BIM技术在多单位联合设计的管线优化中的应用

王 超，张景煜，曲高祥

（中建二局第二建筑工程有限公司 山东分公司，山东 青岛 266000）

1 项目概况

青岛某商住项目总建筑面积166 873.39m2，其中地上建筑面积111 798.76m2，地下建筑面积55 074.63m2。本项目包括23 栋单体及连体车库，其中：1#～5#、7#～12#住宅楼10 层，高度30.75m；6#住宅楼15 层，高度46m；13#住宅楼16 层，高度49.05m；14#～16#、18#住宅楼17 层，高度52.1m；17#住宅楼14 层，高度41m；20#楼为物业配套，高度6.5m；21#、22#楼为一层商业配套，高度为5.6m；23#楼为物业管理用房，高度3.3m。

本项目建筑结构和人防由两家独立的设计单位进行设计，存在因设计意图偏差导致的结构冲突、管线碰撞、施工困难等问题，本项目多单位联合设计易出现问题的部分主要集中在地下车库的管线综合排布方面。对于一般民用建筑项目来说，建筑、结构专业所占工程量及直观度远大于包含暖通、电气、给排水在内的管线综合工程，但是由于管线综合工程所包含的内容种类繁多，暖通、给排水等专业集成程度远远高于建筑专业，在多单位联合设计背景下的传统平面设计，各专业间缺乏高效、畅通的协调与衔接，导致电气、给排水等专业间常常出现管线碰撞、专业冲突或遗漏等问题，给后期现场施工带来较多困扰。因此，本文从多单位联合设计的大背景出发，以BIM 技术为主要手段，科学、合理地进行管线综合优化，论述本项目的相关经验做法。

2 BIM技术在管线综合优化方面的研究概况

目前，BIM 信息模型在国内建筑行业管线综合优化方面的推广及执行落地情况与国外尚存在一定差距。目前国内相关专家学者正积极推动BIM 信息模型在建筑管线综合优化方面的落地。陈力攀[1]应用BIM 技术对南宁市某棚户区改造项目综合管线优化进行探索研究，根据高层住宅建筑项目数据建立信息模型并通过多种方式进行综合管线优化，在各方面的管理都取得了较好的效果。丁传奇[2]以中国人民大学教学科研楼和集体宿舍楼为对象，应用BIM 技术的管线综合平衡技术，实施管线碰撞检查、管线综合调整和优化、综合支吊架、预制构件加工等等，为工程项目管理提供了一种全新项目协同技术管理模式。

传统管线综合设计一般为平面设计，而电气、暖通、给排水在内的管线专业在平面设计中容易出现专业冲突的问题，很难实现高效的协调，因此，本文期望利用BIM 技术，以工程项目的各专业信息为根据建立三维模型，服务项目的全生命周期。从设计源头，高效、协同的共享3D 模型，从设计之初就可以保证管线布置的合理性，尤其是在一些管线特别复杂的情况下能预先解决各专业冲突等管线协调问题，避免施工阶段出停工窝工、材料浪费、增加成本等问题[3]，从而在保证质量的前提下满足现场的施工要求。

3 施工阶段基于BIM技术的管线综合优化

自本商住项目实施以来，系统梳理了本工程的实际情况，由于本工程机电系统齐全，劳务分包、专业分包与甲指分包较多，穿插管理施工难度大，施工总承包单位需要提前召集各分包单位将各专业图纸进行深化和细化，如何合理地将设备、管线和末端装置绘出综合布置图是本工程机电专业的重点工作之一。为此，施工总承包单位积极应用BIM 进行虚拟施工和施工过程控制，通过组建BIM 协同平台、制定BIM 总协同流程（详见图1），运用三维建模和BIM 技术，将施工工艺参数与影响施工内容的属性联系起来，以反映施工模型与设计模型之间的交互作用，从而解决二维设计及专业间存在的冲突，并促进各专业间、各参与单位的工作交流与信息共享，指导现场施工，提升施工进度及质量。

图1 项目BIM总协同流程

3.1 施工前优化

在施工前期，由建设单位牵头，组织多家设计单位进行图纸设计内容接洽，针对重点设备、重点部位的设计思路进行交流。由于人防工程的管线较非人防部分的管线更为复杂，例如电气设计不仅要满足人防地下工程在战时的使用功能，还必须考虑各管线的防护措施，确保人防工程良好的密闭性；在防护单元内给排水管道设施需要独立设置，生活污水、机械废水、洗消污水、消防废水、雨水等排水方式及体制又分为不同的系统或体制。非人防设计单位在以地下车库为主要防护单元的空间内布置非战时的供电、照明、通信等电气及雨污水管线时，有可能因不清晰防护单元管线排布需求或不清晰人防维护结构墙体的意义，设计了穿越人防维护结构墙体的管线等。

因此，建设单位组建BIM 协同平台后，在施工前协同各设计单位从管线综合设计图纸出发组织设计交底，根据项目工作安排建立BIM 全专业模型，帮助建设单位、施工单位在图纸会审、模型建立、问题筛查的过程中发现由多家单位联合设计造成的图纸矛盾、技术难点等问题，减少不必要的图纸变更。本项目中建设单位依托组建的BIM 协同平台（图2），建模后将重要信息及问题及时提交给研发部、成本部等部室检查、核对相关问题，以减低项目的会议、审核成本；经过自检、审核后的设计图纸问题通过BIM 协同平台同时反馈给多家设计单位，并进行BIM 检查及精度审查，为整个项目标准化建模及高质量图纸输出奠定基础。

