BIM在管线综合中的运用

(北京理正软件股份有限公司，北京 100044)

引言

BIM在国内已经历十几年的发展历程，在建筑工程设计领域的探索和应用已经从盲目跟风转变为务实应用，由于三维正向设计相对二维设计具有较高门槛、较高成本，BIM在建筑设计行业尚无法形成规模化应用[1]。但BIM所具二维设计无法比拟的优势和特点，如可视化、协调性、模拟性、优化性，因此如何将BIM在实际工程中进行务实的应用，成为建筑设计行业面临的一个重要课题[2]。

1 传统二维管线综合的缺点

在现代建筑工程项目设计中，管线设备由于种类、数量繁多，布局复杂、涉及多个专业，常常在管线之间或者与建筑结构之间发生碰撞现象，给施工带来困难，造成返工或浪费，影响室内净高，甚至为后期维护工作带来麻烦。因此，传统的设计过程通过二维管线综合来协调各专业的设备布置情况。但他们只是简单地把各专业的图纸叠加在一起，关注某些复杂节点的管线布置并进行调整。这种简单的处理方式存在以下几点缺陷[3]：

(1)难以全面分析管线交叉位置。只靠人眼分辨可能存在交叉碰撞的位置，很难完全找出所有冲突之处。尤其是对于大型的、复杂的建筑，几乎是不可能完成的任务。

(2)管线标高多为原则性确定，大量管线没有全面精确地确定标高。

(3)无法直观看出层高瓶颈位置及吊顶高度。

(4)2D图纸不够直观。仅通过平面图+局部剖面的方式，对复杂管道交叉的部位表达不够清晰。

相对于二维管线综合的这些缺陷，采用BIM技术，在三维环境下进行管线综合调整具有很大优势[4-5]。

2 BIM三维管线综合平衡设计的优势

管线布置综合平衡技术是根据工程实际将各专业管线设备在图纸上通过计算机进行图纸上的预装配，将问题解决在施工之前，将返工率降低到零点的技术。BIM模型天然的直观优势，使建模过程同时也是一次全面的“三维校审”过程，在此过程中能够发现大量隐藏的碰撞问题[6]。

三维管线综合设计的优势具体体现在以下几方面[7][8]：

(1)可以全面检测管线之间、管线与建筑结构之间存在碰撞的位置。理论上可以检测出所有的管线碰撞问题。常用的Revit及Navisworks均有专门的碰撞检查功能(如图1所示)，可以大幅减少因图纸错误导致的设计变更或者返工[9]。

图1 碰撞检查

(2)可以全面精确定位管线的标高。BIM软件可以直观展示楼层的净高情况(如图2所示)，方便设计者查找楼层净高瓶颈位置，进而优化设计，提高楼层净高。

图2 三维视图

(3)在全专业建模的前提下，可以在任意部位进行剖切或生成轴测图(如图3所示)，便于从不同角度对管线设备进行观察、调整，协调各系统管线之间的位置关系[10]。

图3 剖切视图

(4)平面+剖面+轴测+3D模型+漫游，多种手段结合，利于全面解决可能存在的碰撞问题，如图4所示。

图4 漫游

(5)真实尺寸建模，有助于发现传统平面图绘制中示意性绘图带来的隐性碰撞问题，如图5-6所示。

图5 二维图纸 图6 三维模型

3 BIM三维管线综合工作流程及不足

三维管线综合的工作流程如图7所示。

图7 三维管综工作流程

第一步：BIM建模。

目前国内设计院创建BIM模型大多使用Revit软件。建模时，可以按照专业、楼层进行分工[11]。

第二步：管线综合调整。

综合使用BIM软件里提供的碰撞检测、任意剖切、局部轴测图等功能，可以方便快捷地查看管线布置复杂节点、快速定位层高瓶颈位置，辅助设计人员进行管综调整。

毫无疑问，在三维环境下进行管线综合调整，比传统的二维管线综合要更加全面、更加便捷。但是，常见的BIM软件比如Revit在翻模以及管线综合调整方面，功能稍显薄弱，针对性不强，主要存在以下不足[12-13]：

