基于BIM的M EP管线综合技术优化性研究

黄迪，王明丽，李淑芬，刘琳琳

（1.青岛理工大学环境与市政工程学院，山东 青岛 266033; 2.青岛市环境保护局环境监测中心站，山东 青岛 266000;3.青岛市环境保护科学研究院，山东青岛 266003）

基于BIM的M EP管线综合技术优化性研究

黄迪1，王明丽2，李淑芬3，刘琳琳1

（1.青岛理工大学环境与市政工程学院，山东 青岛 266033; 2.青岛市环境保护局环境监测中心站，山东 青岛 266000;3.青岛市环境保护科学研究院，山东青岛 266003）

建筑M EP管线综合技术是连接设计与施工的重要环节。论文以某综合楼建设项目为例，针对传统管线综合中图纸错误及施工返工等问题，引入BIM技术，建立BIM综合模型。在审图阶段,运用模型解决管线碰撞，优化综合排布，并在施工前进行模拟施工，以方便施工交底，提高工作效率与工程质量。

BIM技术;MEP管线综合;协同工作;优化排布

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.017

1 引言

随着民众对建筑需求的不断提高，智慧建筑、绿色建筑等新建筑概念层出不穷，现代建筑的多样化和复杂化对建筑MEP(Mechanical、ElectricalandPlumbing)的设计与施工提出了更高的要求。管线综合技术作为连接设计和施工的关键环节，直接关系到项目进度与工程质量。现阶段，传统二维MEP各专业（暖通、电气、给排水）设计相对独立，设计信息无法及时共享，导致MEP的最终设计中“错、漏、碰、撞”等问题日益突出。因此，设计变更造成工程返工、材料浪费等问题更加严重，导致建筑工期延长和成本增加[1，2]，上述现象在国内普遍存在。基于BIM的MEP管线综合技术和多专业协同作业针对这一系列的问题提供了有效的解决方法。

BIM技术作为未来整个建设行业发展的主流方向，其先进的工作模式和高效、智能的特点逐渐在建筑行业中显现。利用参数化的设计数据，建立带有属性的三维信息模型，各专业间不仅可以共享全部的信息资源，还能实现各专业在同一平台上进行碰撞检查、冲突分析及3D模拟施工等应用价值[3]。

2 传统二维管线综合技术综述

由于传统MEP设计独立性较强，且各专业间缺少及时、有效的协调与互动，导致MEP不同设计人员或不同专业间的管线设计出现交叉碰撞现象较为突出，为确保实际工程在规定的预算内按时按质的完成，在施工前需要对现有的MEP方案进行深化设计探讨。传统的MEP深化设计中，设计师只能调开图纸中的各类管线的平面位置，对于错综复杂的管线交错问题，需要设计师在脑海中联想其三维的空间位置，从而判断这些管线布置的合理性。这种仅靠人工检验管线交叉碰撞的方式不仅耗时、耗力，而且无法保证图纸质量[4]。传统MEP管线综合存在的缺陷主要体现在：

1）MEP各专业设计相对独立，新的设计变更不能及时传递给其他设计人员，各专业设计人员不能协同作业，造成设计方案出现设计错误，导致后期协调深化设计过程中需要多次反复进行，影响MEP专业人员的工作效率。

2）目前CAD制图软件不能提供实时关联修改功能，需要设计人员进行手动修改。在管线综合布置阶段，设计人员花费大量的时间精力用于管线绘制与协调检查，而非MEP管线综合的优化设计。

3）对于复杂性和奇异性建筑，二维CAD无法对其几何信息进行精准的表达。对于外形奇异的建筑，仅凭二维图纸所体现出的设计信息很难将其正确地建造出来。另外，二维设计不够直观，给施工人员增加了很大的读图压力。

上述问题表明，传统二维CAD设计限制了建筑MEP系统发挥其最大的工程价值，而目前国内BIM技术的引进能很好地解决传统建筑MEP设计与施工中存在的问题。有研究表明，70%的业主认同BIM技术的使用可以减少施工变更，提高项目参与方的协同工作有效性。可见，实际工程建筑中对BIM的需求日益强烈。

