確定消火栓流量及噴淋系統(tǒng)設(shè)計流量，以及消防噴槍使用支數(shù)及儲水水箱容積。

2.2  應(yīng)用流程

在得到計算結(jié)果后進(jìn)行建筑室內(nèi)給排水系統(tǒng)BIM建模時可以有兩種方法：可先繪制給排水二維圖，然后根據(jù)已經(jīng)設(shè)計好并且繪制完成的管道系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化（稱設(shè)計后BIM或翻模），或者直接建立三維模型進(jìn)行BIM出圖。具體流程見表1。

表1  BIM技術(shù)在建筑室內(nèi)給排水設(shè)計的應(yīng)用流程

類別 設(shè)計后BIM BIM出圖

建筑室內(nèi)給水系統(tǒng) 調(diào)入CAD建筑平面圖→布置給水立管→布置給水水平管→布置給水設(shè)備→連接給水設(shè)施與給水管道→模型優(yōu)化 調(diào)入CAD建筑平面圖→布置給水立管→布置給水管道系統(tǒng)平面→布置給水設(shè)備→調(diào)整優(yōu)化管道高度→模型優(yōu)化

建筑室內(nèi)排水系統(tǒng) 調(diào)入CAD建筑平面圖→布置立管→布置排水水平管→調(diào)整管道坡度→布置排水設(shè)備→連接排水設(shè)施與排水管→模型優(yōu)化 調(diào)入CAD建筑平面圖→布置立管→布置排水系統(tǒng)平面→調(diào)整管道坡度→連接排水設(shè)施與排水管道→模型優(yōu)化

建筑室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng) 調(diào)入CAD建筑平面圖→布置消防立管→布置消防系統(tǒng)平面→布置消防設(shè)備→連接消防水管與消防設(shè)備→模型優(yōu)化 調(diào)入CAD建筑平面圖→布置消防立管→布置消防系統(tǒng)平面→布置消防設(shè)備→模型優(yōu)化

建筑室內(nèi)消防噴淋給水系統(tǒng) 調(diào)入CAD建筑平面圖→布置噴淋立管→布置加壓及儲水設(shè)備→轉(zhuǎn)化噴頭及噴淋管→連接消防水管與消防設(shè)備→模型優(yōu)化 調(diào)入CAD建筑平面圖→布置噴淋立管→布置噴淋系統(tǒng)平面→布置噴淋設(shè)備→模型優(yōu)化

2.3  操作步驟

2.3.1  調(diào)入CAD平面圖

將工程CAD平面圖調(diào)入BIM建模軟件中，根據(jù)建筑信息設(shè)置樓層信息，并根據(jù)各層基點(diǎn)將各層圖紙復(fù)制到相應(yīng)的樓層中。若CAD圖紙中一些圖層不能顯示，需要解鎖所有圖層。

2.3.2  立管布置

按照計算所得的數(shù)據(jù)以及建筑給排水引入管、排出管、設(shè)備等的位置確定立管的直徑及布置位置。考慮到設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，立管在垂直方向存在管徑的變化，因此在BIM建模時需注意立管變徑。

2.3.3  水平管布置

若采用設(shè)計后BIM的設(shè)計方式可按照設(shè)計好的管道系統(tǒng)，將系統(tǒng)分類調(diào)整到相應(yīng)的專業(yè)模式下，對照管道系統(tǒng)圖進(jìn)行水平管的布置。若采用BIM出圖則需要根據(jù)計算結(jié)果、需要布置給排水設(shè)備的房間的情況、給排水立管的位置以及消防水槍的支數(shù)等確定水平管的管徑，然后在房間內(nèi)布置給排水水平管。

2.3.4  設(shè)備布置

建筑室內(nèi)給排水設(shè)備如用水設(shè)備、污水收集器、水泵、水箱、消火栓箱、滅火器、噴淋頭、閥門法蘭等可以選擇轉(zhuǎn)化設(shè)備，也可以自行布置。

