BIM技术在管线综合排布中的应用

刘 婧，郑 威，秦 光

（上海市建设工程监理咨询有限公司， 上海 200080）

0 引 言

随着工程复杂性的提高，二维图纸表现力的局限性越来越显著，管线综合质量的控制难度也越来越大。传统的管线综合设计常常出现管线碰撞、预留洞口位置偏移、安装空间不足等问题，无法满足工程项目质量的要求。需要采用新的技术措施，兼顾设计和施工的需要，从根本上解决这类问题，提高工程质量。

1 传统管线综合的不足和BIM技术的优势

1.1 传统管线综合中存在的问题

(1)传统项目管线综合设计过程中，设计师只能将自己的想法以二维图纸的形式表现出来，施工技术人员再根据自己对图纸的理解和对设计师意图的揣测进行施工。二维图纸仅能够表达单一截面或局部信息，很难表现管线系统的整体情况，最终导致施工错误的出现。

(2)传统的管线综合设计在二维条件下进行，平面图、立面图、剖面图和局部详图将建筑信息割裂开来，破坏了设计的整体性、连续性和一致性。在进行管线综合时，难以避免调整管线标高所带来的“连锁反应”，往往是调整一个碰撞点又会导致另一处的碰撞。

(3)管线综合设计不仅要协调机电各个专业之间的关系，还要协调与建筑、结构专业之间的关系。然而设计分工明确，专业之间的信息壁垒是长期存在的。协同界面非常广，不是控制好吊顶的控制标高、设备尺寸、地沟和管沟位置等关键点就能消除碰撞问题的。

1.2 管线综合BIM技术的优势

(1)将二维图纸转化为与实际工程等比例的三维模型，各个专业协同建模使得不同专业的设计师获得更全面的相关专业信息，也让工程技术人员更直观快速地了解工程。利用模型进行施工交底，减少错误的发生。

(2)BIM 的碰撞检查功能可以自动查找管线碰撞问题，配合虚拟漫游功能，大幅提高管线综合设计的效率，并且调整时不会出现盲点和遗漏。通过模型展示提高沟通效率，让设计人员及时调整方案，减少施工现场的碰撞和返工，降低成本。

(3)在碰撞检测的基础上，为满足工程的净高要求、预留足够的检修空间、充分考虑管线和支吊架的安装空间，可以在 BIM 模型中进行优化排布提高净空，模拟确定合理的施工方案。

2 工程应用案例

2.1 工程概况

某项目位于江苏省盐城市城南新区，占地面积 273 亩，1期工程规划由 10 栋超高层组成，总建筑面积约 62 万 m2，投资约 73 亿元，是全市重点工程。其中 3 号办公楼 24 层，高约 102 m；4 号办公楼 23 层，高约 98 m。笔者所在公司作为项目管理方参与建设。

2.2 BIM应用软件的选择

目前 BIM 建模软件有很多，其中 Autodesk 公司开发的Revit 和 Graphisoft 公司开发的 ArchiCAD 是其中的主流软件，本项目 BIM 建模使用 Revit。相比 ArchiCAD，Revit 具有较完善的结构、机电模块，更适合按施工图建模。碰撞检测和模型展示选用 NavisWorks Manage、Manage 软件，除了可以进行精确的碰撞、错误查找，还可以进行动态的四维进度仿真和照片级的模型渲染。通过 DWF 格式可将 Revit 模型文件导入其中，查看模型时的运行速度和渲染效果相较 Revit，都有大幅提高。

2.3 工程应用

根据设计单位提供的施工图，BIM 团队进行了三维建模，将幕墙、建筑、结构以及机电等专业的图纸信息集成到一个 BIM 模型当中，完成 3 号和 4 号办公塔楼模型(如图 1 所示)。

图1 3号和4号办公塔楼BIM模型

图1(a)所示的是幕墙、建筑、结构和机电四个专业集成的 BIM 模型；图 1(b)所示的是建筑、结构和机电三个专业集成的 BIM 模型；图 1(c)所示的是结构和机电专业集成的 BIM模型；图 1(d)所示的是机电 BIM 模型。BIM 模型包含了施工图纸上所有几何尺寸信息、空间位置信息和材质材料信息。由于机电专业涉及系统繁多、管线紧密、难以区分，BIM 团队对不同管道和桥架按系统分类进行了配色，发挥了模型可视化的优势，并提高了查看效率。

3 管线综合实践

3.1 碰撞检测

本项目涉及幕墙、建筑、结构、通风、防排烟、给排水、消防、喷淋、电力、照明、安防、通信等十多种专业，管线复杂。BIM 工程师按照施工图纸完成模型后检测出大量碰撞，碰撞检测结果如图 2 所示。

图2 Navisworks模型碰撞检查

通过虚拟漫游查看模型中的碰撞点，可将碰撞问题归为以下几类：通信桥架与排烟管道的碰撞；排烟管道与电力桥架的碰撞；喷淋管道与桥架的碰撞；消火栓系统干管与桥架的碰撞；喷淋管道穿过结构梁；喷淋管道穿过建筑隔墙。

针对这些问题，我们对机电模型进行了全面的调整。参考设计和施工要求，按照“有压让无压，小管让大管”的原则，分系统进行调整。合理进行水平位置调整，修改管线标高时注意排查整个系统的碰撞点，最终调整结果如图 3 所示。