1)没有批量翻模的功能，只能通过“拾取”功能逐个绘制轴网及构件，效率较低;

2)管道避让调整操作复杂，缺少管道翻弯功能;

3)不能直观显示每层的净高，层高瓶颈无法确定;

4)缺少局部三维显示功能，不便于查看模型细节。

那么这些问题怎么解决？这就需要辅助软件来帮忙了[14]。

4 使用理正易建软件提高三维管线综合的效率

理正易建软件是一款基于Revit的辅助设计软件。它包含图纸翻模、建筑结构建模、水暖电建模等功能。下面是其中几个与三维管线综合有关的功能。

(1)翻模工具

易建软件包含建筑翻模、结构翻模、喷淋翻模、水管翻模、风管翻模、桥架翻模等整体翻模功能，能在不同程度上提高翻模的效率。比如喷淋系统，一个2000个喷头的楼层手工翻模大概需要两三天，使用辅助插件只需1～2小时，效率提高何止十倍。

表1是理正易建翻模的时长。喷淋系统翻模前后如图8、图9所示。

表1 翻模时长统计

图8 喷淋系统翻模前

图9 喷淋系统翻模后

(2)局部三维视图

易建软件的框选转3D、图元转3D，能迅速生成局部的三维视图，便于设计人员对复杂节点进行重点观察，如图10所示。

(3)管道高程着色器

根据不同的层高，赋予管线不同的颜色，便于迅速定位净高瓶颈位置，继而进行合理的调整，如图11所示。

图11 管道高程查看

4 易建软件技术特点

作为BIM辅助软件，易建软件的突出特点是本地化、专业化、针对性强。

(1)从专业出发，紧密结合设计流程

易建软件紧扣专业需求，根据各种构件、设备的布置特点，设计了各种批量建模功能，比如按照轴网批量创建墙、柱、梁，按碰撞检查结果批量开洞(如图12、图13)，根据喷头数量计算喷淋管径等。将设计规范要求与建模软件有机结合在一起，可以有效提高设计师的设计效率。

图12 批量开洞界面

图13 批量开洞结果

(2)以CAD图层分类为基础，智能识别图纸内容

设计院大多要求把各类构件按不同图层分开进行绘制。易建软件的翻模工具正是基于这个特点研发[15]。用户拾取各类构件的图层(如图14所示)，软件再根据该类构件的图纸表达特点进一步进行分析，采取去重、容差、分组、排序、合并、标注解析等手段，把图层上的图线解析为该类构件的空间位置，从而实现从二维图纸到三维空间的翻模，节省大量手工建模时间。

(3)提供更专业的标注功能

按照国内设计院的绘图习惯，以及管线设计图纸的标注特点，易建软件不仅为水管、风管、桥架、设备等提供了专门的标注功能，而且针对管综安装图纸设计了一键标注功能，可以同时标注管线类型、尺寸及安装位置，如图15所示。

图14 图层识别界面

图15 管综标注

(4)提供复杂表格定制功能

易建软件中，万能表格是专门为满足国内各种复杂表格而研发，它没有拘泥于Revit的明细表，而是另建了一套表格定制体系。它可将Revit多类别构件按照表格模板生成各种样式表格，表格既可绘制在Revit中满足出图要求，也可直接存储为Excel文件满足数据分析要求。软件界面及操作类似Excel(如图16所示)，支持部分Excel计算公式。此外软件还提供了一些常用表格模板，用户也可以利用强大的定制工具创造出自己的表格模板，也可将在Excel中编辑好的表格文件直接读入，绘制在Revit中。

图16 复杂表格定制界面

5 总结

BIM技术为传统的二维管线综合带来了全面提高的可能，BIM技术在管线综合平衡设计方面有天然的优势，理论上可以提前查出所有碰撞位置，减少后期返工改图的工作量，可以辅助调整楼层净高，可以使三维校审更直观。易建软件紧扣中国设计师的需求，能有效提高三维管线综合的效率及易用性。管线综合在BIM技术的辅助下极具潜力，大有可为。BIM技术在管线综合中的运用值得我们进一步探索。