2.3.5  管道與設(shè)備連接

在將管道系統(tǒng)及設(shè)備布置完成后則需要將設(shè)備及管道進(jìn)行連接，若設(shè)備采用轉(zhuǎn)化布置，在連接時可采用選擇布管線，如此可將設(shè)備與管道有效連接。若管道采用自由繪制的方式可根據(jù)設(shè)備及管道的具體情況進(jìn)行連接布置。

2.3.6  模型優(yōu)化

將建筑室內(nèi)給排水的整體模型建成后需要對各個系統(tǒng)的管線及設(shè)備進(jìn)行檢查優(yōu)化，通過碰撞檢查、模型漫游等手段檢查如管徑等是否有誤、管道的排布是否符合規(guī)范、管道與設(shè)備的連接是否妥善、專業(yè)內(nèi)管道是否有碰撞、整體模型是否有偏差等問題，逐步將模型做一步步優(yōu)化，使之符合建筑給排水設(shè)計及建筑信息模型的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，為其他專業(yè)的BIM建模及項(xiàng)目管理提供優(yōu)質(zhì)的信息模型。

3  BIM技術(shù)在建筑室內(nèi)給排水設(shè)計中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1  建筑室內(nèi)給排水管道及設(shè)備模型的創(chuàng)建

3.1.1  構(gòu)件尺寸調(diào)整

建模軟件中已有構(gòu)件的尺寸已經(jīng)是固定的，但在建模過程中往往需要的構(gòu)件尺寸與默認(rèn)構(gòu)件尺寸不符，則需要用戶調(diào)整原有構(gòu)件尺寸以符合本工程使用，因此用戶可以通過調(diào)整原構(gòu)件參數(shù)或插入點(diǎn)位置來滿足本工程安裝要求。

3.1.2  新構(gòu)件設(shè)置

在BIM建模軟件中有許多軟件公司已經(jīng)創(chuàng)建成型的構(gòu)件，但是在建模過程中會有許多新設(shè)備需要布置，但是軟件默認(rèn)構(gòu)件庫中并沒有此類構(gòu)件，則需要用戶自定義構(gòu)件，即用戶通過所需的二維圖形創(chuàng)建構(gòu)件的三維模型，或者通過云構(gòu)件庫選擇合適的設(shè)備模型。

3.1.3  系統(tǒng)分類

建筑室內(nèi)給排水系統(tǒng)按照水質(zhì)、用戶要求等不同分為生活給排水、生產(chǎn)給排水、消防給水、雨雪水排水等，而且根據(jù)用水流量等不同又會設(shè)置不同的系統(tǒng)類別，因此在建模時要按照不同的系統(tǒng)分類在相應(yīng)的系統(tǒng)類別下面進(jìn)行繪制。

3.1.4  排水管道布置的方法選擇

建筑室內(nèi)生活排水橫管一般都布置在本層樓板下方，然而在BIM建模中如果將管道繪制在下一層中，可能會因?yàn)橄聦优潘O(shè)施與本層排水設(shè)施布置方式不同而導(dǎo)致無法進(jìn)行繪圖建模，因此許多設(shè)計師習(xí)慣在布置本層排水橫管時采用降低管道標(biāo)高的畫法，這樣方便設(shè)計師根據(jù)本層具體情況進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，如圖1，但是在最終調(diào)管綜時由于排水管繪制位置非下層而可能會出現(xiàn)排水管無法顯示的問題，因此采用將樓層調(diào)到下一層，然后按正標(biāo)高（即升高標(biāo)高畫法）來進(jìn)行管道的布置，如圖2。

圖1  降低標(biāo)高畫法 圖2  升高標(biāo)高畫法

3.2  建筑給排水BIM建模應(yīng)用實(shí)例

某實(shí)驗(yàn)樓總建筑面積8500m2，均為地上，層數(shù)為五層，首層層高為3.9m，標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.6m，主體建筑總高度為18.300m。該工程給排水設(shè)計范圍為該建筑的給水、排水、消防、雨水等管道系統(tǒng)。

