基于Revit的建筑与道路间的管线设计方案优化

李东运，栗振锋

(太原科技大学 交通与物流学院，太原 030024)

我国经济的快速发展，城镇化速度不断加快，由此导致建筑内部及地下管线数目不断增多，进一步压缩了建筑与地下的内部空间，使管线之间的矛盾和冲突增多。传统的单项管线设计方式的缺点逐渐放大，综合管网设计需求日益增加。以建筑项目各项相关专业信息数据为基础，通过信息数字化，构建拥有真实信息的建筑信息模型(Building Information Modeling)应时而生[1]。BIM技术起源于1975年Eastman提出的BIM原型概念，而后迅速发展并得到建筑行业广泛认可及应用。如今BIM技术不仅在建筑等领域运用日趋成熟，在新的邻域的应用也日渐增多[2-3]。现阶段我国BIM应用逐渐普遍，主要应用于房建设计，其中对三维可视化、管线综合、检查碰撞等局部设计应用逐渐提上日程，为建筑群与路网之间整合优化提供了可能。建筑群与路网共同构成一个整体区域，它是必然存在联系的，其中联系最为直观、密切的是地下管线，它包括供水、排水、燃气、热力、供电、通信、管沟、工业管线等综合性管网，共有八大类30多种，被称为城市的“生命线”[4]。本文针对某山地建筑群与路网管线综合设计，将建筑群与路网中错综复杂的综合管网，基于BIM平台，将整个施工项目各专业数据整合到Revit软件模型中，并对要点进行分析，通过模拟对比，得出最佳优化排布方式。

1 基于BIM的管线综合设计排布要点

BIM的管线综合设计主要是以水，暖，电气，给排水等管线的二维图纸为基础，利用Revit平台的BIM 3D可视化技术，在设计阶段对各专业管网进行仿真模拟、碰撞检查、优化调整、重新布局，最终得到既能满足规范要求和施工技术要求，又能整齐、美观、合理规划方案，并在一定程度上减少不必要的施工时间，降低施工成本[5-6]。

排布要点如下：

(1)符合相关规范标准。确保满足相关设计、施工、行业标准及要求，预留维护和检修间距，满足管线综合排布宽度和净高要求。

(2)遵循管线优化避让原则。同水平管道交叉要做到小桥让大桥，小管避大管，桥上管下，风管让管道等原则；不在同一垂直平面时可对管线空间位置合理划分，同一专业管线尽量布置在同一空间区域[7-8]。

(3)确保管线布局方式最优。在保证设计功能要求同时，还应对空间优化布置，做到整齐、雅观、方便、经济的最优方式。

2 传统建筑群与路网间综合管线施工方法

建筑群与路网间具有建筑密集、道路地下空间资源紧张、综合管线密集且错综复杂等特点，造成局部性建筑群与道路间管线设计复杂，施工难度大，维护成本高等一系列难题。传统的图纸的各管线系统图纸都是分开的，因此很难进行碰撞检查，只能先施工，遇到问题再解决问题，必然导致施工工期和成本的增加。传统的建筑群与道路间施工方法可分为先期设计分专业施工和后期设计预留管定位施工两种[9]。

2.1 先期设计分步专业施工

此施工方法在建筑与道路行业应用较少，对于传统的设计工作流程中，各个专业管线设计内容分布于各自的二维图纸中，各专业之间的信息交流主要凭借施工信息反馈来完成。

此工艺分步施工，各专业分步完成，如果本专业施工期与已完成施工专业管线冲突，需要对本专业施工进行合理优化，再施工，层层进行，如果冲突点无法改善，则需要各专业现场汇总，得出优化意见，继而上报进行相应的返工再继续。

本工艺有利于缩短工期，但是施工缺乏合理规划且美观性差，存在大量反工现象，施工成本增加。

2.2 后期设计预留管道定位施工

此方法在建筑与道路行业应用较多，传统式设计中对各管线综合处理，预留管道位置，不同专业信息交流等同时进行。

此施工工艺需要根据建筑、结构、管线等专业进行综合研讨，先期确定管线走向，预留空间，等待建筑群内部施工完毕，依据主要道路走向进行定位优化，排布管线。对各专业要求按照主道路管线统一走线，同步优化。优化完成后需对综合管网进行位置复核，以达到相关设计要求、施工规范、行业标准。

