BIM在给水排水消防设计中的应用

吴娜

（中机中联工程有限公司，重庆 400039）

0 引言

从20世纪60年代，CAD开始进入到设计领域，大大提高了设计人员的工作效率。目前，在CAD的基础上出现了天正建筑，湘源控规等软件，都为设计带来了方便快捷性。然而，这些软件都是在二维空间中设计，具有很大的局限性，与手绘图纸同样避免不了因为协调而造成的错误和浪费。由二维图纸转化为三维实体时，尤其对于设备专业，各专业管道错综复杂，因此就凸显了三维制图在建筑设计中的重要作用。BIM三维设计的发展为了实现更为全面、更为高效的设计与制图，就成为了一项巨大的突破，通过建筑模型的建立，可以反映建筑物所具有的真实信息。它具有可视化，协调性，优化性，模拟性和可出图性五大特点。目前BIM软件种类繁多，核心建模软件主要有以下几种：①民用建筑使用Autodesk Revit。②工厂设计和基础设施用Bentley。 ③项目完全异性、预算比较充裕的可以选择Digital Project或CATIA。【1】建筑给排水中主要仍是使用Autodesk Revit.

1 BIM在给排水消防工程中的应用

1.1 可视化设计

BIM的三维视图在给排水消防管道设计中最大的优点就是可视化，能从不同角度看到不同剖面。用传统二维的图纸表达三维的建筑，必然要将本来完整的图纸分割成平、立、剖等多个不同侧面，引入了大量重复信息，效率低下，方案比选和管道碰撞检查也变得复杂抽象。而BIM的三维可视化特点使设计人员不再局限于平面图、立体图和剖面图的想象，而是使设计人员可以任意角度地观察，绘制和修改模型，使整个设计过程变得更加明了直接，这样就能减少传递信息过程中的失真情况，有效确保信息的有效性与完整性。此外，设备专业主要是在建筑和结构的基础上进行设计，会随着建筑结构的修改而修改，故借助BIM绘图技术则可使修改工作更加简单，操作性强。目前我国已有不少大型项目BIM技术，例如2008年北京奥运会奥运村空间规划及物资管理信息系统、南水北调工程以及香港地铁、上海迪士尼奇幻童话城堡等项目。奇幻童话城堡（图1）是上海迪士尼乐园的标志性建筑，位于梦幻乐园的中心地块。该项目空间不大，机电各专业系统错综复杂，较传统设计增加了许多新的系统，如水专业的水景管线，暖通专业的压缩空气以及电气专业的满足娱乐设备的配电桥架，这使得传统的二维绘图方式无法满足该项目的要求。因此尝试基于revit平台通过BIM技术的应用，为图纸绘制、管线综合、碰撞检测及施工指导提供新的途径。减少工程造价、节约建设成本；提前为实现以运营管理为导向的理念；提供运营管理需要的有效信息；打造乐园独特魅力【2】。

图1 奇幻童话城堡地下室模型

1.2 参数化设计

在BIM绘图中，所有设备构件及管件等都可以精准设计，设计人员要合理安排摆放设备，确定管道走向，管径大小，管道材质及管道连接方式等。对于BIM模型而言，有效利用参数化特性可以提高画图效率，如明细表、三维视图、二维视图等可都在建筑模型中表现出信息的形式，如果修改模型的参数化，BIM模型可以对平面、明细表、模型视图等不同的位置的设计进行修改，并且及时地更新修改后的信息【3】。此外，通常我们在设计时，在进行给排水工程材料表编制的工作中，基本都是按照图纸进行测量和统计，这样的做法不仅效率低，而且易出现错误，一旦对图纸进行了修改，要重新统计，将会变得非常复杂，而利用BIM本身是一个数据库的特点，可以随时取到真实可靠的材料表清单，进行工程的成本预算等工作。参数化设计主要包括项目参数和共享参数，是指的机电各专业内部的参数，如给排水专业设备明细表中需统计的设备族参数，标准图框的信息栏对应的项目参数，以及机电图纸标注所需的共享参数等。共享参数只需制定一次即可一劳永逸。这项工作一般由机电各专业负责人完成，以保障参数的统一性【4】。构建参数化可以为设计思考和创意提供一个开放的图形式系统。参数化构建不需要编程语言或代码，便可用于错综复杂的建筑设备及管道系统的装备。重庆某商贸物流项目运用BIM技术采用参数化设计对施工图进行检测校对，如图2所示可以清晰明了的记录给排水消防系统的空间结构，构件和设备的几何信息。

