基于BIM模型的三维仿真软件技术在给排水管道设计中的应用

文｜山西工程科技职业大学 郭欢

随着计算机、信息化、数字化等新兴技术不断迅速发展，建筑信息模型（BIM）技术也随之诞生了。它主要能够对建筑工程中多个环节进行模拟，比如建筑设计、施工、造价、以及控制等，从而为建筑工程带来极大的便利，由此受到建筑工程的青睐，被大量推广应用[1]。此外运用BIM技术还能够把建筑每个流程、步骤集成在一个平台上，对于给排水设计，能够使各个环节数据实现信息共享，由此促进了建筑给排水设计过程的整体质量提升，有效地降低了工程流程中存在的风险，从而推动了建筑业可持续发展。

1.计算机三维仿真软件的选择

BIM 的构建需要借助于一些特殊的三维仿真软件来对模型进行建立，其目的是便于保存建筑参数信息。当前应用比较广泛的三维仿真软件主要有Autodesk（欧特克）公司的绘图软件Autocad、三维建模软件3DS Max、以及主要应用于建筑设备工程设计软件Autodesk Revit MEP（简称MEP 软件）等。不过每个软件应用范围、使用环境、以及优劣势等方面也均存在差异[2]。

本文研究目的就是为了解决给排水管道中常常发生管道交叉、碰撞等问题而带来的危害。Autodesk 3DS Max 最强大的地方是具有较佳渲染能力，在动画等方面应用较多。但该软件不能应用于管道工程，以及其附件这方面比较特殊的设计内容，没有办法做到借助于参数化、智能化等，来建立三维立体仿真模型。而Autocad 亦可用来建立三维图形，但它主要缺点在对三维图进行修改比较复杂，还有一个致命缺点就是不能进行模型参数化。

相对而言，MEP 属于一种借参数驱动建立BIM 模型，同时还可以对管道工程与各个建筑配套设备工程进行改进、完善、优化的一类重要计算机三维仿真软件。该软件在应用于给排水管道设计，解决管道碰撞与交叉等问题具有更多的优势，具体表现为[3、4]：

一是在BIM 模型建立时，能够很好地发挥模块分类作用，使得相关设计人员在应用该软件过程中能够提前完成本专业设计任务，与其它软件相比，能够节省更多设计时间，减少了工作量。二是该软件不仅自带了许多标准构件族功能，而且还设计自建族功能。因此能够为设计人员创造了很多有利条件，促进了设计效率与精准率提升。三是该软件在给排水管道设计过程中对于处理管道碰撞与优化时，能够实现对管道碰撞检查，而且还能够辅助相关工作人员定位所发生碰撞位置，以便于提升设计过程中准确率。因此本文对选取MEP 三维仿真软件构建BIM 模型来处理给排水管道设计过程有关管道问题进行具体探索。

2.BIM 模型在给排水系统中的应用

本文使用 MEP 软件立足于二维设计基础上，在给排水管道设计过程中构建BIM模型，而且还以此BIM 模型来对管道中的交叉与碰撞问题进行处理，具体处理过程分为以下几部分[4]：

2.1 开始前准备

2.1.1 建立初始文件

使用的 MEP 三维仿真软件构建BIM三维模型初始文件，且对此文件实现给排水系统有关其它设定，比如排水管道种类、卫浴用品类别等设定。

2.1.2 构建工作集

建立工作集的宗旨主要包括两方面：一方面能够大幅度减少相关设计工作者所需要看到的视图有关信息；另一方面降低三维仿真设计难度。此外，对三维建模工作依照相关专业属性进行分类、构建工作集，可使得相关设计工作者能够依照其本身所需要，指定现在视图呈现设定好的某工作集[5]。

2.1.3 引入Autocad 二维平面且对标高与轴线进行设定

运用 MEP 三维仿真软件对BIM 模型进行建立，是立足于给排水管工程中的二维设计成果基础上，把CAD 平面设计引入到该软件中，使得排水管道设计、附件三维信息等，与建筑相关设计，比如结构、位置、空间等一致、统一、匹配等。

2.2 BIM 模型建立

（1）卫浴装置的设定

与过去设计相比较，两者最大不同之外，三维设计能够跳出过去那种绘图过程中使用的线、点、面、体等一般线条，而采用门、水泵、墙等族来实现绘图，立足于此建立相关建筑模型。

（2）建立给排水系统

找到项目浏览器，然后从中选取系统所有卫浴装置，而本文中主要选择采用洗脸盆以及2 个坐便器，卫浴装置选择完成之后，再建立给排水系统。在该环节中，是允许给排水系统中的卫生器具建立逻辑连接。给排水系统装置三维示意图如图1。

图1 Revit 软件绘制给排水系统装置三维示意图

(3)管道分布的形成

给排水系统建立结束后，使用鼠标对该系统中的卫生器具进行单击，再选择“生成布局”命令，此时，系统就会自行提供数种不同的管道布局设计方案，倘若有设计者满意，或者与实际工程相符方案，就可以选择其中满意的方案进行直接使用；倘若设计者在系统中所有提供方案中没有发现满意的方案，就可以从中选择一个方案进行修改，修改完成之后，在“生成布局”选项卡上，再点击“完成”。这样将布局转化为刚性管道。此环节完成了一种转化，即逻辑连接转化物理连接[6]。