3 基于BIM技术的M EP优势

BIM作为1种全新的工程设计理念，以其强大的直观性、精准性和协调性在行业中凸显。它的建模实质是将建筑、结构、电气、给排水、暖通等各专业设计数据整合进同一三维建筑信息模型，利用模型三维可视化的特点，使建筑结构与设备、设备与管线间的空间位置关系得到更直观的表达。基于BIM的协同设计，MEP各专业工作人员可在同一共享模型中协同工作，基于Naviswork平台进行专业内和各专业间碰撞检查及冲突调整工作，设计人员可以进行更合理的优化管线布置，从而形成最优化MEP设计方案。优化设计流程如图1所示。同时，将优化后的BIM综合模型应用于项目的设计、施工等全生命周期的各个阶段，大幅提高工作效率和工程质量。

图1 M EP优化设计流程

与传统二维管线综合相比，基于BIM技术的MEP设计可以将MEP各专业的设计信息模型整合到一起，从整体上把握专业间的协作情况。对模型中单一“碰撞点”的调整所带来的“连锁反应”，可即时反馈到模型中的其他部位，减少因沟通不当而引起的设计失误。另外，在施工前可通过BIM模型进行“模拟施工”，校核设计中存在的管线交叉碰撞及空间排布不合理等问题，从而真正避免了在实际施工中发生此类问题，造成不可逆的工程损失[5，6]。有研究表明，通过BIM技术可缩短4%～8%的施工周期，减少18%～20%的各专业协调时间[7]。BIM应用于建筑MEP管线综合技术的优势如下：

1）利用BIM模型三维可视化的特点，可以对图纸进行任意角度、任何部位的审查，以直观、高效的方式实现综合管网的优化设计。另外，在施工前可对模型期进行碰撞检查、冲突分析，优化工程设计，减少在施工阶段可能出现的错误。最后，施工人员利用优化后MEP综合管线方案进行施工交底、模拟施工。

2）BIM技术允许参与建筑设计的各专业设计人员共享同一建筑模型并协同工作。在此基础上对各专业子模型进行添加或修改，通过中心文件的链接功能上传后，确保BIM整体模型实时自动更新，便于团队设计人员追踪整个项目的所有信息，并及时对自己的设计方案做出相应的调整和修改，提高团队的整体工作效率。

3）为满足实际施工中的净高要求及为管线、设备的检修预留足够的检修空间，MEP工作人员在设计时可充分考虑管线和支吊架的安装空间，优化管线排布，提高净空，确定合理的施工方案。

4 案例分析

4.1 项目概况

某房地产开发项目规划总占地面积约4.2×104m2，总建筑面积约13.6×104m2，建筑主体为1座40层的集办公、商务为一体的综合楼，1层裙房为百货商场，地下设3层，作为停车场和设备用房。该项目具有投资大、开发周期长、技术复杂等特征。本文以该综合楼为研究对象，以Revit系列软件为平台，建立以建筑和MEP各专业设计数据为载体的三维建筑信息共享模型。通过MEP碰撞检测、人工冲突分析、各专业协同设计等方式最大限度地优化MEP综合管线，解决管道之间、管道与结构构件之间的碰撞和错误，提高MEP综合设计效率和准确率。

4.2 BIM模型的创建与调整

1）模型的构建

创建建筑模型时，应遵循“由整体到局部”的原则，从项目整体出发，逐步细化。以RevitArchitecture为平台创建其模型的基本流程如下：首先选择项目基本样板，创建空白项目，确定项目的标高、轴网以及创建门窗、屋顶、楼板等基本构件信息，构建BIM主体建筑模型（见图2）。完成模型的基本构建后，可根据模型生成指定视图，在视图内进行细节调整，为视图添加尺寸标注等注释信息。对于MEP各专业子模型的创建，需要利用RevitMEP中的“链接模型”，将建筑模型的“中心文件”链接到MEP项目文件中，通过复制建筑模型的标高、轴网、墙等建筑信息以确定MEP管线的空间位置，在准备工作完成后开始创建MEP各专业子模型。利用中心文件的链接功能，将模型的局部调整在BIM整体模型中能够实时自动更新，确保模型的准确性与信息的完整性（见图3）。

