BIM技术在商业燃气管道工程设计应用中的探索

上海燃气工程设计研究有限公司 肖诗凡 王 健

随着科技的发展，工程数字化的不断进步，各个行业得到了突飞猛进的发展，建筑工程造型多样化和管线管道的错综复杂化使得 BIM 技术在三维设计、可视化、多专业之间的协同应用显得更有优势。目前BIM技术项目的应用情况主要体现在方案策划、设计和施工等阶段，尤其是应用在建筑、结构、暖通、电气和给排水等专业。而作为市政配套的燃气专业，BIM技术在其中的应用较少。笔者作为燃气管道设计行业的一线工作人员，通过对BIM技术的理论学习、特点学习和技术学习，在对燃气管道三维设计做进一步探讨和研究的基础上，结合具体工程案例对 BIM 技术在燃气设计阶段的应用进行了一些研究和探索。本文的研究结论可以作为燃气管道设计、施工和运维等相关工作中引入BIM技术的依据。

1 BIM技术特点

建筑信息模型 BIM(Building Information Modeling)，是利用数字模型对建设项目进行设计、施工、运营和管理的过程，BIM具有以下几个主要特点[1]：

1.1 模型信息化

模型的信息化主要体现在三方面：

(1) 整个模型除了有三维信息外，还包括各种工程信息、设计信息、施工信息、造价信息、维护信息等，整个模型信息具有完备性。

(2) 信息模型中的对象可以识别且相互关联。如果模型中某个对象发生变化，与之关联的所有对象都会随之更新，以保持模型信息的一致性。

(3) 在整个建筑生命期的不同阶段，模型对象可以修改和扩展，无需重新创建，同一信息无需重复输入，模型信息是一致的，保证了信息的一致性。

1.2 可视化

BIM提供了可视化的思路，“所见即所得”。原来的设计是 CAD二维设计模式，平面图和系统图无法实时联动，而BIM设计实现了平面图、立面图、剖面图的三维联动，真实并且形象。BIM设计更具应用价值的是项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论和决策都能在可视化的状态下进行。

1.3 参数化

BIM技术是创建模型和分析模型，核心就是建立参数变量。通过改变模型中的参数值，驱动模型的改变和更新，大大提高模型的生成和修改速度。

1.4 协调性

协调性一直是建筑业工作中的重点内容。在设计时，BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期将各专业模型汇集在一个整体中，进行碰撞检查并生成碰撞检测报告及协调数据。

1.5 模拟性

BIM不仅可以模拟设计出建筑物模型，还可以模拟实际操作。

1.6 优化性

项目设计、施工、运营的整个过程其实就是一个不断优化的过程。基于BIM模型所提供的准确信息，配合与其配套的各种优化工具，可以把项目设计和投资回报分析结合起来，计算出设计方案对投资回报的影响，方便业主知道项目的哪个设计方案更有利于自身的需求，同时可以提前对设计的施工方案进行优化，大大缩短了工期，降低了造价。

1.7 可出图性

运用 BIM 技术可以自动生成建筑各专业的二维设计图纸，而且这些图纸中的构件与模型实体始终保持关联。模型发生变化，图纸也随之变化，从而保证图纸的正确性。

1.8 三维联动性

BIM技术有强大的三维表示功能。BIM除了可以在设计阶段实时查看和拆分模型外，还可以转换为轻量化模型的形式，在设计交底阶段快速生成所需要的三维视图，可视化的结果提高了工作效率。在施工阶段，BIM也可以快速生成局部平面视图、局部三维视图和施工大样图，方便相关施工工作人员快速理解设计意图，减少错漏，从而提高了沟通效率。

2 BIM设计探索

BIM设计的建设路径，主要从以下5个方面进行考虑并开展相应的培训工作。

2.1 BIM概念学习

基于 BIM 基本概念的学习，包括国内外先进的BIM技术理论知识，国家数字化总体建设政策和地方城市数字化转型政策。

2.2 BIM标准制定

目前国内缺乏BIM正向设计相关标准规范，即该设计缺乏相关依据。为了保证正向设计成果质量，建立企业级BIM正向设计标准体系必不可少，包括《燃气BIM建模标准》《燃气BIM出图标准》和《燃气BIM审查标准》。

2.3 BIM族库建设

BIM族库建设主要包括用气设备、燃气表、各类阀门、各类材质等定制化族库的制作，综合后形成总的BIM族库管理平台。

2.4 BIM族软件和模块设计

现有主流BIM软件、Revit软件等不能完全符合现有阶段燃气设计的出图要求，如统计材料生成格式、出图等都需要进行二次开发工作后才能符合目前出图要求。根据现有工作模式，可以开发一套电子审图工具，并通过搭建基于BIM的设计协同管理平台，实现在线浏览BIM模型、数据交互、质量管理、变更管理、成果归档等功能模块。其中各功能模块应达到以下要求：