图2 某商贸中给水排水消防系统BIM模型

1.3 协同设计

协同设计是指在一个完整的组织机构共同来完成一个项目，建筑、结构、给排水、暖通、电气均从项目的信息和文档从一开始创建时起，就放置到一个共享平台上，为项目组的所有成员查看和利用，从而完美实现设计流程上下游专业间的“提资”。通常在CAD平台工作时，无法加载其他的数据信息，尤其是在进行给排水工程设计时，需要结合建筑结构资料，较为复杂，各个专业难以协同化工作，影响工作效率，并增加了非必要工作量。而在BIM模式下，所有的数据信息都会在建筑信息模型库中汇总，各个专业可以随时改动并通知其他专业，其他专业重新链接一下即可完成底图替换工作，如给排水中水泵的质量以及尺寸等，其他专业的也可以随时进行查阅。给排水专业的水泵相关数据信息进行了修改后，电气专业的符号也会随着进行改变，所有的专业工作都会根据这个建筑信息模型来开展，不仅可以简化工作模式，还能增强工作的协同性【5】。BIM提供项目参与方三维的信息共享平台，促进更有效的互动。在传统方式上非专业人员想更全面了解设计理念是十分困难的，这就造成实际存在的信息断层。三维的BIM模型表达形式更直观易懂，连接了传统模式上分散的设计成果，降低了非专业人士对项目的理解难度，提升了不同专业间、不同参与方对项目的协同能力，同时提高设计精度。

1.4 管线综合

在二维CAD绘图过程中，各个专业在各自的图上绘制，互相之间缺乏了解沟通，很可能在项目完成时发现管线碰撞，或者管线穿梁等问题，调整起来较为繁琐，影响工作质量。机电安装过程最容易造成经济损失的便是返工，越大规模的项目，设备管线越多，错综复杂，碰撞冲突可能性越大，造成工期、经济损失。而在BIM模式下，三维直观的管道系统反映的是空间状态，直观地呈现出管线综合之后的净空高度，设计师既可以在绘图过程中直观观察到碰撞冲突，又可在绘图后期利用软件进行碰撞检查，将检测内容及时反馈给各专业设计人员以进行调整和修改。对项目进行管线综合的工作，对于后期施工也有很大的帮助。以前在二维图中很难发现设计失误，导致后续施工出现问题，整修既费时又费力，而在BIM三维视图中进行管线综合设计可大大提高项目可靠性。BIM给建筑施工企业带来的不仅是一个高效的工具，更多的是提供一种建筑施工的全新理念。通过BIM技术，能够为各专业的安装和施工提供准确的构件信息和定位尺寸等数据，最终到达指导施工、检验施工和降低施工成本的目的。以下是某塑料厂模型碰撞分析对比表1、图3，可以看出在BIM平台中的设计能够智能检测出全部碰撞，便于设计人员修改，提高施工质量。

图3 综合管线碰撞示意图

表1 冲突报告检测内容

2 BIM运用中的问题及解决方法

BIM在工程设计中已占据越来越重要的地位，然而在给排水消防设计中依然存在一定的问题，具体如下：

（1）目前BIM设计未形成统一的给排水设计标准，未能统一则导致不同设计人员设计差异颇大，对整体设计行业影响不好。政府和行业应整体推进推广BIM应用工作，积极参与BIM标准的制定，完善建筑业行业体制、规范。