图2 项目建筑模型

图3 项目最终三维模型

2）模型的分析调整

在BIM平台上需及时对创建好的各子模型进行初步检查和碰撞调整。对于与CAD施工图纸不相符或空间管线布置不合理的区域进行局部的分析调整，然后将调整后的各子模型整合进同一BIM建筑模型中，在此基础上进行MEP管线综合碰撞检查并生成冲突报告，对碰撞问题逐一分析修改。碰撞检查会随着图纸的修改反复进行多次，与中心文件同步后，实现模型更新。

4.3 BIM团队协作模式

随着BIM技术的不断发展，基于BIM的多专业协同工作模式成为未来行业的趋势。不同专业的设计人员在同一BIM平台上协同工作，进行项目的全生命周期设计。相比以往多专业线性的工作方式，基于BIM的多专业协同工作模式可使各专业进行更好的沟通，进而快速、高效、精确地设计[8]。

本项目以二维设计图纸为基础，使用RevitMEP软件构建建筑综合管网BIM模型。通过模型的数据化分析功能对模型内MEP各专业管线间进行碰撞检查及综合管网优化调整。BIM协同设计对减少项目的设计失误和保证设计信息的准确传递起着至关重要的作用。对于局部管线分布较为复杂区域，在模型内进行深化设计，形成更多方位剖面图，自动生成二维参考图纸，反馈给设计方并应用于施工指导。基于BIM的MEP协同设计流程如图4所示。

4.4 BIM的应用与价值

1）图纸三维可视化检查

本项目中利用BIM模型可视化的工作平台，以构件的三维模型代替二维施工图中的线条、标注、文字说明等表达方式，直观地对工程内部进行全面审查，发现项目模型中存在多处图纸平面标注和集中标注不一致的地方，及时与设计单位进行沟通调整，避免了施工过程中的设计变更，从而提高了图纸审查效率以及项目施工效率。

图4 基于BIM的M EP协同设计流程

2）碰撞检查

碰撞检查可事先对图纸设计的错误进行预警并修正，避免因此导致的成本增加与工期延误所造成的损失。本项目对BIM模型建成后，使用Navisworks进行碰撞检查操作，通过软件平台自动查找管线、设备之间的冲突，并生成碰撞报告。在Navisworks软件中确定碰撞点的位置后，需返回RevitMEP软件平台找出对应的碰撞点，并不断加以修改完善。图5、图6为本工程的几个典型碰撞点的调整实例（其中，红色为消防管道，蓝色为喷淋管道，粉红色为电缆桥架）。在实际施工中，由于使用传统管线综合技术而导致的管线调整不会低于总工程量的10%，个别项日的改动量高达20%。而应用BIM技术后，通过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，完成管线的综合设计，以期实现“零”碰撞目标。

图5 碰撞点调整实例一

图6 碰撞点调整实例二

3）管线综合优化

集成各专业的BIM模型进行碰撞分析后，在BIM整体模型中再进行多次的管线综合核查调整，对其不合理的布置进行修正调整。本项目在进行管线排布设计时，改变了传统的深化设计方式，利用BIM的三维可视化技术，可以通过任意角度查看模型的任意位置，发现不合理的地方重新用三维模型进行深化设计，避免了施工过程出现的“错、漏、碰、撞”等问题，大大提高了项目的施工效率。另外，设计师通过BIM三维可视化技术的特点弥补了个人空间想象不足的缺陷，使得设备繁多、管线纵横交错等复杂区域在管线排布方面更加合理，从而确保深化区域的合理性、可行性（见图7）。

4）模拟施工

本项目将优化后的BIM模型上传到Naviswork仿真系统平台中，在项目施工前实现了BIM模型内部漫游，身临其境地观察工程内部的建筑结构及管线综合布置，查找复杂的项目重点、施工难点。对于复杂的施工难点，在施工前利用BIM模型进行专项的“预施工”模拟，在满足施工标准及施工要求的基础上，通过模拟不同的施工方案形成多方案对比分析，选择最合理的专项施工方案，进一步保证了施工安全和工程质量。同时，利用BIM技术可观察复杂管线节点的具体构造，生成细部节点剖面图等详细的施工图纸，从而指导后续的施工。