(1) 在线浏览BIM模型模块。模型经过轻量化后上传至设计协同管理平台，各权限方可以随时随地在线浏览模型，实时了解BIM设计相关情况。

(2) 数据交互模块。将建筑、燃气、燃气报警等多个专业在平台中进行数据交互整合，快速发现不同专业间的冲突和碰撞。

(3) 质量管理(在线审查)模块。在 BIM 评审过程中，可直接在平台上发现BIM模型标注的问题，并自动记录标注的位置和视角，推送给相关责任人进行修改。

(4) 变更管理模块。可视化对比不同版本模型的变更记录，使模型版本变化历史一目了然。

(5) 成果归档模块。建立以项目为单元，权限清晰的设计文档管理系统，形成完善的BIM设计成果资源库。

2.5 BIM试点项目

具备工作条件后，寻找试点项目或者试点团队，一方面磨合设计团队，另一方面逐渐引导市场的需求、引导市场对于数字化的适应能力，让市场体验到数字化带来的便捷性。逐步增加各阶段的应用场景，实现从特殊项目到一般项目的应用。

3 项目实例

3.1 项目概况

位于上海市中心的某大型商业综合体项目，占地面积约20万m3，地下2层，地上8层。其中中压燃气锅炉位于地下1层，低压燃气管道有8个立管系统，总长度约4.28 km。该项目应用BIM设计，期望在设计阶段应用 BIM 技术减少与其他管线的碰撞，并应用可视化性指导施工应用，同时快速出图以及统计燃气管道的工程量，提高设计人员的效率和准确性。

3.2 模型创建

该项目BIM技术采用Revit这款专业的三维设计软件，设计人员可以根据自己的经验和习惯快速创建三维可视化设计成果，生成剖面图、平面图、系统图、设备材料表等。相比二维图设计阶段提高了设计效率。模型创建分为三部分，建筑模型、燃气管道模型、燃气设备模型。其中建筑模型至少应包括墙、梁、板、柱、门窗、楼梯等构件，管道模型至少应包括燃气管道、管道附件、管道阀门、燃气表、燃气设备等。

3.3 BIM出图

Revit软件的特点是可以从任何角度剖切模型，得到所需要的剖面视图和平面视图。设计人员在平面图添加所需要的标注、尺寸等关键信息，满足出图的标准，同时局部三维视图满足可视化的表达。

3.4 材料统计

Revit软件可以提取模型中的材料信息，包括管道长度、管件数量、阀门数量等主要材料。通过具体的清单设置，可以自定义显示所需要的模型构件数量，还可以将生成的材料表格导出生成Excel的形式。燃气无缝钢管管道材料表见表1。

表1 燃气无缝钢管管道材料

3.5 BIM设计表达及施工提升

将 BIM 三维设计引入到燃气管道设计的应用中，能在设计阶段减少燃气管道的碰撞问题，提高工作效率，提升设计质量。三维模型可视化的图纸表达方式，显示出复杂的空间结构和燃气管道排布方式，有利于提升施工人员的理解。同时，应用BIM技术进行施工进度模拟，与实际进度进行对比后帮助施工管理人员管理施工进度。施工阶段中把相关造价信息添加到模型属性中，便于工程造价人员进行价格的计算。

4 BIM设计存在的问题

通过对燃气管道三维设计的探讨，笔者总结出目前BIM设计中存在的几点问题[2]。

(1) 软件接口不完善。目前设计院实际工作中，一般建筑模块采用天正、结构模块采用盈建科、机电模块采用MagiCAD和Revit等多种软件。单个软件不能满足设计需求，而多个软件之间如何进行数据交互就成了解决问题的关键点。统一数据格式是目前BIM设计的一大难题。

(2) BIM 三维设计软件相对于二维设计软件，需要更多的底层数据，更细致的图像表达，更精确的分析处理，这就意味着需要性能更强的电脑硬件。同时，正向设计是一个协作的过程，各专业间需要流畅的协同平台。

(3) 软件协同性不够。目前软件繁多而杂乱且不能满足目前的出图需求，需要一个标准统一的平台限定族类型，从而提高图纸质量。

(4) 国内BIM标准规范不够完善。近年来，全国各地相继推出地方性的BIM标准，缺乏统一的标准。直至2017年7月1日，GB/T 51212－2016《建筑信息模型应用统一标准》才正式实施。

(5) 管理体系不完善。BIM 正向设计改变了设计协同的过程，改变了设计交付的格式，但其管理体系目前还不够完善，缺乏实践经验。

(6) 出图审图规范标准不完善。二维与三维表达存在差异，导致三维出图的精度、表达形式不确定。没有出图审图标准规范，审图人员无法直接从三维中判断是否符合标准规范，只能通过二维的标注来审核。

5 结语

在燃气发展历程中，燃气应用已得到了突飞猛进的发展，但传统燃气设计的特点和作业方式限制了燃气施工提升效率的步伐。对于设计院来说，BIM设计除了能提升设计质量外，还可以增加可观的设计附加价值，从而提升自己在整个项目运作过程中的地位及设计项目的利润率。同时，还可以加强设计单位与施工单位的深度合作，加强项目的深化设计，实现项目精细化运作。BIM设计工作的建设，可以培养一批数字化交付设计人才，为企业全面实现数字化转型做充足的准备。同时，通过企业BIM建设的不断完善，相关标准可以转化为行业标准，进而形成地方标准，甚至国家级标准的建设工作。