（2）Revit的绘图方式建立在“族”的调用及其参数设置上，然而BIM设计中给水排水的很多设备构建在BIM的族库中还是没有的，同时，符合中国建筑设计标准的构件更为缺少。工程师目前可通过一些论坛以及国外知名厂家的网站来搜索族，以满足使用要求。

（3） Revit二维功能比较弱，图象输出分辨率不能满足要求，生产二维图纸的能力较弱，目前BIM对于给水排水专业出图率只能达到30%左右，故不能通过图纸明确表达出设计意图、指导施工，这样对于使用电脑不便的施工方较为不利，故在未来发展中还需完善技术，提高出图率。

（4）进行管道计算、系统计算前管道与器具、管道与设备必须建立逻辑连接和物理连接，有时一处管道没连好造成整个系统无法计算，【6】核算过程较为复杂，需要设计人员加倍细心，保质保量完成每一步。

3 BIM技术与传统CAD技术的优劣比较

通过对Revit在建筑给排水消防设计中的运用实践，发现传统的CAD设计模式已经不能满足现代设计的需求，并且在许多大型工程项目上的使用越来越力不从心，两者比较主要有以下几个方面考虑：

（1）传统CAD技术在施工图阶段效率低下，易出现管线碰撞，设计漏洞等；而BIM技术运用设备管线提前绘制模拟成型，解决了机电工程管线综合和碰撞检测，可直观有效地指导机电管线安装，并有效地实现与各个专业之间的配合，降低了施工现场发现错误整改拆修的成本投入，开启设计优化模式。

（2）传统CAD技术需要人工统计材料表，造成漏项错项问题严重，同时二维CAD中无法精确画出每一个阀门阀件，通常较为粗略；BIM技术则可自动统计材料表，省下了人力物力，同时又较为精准，使工程现场材料管理精细化，也可方便准确计算工程造价，便于购买工程材料等。

（3）传统CAD技术中各专业获取数据的及时性和准确性难于保证，尤其是对于复杂的工程项目，难以保证施工进度；BIM技术可实现设计内容协同一致；充分有效利用项目信息；缩短建设周期，便于进行统筹管理，提高其效率的同时，优化了其管理效率和管理工程，实现精细化管理。

（4）传统CAD技术使用更加快捷方便，出图率高；BIM技术中快捷键的使用相对弱化【7】，在项目中已建成的单体构筑物二次利用难度较大，现有的模型复制和移动时经常出现管路连接断开，以及不能随意移动等问题。

4 结语与展望

近年来，建筑信息模型技术在建筑工程领域取得了大量的应用成果。BIM作为一种新理念得到了业内的认可。虽然在国内BIM设计技术还未广泛使用，行业内仍以CAD为主，但是BIM的巨大优势必将引领设计的新征程。同时，BIM技术在建筑给排水设计中存在的问题还需积极探究解决，确保在建筑给排水设计中BIM技术的优势能得到充分发挥。相信在未来设计市场上BIM设计技术将会具有良好的发展前景和商业价值。

[1]何关培.BIM和BIM相关软件[J].土木建筑工程信息技术，2010（12）.

[2]张耀冬，杨民，龚海宁.浅析上海迪士尼奇幻童话城堡BIM技术的应用[J].给水排水，2014（7）.

[3]王磊，代庆彦，时小兵.BIM技术在高层建筑给排水施工中的运用[J].建筑，2005（15）.

[4]崔旸，朱丹，杨佼佼，等.基于BIM的机电协同设计基本流程[J].建设科技，2015（16）.

[5]姚伟瑜.BIM在建筑给排水工程设计中的应用[J].中国建筑金属结构，2013（10）.

[6]梁超，王磊，梁广伟，等.BIM在建筑给排水工程设计中的应用[J].给水排水，2012（1）.

[7]靳铭宇.浅析Autodesk Revit在中国的发展及局限性[J].华中建筑，2008（26）.