5）可视化技术交底

本项目中，利用BIM可视化模型及BIM漫游技术进行技术交底，为设计和施工单位提供最为便利、直观的沟通方式，提高项目产出和团队合作效率，提高企业竞争力；并且，减少了在施工过程中的大量信息请求，从而减少了18%～20%的各专业之间的协调时间，缩短了4%～8%的施工周期，提高了工程项目的施工效率。

图7 优化前后管线综合模型

4.5 BIM技术的问题和不足

现阶段，应用BIM技术解决MEP管线综合问题虽取得一些成果，但仍存在以下不足需在今后加以突破：

1）管线综合需要考虑施工

在项目施工前，BIM协作团队仅在满足相关规范的条件下优化综合管线排布，并未仔细考虑施工空间及施工作业面的问题，致使某些管线的综合排布成果不能完全地指导实际施工。

2）BIM推广需要理念支持

在实际施工过程中，施工人员往往习惯利用自身的工作经验处理图纸变更，放弃了BIM的模型的管线综合成果的应用价值。因此，如何实现各参与方对于BIM理念的真正理解并积极推进BIM成果的使用价值还需要1个认知的过程。

3）BIM技术缺乏统一标准

BIM理念由国外引进，目前还没有形成与我国国情相适应的建筑设计相关规范。在国内对于BIM技术的推行发展，国家相关的法规政策有待完善。

5 经验与结论

目前，传统的二维设计已经不能满足复杂工程的要求，BIM技术的出现，通过三维可视化模型和强大的信息整合能力，实现了复杂管线综合的设计应用。本文通过实际案例，综合应用BIM技术，建立某综合楼BIM模型，实现建筑MEP综合管线的碰撞分析、综合管网的优化排布，及时发现和解决管线冲突碰撞及优化空间管线排布等问题，有助于全方位把握工程的实施与进展，减少不必要的施工返工、成本增加，提高项目全生命周期工作效率与团队协作能力，对于积极推动BIM技术在项目设计、施工及运维等全生命周期各阶段的应用价值具有深远意义。

【1】陈晨，李庆平.基于BIM技术的三维管线技术[J].土木建筑工程信息技术,2012(3):83-86，162.

【2】沈亮峰.基于BIM技术的三维管线综合设计在地铁车站中的应用[J].工业建筑,2013（6）:163-166+159.

【3】李雄华.BIM技术在给水排水工程设计中的应用研究[D].广州:华南理工大学,2009.

【4】杨科,康登泽,徐鹏,车传波.基于BIM的MEP设计技术[J].施工技术,2014(3):88-90.

【5】汪军.基于BIM的MEP方案可施工性论证与优化研究[D].重庆:重庆大学,2014.

【6】赵家敏.基于BIM技术的建筑设备管线优化[J].科技资讯,2015（11）:52-53.

【7】AlesTomek,PetrMatějka.TheImpactofBIMonRiskManagementas an Argument forits Implementation in aConstructionCompany[J].ProcediaEngineering,2014(85):31-35

【8】宁冉.基于BIM技术的协同化设计[J].中国建设信息,2014（22）: 22-23.

Research of PipelineSynthesisTechnologyOptimization of MEP Based on BIM

HUANGDi1，WANGMing-li2，LIShu-fen3，LIULin-lin1,
1.SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering,QingdaoTechnologicalUniversity，Qingdao266033,China；2.QingdaoCentral StationofEnvironmentMonitoring，Qingdao266000,China； 3.QingdaoResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Qingdao266003,China）

】Building pipeline synthesis technology ofMEP is an important part between the design and construction. Taking the complexbuilding project as an example, this paper aim at the problem of drawing error and rework , introducing BIM technology , setting up acomprehensive BIM model. In the design stage ,we use the model to solve the problem of pipeline collision and optimize the pipelinecomprehensive arrangement .In order to construct conveniently ,simulation are carried out before construction , thus we greatly improveworkefficiencyandquality.

BIMtechnology;MEPpipelinesynthesis;workcooperatively;optimizeconfiguration

TU201.4

A

1007-9467（2016）09-0072-05

2016-03-28

黄迪（1990～），女，河南正阳人，硕士研究生，从事市政工程研究，（电子信箱）hd900925@qq.com。