本工艺施工有利于保证在设计功能要求的同时，做到空间优化布置，且整齐、雅观的整体规划。但需要在各专业整体施工完成后进行，严重延长了工期，时间成本增加。

3 BIM技术的特点分析

BIM是以建筑的二维数据信息为基础、运用现代仿真技术建立三维信息模型[10]。主要优点是可在设计阶段检查分析建筑设计中的碰撞点，通过设计阶段，有效整合优势资源，以三维立体形式表达建筑形式，结构样式，降低设计错误率。相较于传统建筑行业表达方式二维图纸，BIM技术的核心是各个结构的三维参数化表达，使其在设计阶段的应用具有突出优势，可归纳为以下几点。

(1)可视化

建筑行业传统的表达方式是二维图纸，各个构件的表达全部依赖于线条描绘，而BIM的三维可视化设计具体形象的表达了构件的形状、尺寸及外观，并且能清楚的表达构件相应材质、颜色等全生命周期的可视化表达[11]。这相比于传二维图纸表达方式，有效降低了对从业人员的识图能力和空间想象能力的要求。设计施工全过程全面、准确、实时地展现在三维空间中，各部门交流更加直观，大大降低了施工的错误率。如图1所示。

图1 工业厂房模型 Fig.1 Industrial plant model

(2)模拟性

BIM不仅仅能构造模型，还能模拟真实环境，对模型进行渲染。在设计阶段，对建筑进行日照、视线、节能(绿色)等元素进行模拟。如图2所示。在施工阶段，加入进度元素进行4D模拟，加入成本元素进行5D模拟等，销售运营阶段模拟：基于web的互动场景模拟，基于实际建筑物所有系统的培训和演练模拟(包括日常操作、紧急情况处置)等。

图2 某山地局部建筑模型日照模拟Fig.2 Sunshine simulation of a local building model in a mountain area

(3)协同性

三维模型在BIM中进行修改时，可任意修改高程，视图，构件数据，结构位置等等，因所有数据来源于相同数据库，故保持同步、双向联系，较传统设计而言二维图纸的之间有了相互联系，不在因为工作量大，设计员工作失误等原因，造成工作效率低下，减轻了工作负担。

(4)优化性

整个项目的设计、施工、运营是一个不断优化的过程，各专业软件可结合BIM 模型进行整合模拟分析，并根据分析结果对设计进行优化。实际上优化存在三样制约因素：信息、复杂程度和时间。提供准确的信息才能合理优化，得出最佳结果。现代建筑结构复杂，BIM模型能对项目设计进行多次优化，从而解决技术难题和减少重复工作问题，为其项目节约成本和为工期提供保障。如图3所示。

图3 风管碰撞三维图Fig.3 Three-dimensional air duct collision

(5)可出图性

BIM在进行多次信息输入和优化，完成设计后，可进行信息交换、信息输出。信息输出方式有三维模型输出二维图纸，如图4所示。材料信息，构件信息输出数据报表，土方量，材料控制输出预算报表，碰撞检查侦错报告和建议改进方案等。

图4 Revit二维图纸 Fig.4 Revit 2D Drawing

4 基于Revit软件的综合管线优化方法

为了解决建筑群与道路间综合管线施工难题，本文引入BIM技术，通过Revit软件，链接导入二维图纸，建立三维信息模型，对管线布局方式进行模拟和三维可视化研究，既提升了综合管线安装质量和安装效率，又减少了工期和难度，有效的降低了成本。本次BIM技术应用Revit软件平台对建筑群与道路间综合管线施工应用研究流程如下：

(1)查阅相应材料应用、设计要求、施工规范、行业标准等，收集国内外综合管线优化方案、施工经验、优化成果，进行分析、归纳总结，为本次优化研究提供实例参考依据。

(2)审查建筑群与道路间的各专业二维图纸，对各专业进行汇审，综合审查和现场数据汇总。通过Revit软件实现建筑群和道路等场地模型实现创建三维模型，将专业二维图纸链接CAD插入Revit软件，如图5所示，并进行三维模型的创建，完成各专业模型后，将过专业三维模型通过Revit链接功能将各专业三维管线模型综合链接到场地模型中，实现BIM对综合管网的可视化功能。