图2 BIM协同平台硬件支持

3.2 施工中执行

经过前期建设单位运用BIM 协同平台与多家设计单位对施工图纸进行优化后，如何在施工过程中严格按照施工图纸进行施工，保证各专业间高效、协调的配合，也是基于BIM 技术管线综合优化的重要工作之一。

在本项目机电安装各专业施工前，施工总承包单位按照专业类别，分别组织了专业分包与专业BIM 技术工作组及设计单位的技术交底对接会议，将设计意图、施工前优化图纸、施工组织方案等内容及时、准确地向专业分包传达到位。鼓励各专业分包运用BIM 技术生成三维管线综合图再次进行碰撞检查，避免专业间冲突，将存在问题及时反馈给设计单位，提高设计单位与施工总承包单、专业分包间的衔接效率。

在施工过程中，建设单位及施工总承包单位积极利用BIM 技术工艺模拟的特征，从施工方案、4D 模拟等角度出发，引导专业分包在施工组织阶段依托BIM 技术辅助分析及方案交底的功能，确定合理的施工组织方案，便于各专业间施工方案的协调与配合。如图3 所示，对于项目中关键管线进行4D 预排布，经设计单位、建设单位审查比较后，以最优排布形式进行施工，同时也为设计单位、建设单位对施工质量、施工工艺的检查审核提供科学模板，便于施工过程中的施工质量的控制。

图3 项目管线排布指导施工

3.3 施工后评价

积极的事后评价工作是总结经验、改善工作的重要内容。在本商住项目中基于BIM 技术的管线综合优化工作取得了较为显著的成效，在施工前优化、施工中执行两个阶段的工作从作业层面上帮助建设单位、施工总承包单位实现了进度管控、工作面管理、质量监督的高质量实施。施工后评价是帮助建设单位、施工总承包单位提高工作质量的重要方式。前期制定BIM 相应标准，完善BIM 应用流程（图4），为后期建设项目提供可靠的工作信息支持。

图4 项目BIM应用流程

由于BIM 技术的应用，在施工方案校验、施工图纸审核过程中实现了审核三维化、风险可视化、技术梳理标准化等高效工作模式，减少了同一单位的内部工作环节，节省了管理成本，释放了管理精力；同时，由于图纸、方案的优化帮助施工总承包单位组建了高质量的施工方案，施工工序合理、施工质量大大提升，不仅缩短了施工工期，也节省了工程材料。

不足之处，BIM 协同平台的反馈机制不便，需要多单位通过电话、纸质图纸报送等方式反馈。

4 基于BIM技术的管线综合优化成果展示

4.1 基于BIM协同平台生成问题报告

本商住项目中由于机电专业管线排布较为复杂，加之图纸由多家设计单位联合设计，因此不可避免地存在图纸冲突（图5）。借由BIM 协同平台，施工总包单位及专业分包单位利用Revit 搭建三维模型，发现图纸中存在问题点，在BIM 协同平台中以问题报告的形式发送给各个设计单位。基于BIM 技术建立的协同平台为建设单位、设计单位、监理单位、施工总承包单位、专业分包单位在整个施工周期内的信息交互提供了传输平台。

4.2 基于BIM技术的洞口预留预埋

本项目人防设计与非人防设计为不同单位，由于防护单元的结构设计及管线排布均有特殊要求，在地下车库设计时，非人防设计可能会穿越人防维护结构墙体布线；同时，为帮助施工总承包单位及专业分包单位在施工过程中提高净空层高的合理值及开洞准确率，本工程利用BIM 技术对机电管线排布进行了系统建模分析（图6），提升了净空层高，并为多家设计单位提供优化后的路由。

图6 项目预留孔洞图BIM模型

4.3 基于BIM技术的管线综合

本项目车库部分无吊顶，各类管线明装的现状使得建设单位对于管线综合排布的美观、整齐程度具有更高的要求。施工总承包单位及各专业分包依托BIM 技术，重点对机电工程进行管线碰撞检查，在施工过程中及时调整各类管线排布的问题，减少施工过程中不必要的返工；同时，综合考虑抗震支架、综合支吊架合理布置各类管线，通过管线综合优化使整个项目的管线达到净高的标准下更加美观大方（图7、图8）。

5 结论

在青岛某商住项目的施工管理过程中，建设单位及施工总承包单位运用BIM 信息技术对其机电专业进行了管线综合优化应用，根据施工总承包单位对该项目应用BIM 信息技术进行管线综合优化应用的价值分析及统计发现，本项目共计优化管线碰撞190 处左右，但同时也发现，经BIM技术的管线优化对总体工程管道耗材总量的变化影响不大，这与邓杰标在其研究成果中的结论较为一致。而应用BIM 技术进行管线优化的主要效益体现在减少不必要的窝工、返工，大大缩短施工工期带来的人员及机械的成本。经统计计算，综合优化共减少了63%的返工率，消除了85%的设计变更，降低了55%的预算成本，节省了30%的用料成本，工期缩短了10%，降低了46%的沟通成本。

图7 项目BIM模型解决管线碰撞

图8 项目车库明管优化图对比