图3 调整后的机电模型

3.2 管线综合

办公楼层高较低，走廊狭窄，而电气管线与桥架常常在此集中敷设，平行排布空间不够，垂直排布又不能达到净高要求，因而成为管线综合的难点。3 号和 4 号办公塔楼核心筒附近走道的管线排布，同样面临这个难题。环形走道的吊顶空间内需要排布喷淋干管、消火栓系统管网和强、弱电桥架。《电缆桥架安装规范》中规定，弱电电缆与电力电缆的间距不小于 0.5 m，如有屏蔽盖可以减少到 0.3 m，桥架上部距离顶棚或其他障碍物不小于 0.3 m。由于设计时沟通协调不足，强、弱电桥架间的距离过近，甚至有重合。桥架的标高高于梁底，需要在梁上开孔，在提高施工难度的同时，还可能影响结构的承重能力。若不进行管线综合，优化排布，模型完成后必然出现碰撞。

针对这个问题，我们认为应该先优化管线排布再进行建模。这样做不仅能消除碰撞，还可以避免后期调整的大量工作，有效提高工作效率。环形走道宽为 2 m，标准层高 4 m，主梁高 0.95 m，办公楼净高要求 2.8 m。优化设计时，充分考虑吊顶空间高度、安装规范、结构限制，最终确定优化方案：强、弱电桥架分别排布在消火栓系统环状管网的两侧，间距大于 0.5 m，底标高为 2.9 m，喷淋管道中心标高为 3.1 m。

优化设计后，强、弱电桥架之间的距离符合规定，不会产生相互干扰。并且桥架从梁底通过，不再需要在梁上开孔。管线排布整齐美观，管道弯折情况明显减少，既节省了材料又简化了施工。空间的合理利用既获得了足够的净空高度，又满足安装规范和施工要求。

4 经验与结论

4.1 建立机电模板

在建模前建立一个全面准确的模板，为机电各个系统配色，模型完成后就能凭颜色区分不同系统，不需要查看属性，为碰撞检测等工作带来便利。若先建好模型再划分系统配色，每个子文件都需要新建，工作量将非常大，并且管线交错复杂容易出错或遗漏。分专业绘制时套用同一个模板，能够确保配色的一致性。配色应严格按照《BIM 建模标准》进行，使得项目之间存在连贯性。应逐渐推广《BIM 建模标准》。

4.2 管线碰撞调整

各专业管线绘制完毕后，需通过 Revit 软件链接集成，然后导入 Navisworks，通过其碰撞检测功能发现碰撞位置，再拟定优化方案调整 Revit 模型。一般管线碰撞的调整原则是：“小管让大管，压力管让重力管。”各管线间距应在满足基本维修要求的前提下尽量减小占用空间。另外，强、弱电桥架之间的距离应满足不影响弱电信号要求，给排水管道一般设置在风管、桥架之下，具体应根据实际情况调整。

BIM 工程师做综合管线排布时，必须考虑施工空间及工作面问题。否则仅仅根据施工图和碰撞检查报告做管线排布，是无法指导施工的。

4.3 机电管线集中区域建模前先优化排布

管线集中区域如办公楼走道、地下室、管井等，如果机电各专业完全按传统设计提供的 CAD 图纸绘制，必定造成大量管线碰撞，后期调整的工作量也很大。因此应根据各管线参数提前排布好各管线间距，以减少后续管线综合后的碰撞数量，降低模型调整的工作量，从而提高工作效率。

4.4 结构预留洞的定位

在施工过程中，许多土建的预留洞口与管道位置不符。究其原因是二维图纸定位不够详细，或者土建图纸已经变更而原施工图没有及时修改。应用 BIM 技术后，不仅要排除机电专业内部的碰撞，还要协调好机电与建筑、结构的关系。及时更新土建模型，BIM 管线综合成果重新调整后才能应用。运用模型，对预留洞口进行精确定位，保证施工的顺利进行。

4.5 加大BIM技术的推广力度

由于现场施工人员习惯了使用二维设计图纸，习惯在安装过程中处理变更，解决管线的协调、排布等问题，没有意识到 BIM 管线综合成果的价值。并且 BIM 成果不具有法律效力，二维盖章的图纸才是其施工依据，往往会思维定势，放弃 BIM 管线综合成果。如何落实 BIM 管线综合成果，将BIM 技术的应用融入到项目管理流程中去，是广大 BIM 实践者需要思考的问题和努力的方向。

5 结 语

目前，传统的管线综合设计和二维图纸的表现形式已经不能满足复杂工程的建设要求。BIM 技术的出现，通过三维模型形式和强大的信息整合能力，实现了复杂项目的管线综合设计。本文通过工程案例，介绍了如何运用 BIM 技术在模型中统筹安排各种管线的空间位置，协调管线之间以及管线与其他工程之间的矛盾，完成管线碰撞检测和管线综合设计，并分析总结了 BIM 技术应用的经验和技巧。

BIM 技术具有可视化、虚拟化等优势，能够很好地解决管线综合设计的难题。通过整合多方建筑信息，BIM 技术更能够进行协同管理，提升工程决策、规划、设计、施工和运营管理的整体水平，减少返工浪费，有效缩短工期，提高工程质量和投资效益。