图5 Revit综合管网链接模型Fig.5 Revit integrated pipe network connection model

(3)对建筑群与道路间的三维综合管线模型进行碰撞检查，如图6、图7所示。主要核查管线专业与土建专业碰撞、不交圈，管线与管线碰撞，空间位置安排不合理等问题或现象，得出碰撞检查报告，根据模型的冲突碰撞点对模型二维图纸进行复查并进行修改和优化，最终达到模型搭建精确、碰撞问题全部解决，净高要求全部满足，模型与施工图纸全部一致，空间分布合理、美观，确定综合管线的最优方案。

图6 机电管线与楼梯碰撞检查Fig.6 Collision inspection of mechanical and electrical pipelines and stairs

图7 二维平面碰撞位置Fig.7 Location of two-dimensional plane collision

(4)设计各专业合理施工流程和施工工艺，整合施工单位模型维护管理，确定施工优化方案，派遣专业人员进行施工把控，确保有序施工，不窝工，以达到提高施工效率，减少施工时间的目的。

5 基于Revit软件的综合管线优化方法应用

5.1 利用Revit软件平台模拟创建综合管线三维模型

基于某别墅群建设项目将BIM技术应用到建筑群与道路间综合管线施工过程中，首先是可视化技术的应用，依托Revit软件平台将传统二维图通过Revit中插入选项卡的链接功能进行CAD文件导入，通过设置高程、创建族群等一系列操作，将二维平面信息转化为三维可视化模型。

三维模型的转化关键在于信息的准确性，图纸的不完善和设计疑虑点会对造成三维模型规划不合理，模型与图纸表达不一致，各专业模型综合排布未达到要求等问题。三维模型创建之前先进性二维图纸审查，对此别墅群各土建单位结构数据进行复测复绘，重点是对房建施工与道路之间的结构审查，是否与图纸保持一致性，使之数据准确可靠，为后来三维模型模拟布局优化创造良好条件。检查冲突点如果遇到必然冲突地方，必须改变走线，需及时跟各专业部门沟通，对其做出准确合理处理。

5.2 利用Revit软件平台模拟综合管线进行碰撞检查

建筑与道路模型及管线模型创建完成需核验。此别墅建筑群密集道路空间有限，必然造成管线密集、空间安排困难、检修预留空间困难等问题，因此需要利用Revit平台模拟仿真此别墅建筑群和道路，整合综合管网模型进行碰撞检查，主要检查要点为土建专业、不交圈，多专业碰撞、不交圈，空间分布不合理等，利用Revit软件分别场地模型、建筑、综合管网的燃气管道模型、给排水管道模型、电网模型等三维设计模型。最后打开场地模型，利用Revit中插入选项卡下面的连接功能，将以上设计好的模型连接到场地模型中，连接到一起。在设计阶段实现了建筑与结构、结构与管道、管线安装以及电网等不同专业图纸之间的碰撞，同时加快了各专业管理人员对图纸问题的解决效率。正是利用BIM软件平台这种功能，预先发现图纸问题，及时反馈给设计单位，避免了后期因图纸问题带来的停工以及返工，提高了项目管理效率，也为现场施工及后期维护管理打好了基础。

5.3 利用Revit平台综合管线布局

基于BIM技术应用Revit软件平台对此别墅群的综合管线进行优化调整，整个设计、施工、运营通过不断优化，最终达到了布局合理、管线布置整齐雅观、维修空间预留充分，为建筑群与道路间后期运营维护创造了良好条件。如图8所示。

图8 某山地建筑群与道路间综合管网优化后Fig.8 Optimized comprehensive pipe network among mountain buildings and roads

6 总结

本文通过对传统建筑群与道路间管线优化方法的优缺点进行总结。结合BIM技术的模拟性，可视化，优化性等特点，以某山地建筑群综合管网模拟优化为实例，提出通过BIM技术将数据信息的高度整合，以三维模型为基础、数据信息为灵魂、协同为重点、创新性用于建筑群与道路间管线综合优化。

以Revit软件为平台，协同平台为中转站，将工程建设信息的收集、储存、交换、更新等工作集成于协同平台上，为局部性建筑与路网间综合管线信息的各专业参与提供全生命周期的数据信息共享与交流的优化，提高了此山地项目信息共享速度、沟通上的直观便捷实现了设计、施工建设流程上的无缝对接，保证预测效果，减少延误，避免了窝、返工等情况，大大缩短了项目的工期，节约了不必要的成本浪费，为以后其他管线综合优化问题提供了借鉴意义。本文基于BIM管线优化中仅对管线碰撞及优化方法进行了研究，如何做到管线综合中不同类型的管线之间批量自动优化，后续将进一步研究。