探析BIM 技术在高层建筑管线综合上的应用

宁栋 陈磊

摘要：本文结合某工程案例，介绍了该工程的安装项目在施工前运用BIM 技术所要施工的图纸进行图纸“预装配”，然后通过“预装配”的过程把各个专业未来施工中的交汇问题全部暴露出来。这样提前发现这些设计图纸中存在的碰撞问题并提出合理的解决办法，有效地减少了在施工阶段出现的设计变更或修改，减少了施工过程中可能出现的大量返工浪费，节省了投资，缩短了工期，保证了工程质量。

关键词：管线综合；BIM技术；建模；碰撞检测

1 工程概况

某大厦项目为一座高层办公楼，地上裙房3 层，为门厅及办公配套的餐饮会议室，主楼为31 层办公楼（不含设备层），屋顶为上人平屋面，地下2 层，分别为人防车库和设备用房，总建筑面积为59619m2，建筑高度为130.50m。根据大厦的功能和使用特点，使得整个大厦的管线比较多，尤其是地下室及楼上公共走道部分，涉及到通风空调风管、消防喷淋管、空调水管和强、弱电桥架等各种系统，并且根据高度还有不同分区，导致管线布置及其复杂。为了直观的反映出设计图纸尤其是在施工中各专业之间设备管线的位置冲突和标高重叠上可能存在问题，我们在施工前引入了BIM 技术，即利用MagiCAD 软件对甲方提供的施工图纸进行三维建模，也就是说在施工前先根据所施工的图纸在电脑上运用相关软件进行图纸“预装配”，直观的反映出设计图纸上的问题，尤其是在施工中各专业之间设备管线的位置冲突和标高重叠。根据预装配结果，并结合原有设计图纸的规格和走向，进行综合考虑后再对施工图纸进行深化，从而达到实际施工图纸深度。

2 BIM 技术在管线综合上的应用

首先熟悉甲方提供的大厦管线二维图纸（用CAD 绘制），将二维图纸导入到MagiCAD 软件中，搭建通风空调风管、消防喷淋管、空调水管、强、弱电桥架等专业三维模型，从MagiCAD 软件中导出NWD 文件到Navisworks 软件中做碰撞检查，然后导出碰撞检查报告，在CAD 文件中标记错误，由于目前MagiCAD 软件和AutoCAD 软件还不能实现根据碰撞检查报告自动标记错误，需要手工标记碰撞位置，以备查阅和修改；最后结合原有设计图纸的规格和走向，进行综合考虑后再对管线图纸进行深化，从而达到实际施工图纸深度。大厦管线综合布置流程示意图如图1 所示。

图1 管线综合布置流程

2.1 运用MagiCAD 软件建模

当二维CAD 图纸绘制时，由于存在各种管线与桥架的标高变化与错综复杂的交叉只能在脑海中绘制，然后判断这些管线是否合理，是否存在碰撞，这就需要设计人员留出很大精力放在三维空间想象上，然后通过语言表达或者简单的手绘草图的形式与其他设计人员交流自己的想法。随着工作项目体量的增加、复杂程度的提高，对设计过程中各专业协调与配合的要求也随之更高，这就使得传统二维管线综合已经难以胜任新形势下的要求。该大厦就是其中一例，根据大厦的功能和使用特点，使得整个大厦的管线布置及其复杂，尤其地下室及楼上公共走道部分是本次管线综合布置难点中的重点，因此施工前我们引入了BIM 技术，即利用传统的AutoCAD 平台，使用MagiCAD 软件对甲方提供的二维图纸进行建模，建完模后发现仅地下人防车库和设备用房就存在大量碰撞点（如图2 所示），其中不仅是管道间的交叉碰撞，甚至有些不同的管道系统排列在一起，这为后面的碰撞检查带来了很大麻烦。

图2 管线绘制后发现管线间的碰撞情况

通过在图中圈出不同类型的碰撞点不难发现，仅仅一个区域的节点中就存在着各种不同程度的碰撞，其中主要有：给水、中水系统内部干支管交叉；消防干管与给水干管交叉；喷洒干管在管井处垂直穿过电气桥架；给水干管垂直穿过排风干管；喷洒干管与排风管道重叠；雨水干管与桥架交叉；强电桥架与弱电桥架交叉；强弱点与消防桥架交叉等。

针对以上问题我们决定先对模型管线进行了全面的修改，并优化管线走向，在消除系统性碰撞的同时使设备管线排布更加合理。首先确定电气桥架位置，在满足设计与施工要求的同时，给设备管线留出足够空间；然后依据“有压让无压、小管让大管”的原则，按照各个系统调整设备管道，并注意给电气专业留出检修空间。经过一轮碰撞修改后，模型基本达到令人满意的效果。

此外针对楼上公共走道部分，因其狭窄而设备电气的管线与桥架又集中于此，造成此处的管线排布困难，并且标高过低，不能达到净高要求，依靠简单的一字排开或者并列排布已无法满足实际需求。针对这个问题，我们在三维模型的辅助下与原来绘制施工图的人员反复讨论协商，在模型上不断的修改，最终得到完美的解决方案，并提高了净高。

2.2 运用Navisworks 软件做碰撞检测及管线综合优化

根据本文2.1 节中的内容将模型建好，然后从中导出NWD 文件到avisworks 软件中做碰撞检查，以排查在建模过程中人工很难发现的碰撞点。当所有NWD 文件导出完毕后，运行碰撞检测命令，导出碰撞检测报告，对检测出的碰撞点进行调整和修改，最终得到满足专业及施工要求的“零碰撞”模型，实质上是对管线一种优化。

2.3 施工模拟

在某些局部复杂且管线较多的地方如地下人防车库和设备用房等，为了尽量避免已安装好的管线设备不返工，施工前我们利用Navisworks 软件制作了施工模拟视频，其主要制作步骤为：首先制定详细的施工安装计划，确定每个关键时间节点；然后根据施工进度节点，使用Navisworks 软件模拟施工过程，并生成视频文件。业主等非专业设计人员可通过视频文件进行模型漫游，用更加真实的视角了解该项目；施工人员根据视频进行现场施工，在某种程度上说降低了返工率，提高了施工质量，节省了工程费用，保证了工期。

3 結论

目前国内在工程建设领域一般还依赖传统二维CAD 设计，由于传统二维CAD 图纸不能全面反映个体、各专业、各系统之间碰撞的可能；同时二维设计离散行为的不可预见性，也将使设计人员疏漏掉一些管线碰撞的问题。因此，随着工作项目体量的增加、复杂程度的提高，对设计过程中各专业协调与配合的要求也随之更高，这就使得传统二维管线综合难以胜任新形势下的要求。而在国内部分行业中，BIM 技术已经应用于工程建设中，其优点是通过三维建模，提供各个角度的三维视图便于理解，可轻松提供任意立面、剖面和平面的图纸。若某处需要修改，则只需修改一个面中的内容，则该处在其余面上也会联动被修改，这样可以避免比如修改标高这样细节的遗漏，省时省力，因此在某种程度上说采用BIM 技术不仅提高了施工进度，而且也节约了施工成本。

参考文献

[1] 赵越.BIM 对建筑设计和施工的优化[J].安徽建筑，2012（5）.

[2] 戴良军，陶双龙. BIM 技术应用与虚拟施工[A].安徽建工集团有限公司

技术质量委员会论文集[C].合肥：安徽建工集团第五届技术质量论坛，2012.

[3] 吕晓，高洋. BIM 在住区建筑设计中应用[J].土木建筑工程信息技术，2012（2）.