(4)为给排水系统添设卫生器具和管道

在此环节中，通常采用2 种措施：一种为编辑系统，将需要添设的卫生器具安置于给排水系统中，建立逻辑连接，就将自行形成布局。此措施多见于应用在添设卫生器具情况下。另外一种，直接把需要添加的卫生器具连接点实现打开，再绘制相应的管道，且与管件接口连接在一起，此种措施多见于应用在管道需要转弯情况下，不过，倘若遇到带有坡度的排水管道，采用此措施对管道与管件接口连接实现绘制，就会显得相当不容易。生成系统布局效果图如图2。

图2 Revit 软件生成系统布局效果

（5）系统连通性与流量进行详细检查

将系统绘制完成后，还要对“系统检查器”进行激活，管路上箭头标明的方向，就是代表给排水流动方向，倘若对管道进行单击，便可以很清晰地看到管道流量与其所承受给水数量。

2.3 碰撞检查

应用MEP 仿真软件建立BIM 模型后，就能够对给排水管道是否存在碰撞实现检查操作，因为该软件本身配置了管道碰撞检测功能。对碰撞实现检查操作，通常选择专业用来对管道碰撞进行检查的软件---Navisworks 软件。此软件操作起来简单方便，对硬件配置要求也不高。不过它有一个缺点就是无法对BIM 模型进行修改。所以，相关设计人员在使用Navisworks 软件对管道碰撞或者交叉检查过程中，倘若发现问题需要修改，就需要采用MEP 三维仿真软件来对其进行修改[7]。

本文以某排水管道两种碰撞为例：一种是排水管之间碰撞，另一种是排水管道和建筑柱子、建筑横梁等之间碰撞。

利用Navisworks 与 MEP 两款软件来对其管道碰撞与交叉进行检查，检查过程如下[7、8]：

第一步：运用 MEP 软件从其构建的BIM 模型中导出有关排水管道两种新格式文件：一种排水管道新文件，另一种为结构梁柱的新文件，然后分别把它添加至Navisworks 软件中。

第二步：在电脑中打开Navisworks 软件，接着单击clashdetective 菜单键，再选择需检查碰撞的对象，比如排水管道、结构梁柱等。在碰撞类型菜单栏目中选择接触型碰撞。同时设计人员还可以通过窗口设置碰撞检查报告中的相关内容，该软件将会自动开启相关检查，获得此范围内的碰撞数据。

第三步：检查结束后，Navisworks 软件将很快形成相关检查报告；打开检查报告，就可以看到ID 号与三维图像，前者代表碰撞点位置信息，后者代表管道碰撞位置；再依照管道ID 号回到 MEP 三维仿真软件中对管道相关问题，比如碰撞、交叉等实现更改[7]。管道碰撞点位置信息具体如图3。

图3 管道碰撞点位置信息

第四步在 MEP 软件三维图像中寻觅出管道碰撞位置实现修改，修改结束后，再多次重复对管道碰撞进行检查，一直到软件中发现此区域的管道碰撞数量为0，这就说明了此范围内所有管道碰撞与交叉问题均获得了妥善处理。

2.4 统计管材的用量

对给排水管道相关问题实现检查结束，还需要对所检查到的问题马上做出修改，才能对本给排水系统所消耗的管材与附件实际数量实现统计，即为构建BIM 模型宗旨，这也是 MEP 软件较之其它软件最大优点之处。

2.4.1 建立管材统计用量明细表

充分运用MEP 三维仿真软件在BIM模型用材统计方面的有利条件，建立管材用量明细表，具体步骤如下[8]：

第一步：定义明细表名称；第二步：选取管材或者附件属性类别；第三步：设置“管材耗量明细表”相关属性；第四步：通过本软件自动生成功能形成“管材耗量明细表”，详见图4。

图4 管材耗量清单表

2.4.2 管材耗量明细表的属性设定

管材耗量明细表设具体包含的内容如图5。

图5 管材耗量清单表中主要内容

管材耗量明细表中包含字段设定为管材明细表的表头设定，也就是表格里务必增加内容，例如类型、总计、属性、种类等均为字段设置的范围；过滤器指设计者依照其想法对所需要消耗材料数量实现统计，因为统计范围存在差异，其设定耗材量也不一样，其统计范围一般是以层或者房间面积进行计算。管材耗量清单表每项设置内容具体情况，如图6。

图6 管材耗量明细表属性设定情况

MEP 三维仿真软件在建立BIM 模型过程中能够自动生成管材耗量明细表，并对耗量进行统计，是其它三维软件不具备的优势。管材耗量明细表既能够使得相关设计工作者对工程中管道材料所需要实际数量有一定把握，又能够在设计时加强对材料用量与成本控制。

3.总结

在建筑给排水设计工程中运用 MEP 三维仿真软件建立BIM 模型解决管道碰撞、管道交叉、以及材料耗量明细等问题，不但能够完成给排水管道工程三维设计，而且还能够为设计结果检查、修改带来极大便利，从而为给排水设计与施工提供一种新方法与新途径；此外，还更加有利于给排水管道工程设计工作效率提升与成本控制。未来，在建筑给排水管道工程中采用三维仿真构建BIM 模型技术，必将成为淘汰二维平面设计技术最重要的技术，并且成为最主流设计技术。