本工程主要借助魯班BIM來建模，建模完成后應(yīng)用于該項(xiàng)目實(shí)施過程。其室內(nèi)給排水建模效果如圖3。

圖3  部分給排水管道模型

通過BIM技術(shù)在該項(xiàng)目中的應(yīng)用，建筑給排水設(shè)計采用BIM技術(shù)可以節(jié)約二維出圖以及碰撞檢查的時間，而且可以更加方便快捷的計算工程量，尤其在發(fā)生變更時工程量的計算以及核對工程量時將更加便捷。

3.3  設(shè)計后BIM技術(shù)在應(yīng)用中的不足

3.3.1  二維圖錯誤導(dǎo)致模型錯誤

雖然通過BIM技術(shù)雖然可以有效避免碰撞問題，但如果二維圖在設(shè)計時存在錯誤，將導(dǎo)致建模時模型與圖紙不對應(yīng)，比如會出現(xiàn)存水彎無法將洗手盆與排水支管連接等問題。此外在管道設(shè)計時本專業(yè)內(nèi)部都可能發(fā)生管道阻擋，比如并列兩根立管發(fā)生重疊，或坡度管與其他管交叉碰撞等，這是因?yàn)榻ㄖo排水工程中給排水設(shè)備的屬性需要根據(jù)建筑物條件、市政管網(wǎng)供水能力等情況對建筑室內(nèi)給排水系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，其生活生產(chǎn)消防給水及排水管網(wǎng)中管道種類繁多，布管錯綜復(fù)雜，難免會出現(xiàn)未能成功審出的錯誤。

3.3.2  增加出圖時間

設(shè)計后BIM的過程就是在二維圖紙設(shè)計完成后將所有的信息用數(shù)據(jù)庫的形式集成在一個信息模型中，通常這個過程也稱之為“翻?！保瑢⒍S轉(zhuǎn)化為模型是需要時間的，這樣無疑增加了設(shè)計階段的時間消耗。同時BIM建模過程中各個專業(yè)需要協(xié)調(diào)配合，設(shè)計人員在初步設(shè)計時繪制一遍模型，水力計算時輸入一遍計算模型，碰撞檢查后重新建立三維精確模型，在這個過程中模型重復(fù)建立，盡管在某些階段的模型能夠重復(fù)使用，但是總體工作效率較低，增加時間成本。

3.3.3  增加勞務(wù)費(fèi)用

由于BIM技術(shù)目前還處于推廣階段，許多熟練二維設(shè)計的設(shè)計師對BIM技術(shù)的掌握程度還不夠或沒有精力掌握，因此項(xiàng)目在完成二維設(shè)計及出圖后還需要聘請專業(yè)BIM設(shè)計師或設(shè)計團(tuán)隊來完成其信息模型的建立，這樣就增加了項(xiàng)目在設(shè)計階段的勞務(wù)費(fèi)用。此外模型在使用階段仍需要BIM團(tuán)隊駐場服務(wù)，對項(xiàng)目的全過程進(jìn)行BIM技術(shù)支持，因此設(shè)計后BIM將會增加一定的勞務(wù)費(fèi)用。

4  結(jié)語

BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計中的應(yīng)用已經(jīng)有了飛速的發(fā)展，從管道設(shè)備的布置，到工程量的計算，以及各種管道系統(tǒng)的碰撞檢查及協(xié)調(diào)，甚至各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)配合等，其信息數(shù)據(jù)庫從很大程度上縮短了工期，提高了工程質(zhì)量，而且節(jié)約材料，使得項(xiàng)目的設(shè)計、施工、運(yùn)營維護(hù)等全過程都方便且高效。無論是設(shè)計后出圖還是BIM直接出圖，都存在著一些不盡如人意之處，因此在BIM技術(shù)的開發(fā)以及應(yīng)用方面還需要繼續(xù)努力，以真正達(dá)到便捷高效的全過程控制。

本文來源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://00559.cn/w/qk/21223.html