BIM技术在给排水设计中的应用

武晓东

（筑博设计股份有限公司， 山西 太原 030000）

建筑给排水工程与建筑使用者的日常生活息息相关。 随着建筑行业的发展， 建筑给排水的工作方式得以优化， 相继引入更多前沿的技术。 在建筑给排水设计中应用BIM技术后， 建立实体建筑模型，供设计人员直观分析设计成果， 评估存在的不足之处， 经过优化后提升整体设计效果， 较好地弥补了传统设计方式的不足。

1 BIM技术概述

BIM技术通过对建筑工程信息的收集后做数据化、 信息化处理， 建立三维立体模型， 以更具直观性的方式呈现建筑工程信息。 随着BIM技术应用水平的提高， 相继在更多建筑给排水设计中取得应用，借助三维模型表达给排水管道系统架构， 除了供设计人员分析给排水管道的布设情况外， 还可用于给排水与强弱电、 暖通等专业设施的碰撞检查， 发现设施间的矛盾， 在源头上予以规避。 基于BIM技术的给排水设计成果更具可行性， 有利于工程建设活动的高效开展。

2 BIM技术在建筑给排水设计中的应用优势

2.1 设计成果可视化

常规给排水设计方法采用的是二维设计图的信息表达方式， 例如应用CAD软件绘制平面图形， 存在难以全面、 直观展现信息的局限性[1]。 相较而言，BIM技术改变固有设计方式的弊端， 以三维模型的方式呈现设计成果， 得益于三维可视化的特点， 建筑工程各参与主体可直观沟通， 且能够加强整体布局优化和各项专业间的有效协调， 在设计初期发现问题并进行修改。 经验表明， 基于BIM技术的给排水设计较好地规避了传统设计方式中管线冲突问题，设计的有效性提升， 对现场施工大有裨益。

2.2 多专业设计的协同化

建筑给排水设计具有系统性， 除了给排水主体外还需考虑与电气管线、 暖通等专业的关系。 依托BIM技术的协同化优势， 将多专业的设计人员聚集起来， 共同商讨各专业、 专业间的设计方式， 保证各专业设计有效性的同时避免专业间协调效果差的问题。 并且， 协同设计的方式可增强信息的流通，以防由于资料不匹配、 信息共享不及时等问题而出现设计遗漏、 设计错误等各类异常状况。

2.3 设计信息参数化

基于BIM技术的建筑模型具有参数化的特点，由于设计要求需调整参数时， 可直接在Revit软件中修改， 相关联的参数随即更新， 从而保证材料信息、工程量等各项数据的实时性。 从工作强度的角度来看， 由于参数的自动化更新， 将有效减少人为操作的工作量， 减轻作业强度。 得益于BIM技术设计信息参数化的特点， 设计人员更加便捷地对设计模型信息做出修改， 促进设计效率的提高。

3 项目概况

某建筑工程总面积10100m2， 建筑高度133.2m，局部地下2 层、 地上33 层， 属于具有办公、 商业多项功能的综合型建筑。 给排水系统属于建筑的重要组成部分， 包含给水、 排水、 热水、 污水、 废水多类细分子系统。

4 BIM技术在建筑给排水设计中的应用分析

4.1 协同设计

Revit软件在协同设计方面有链接模式和工作集模式两种可供选择[2]。 其中， 链接模式的外部链接模型不可编辑， 不利于设计工作中的管线调整操作；工作集模式的权限获得与释放流程颇具复杂性， 但可在相同项目文件中完成对管线的调整。 两种模式均有各自的应用特性， 结合项目管线设计要求和管线碰撞检测目的， 经对比分析后将建筑和结构模型作为链接文件， 在相同文件内协同工作。 以建筑23层设备层为例， 展开BIM技术的应用探讨。

4.2 项目准备

4.2.1 项目创建

设计工具采用RevitMEP软件， 建立机电BIM模型。 MEP项目的创建属于项目创建的重点内容， 思路为: 采用软件的协同工作功能， 向MEP项目中链接建筑模型的中心文件， 读取包含轴网、 标高在内的各项关键信息， 据此进行设计； 并且， 对结构模型的中心文件做链接处理。

4.2.2 三维视图和平面视图的创建

考虑到各层给排水管道的绘制要求， 创建各层的给排水平面视图和三维视图， 以便根据需求及时查看单独的楼层， 实现此效果的方式是仅显示可见视图范围内的模型， 其它部分则予以隐藏。 此外，还赋予视图 “过滤” 的功能， 例如仅显示给排水管道及配套设备， 除此之外的其它各类管道和设备均被隐藏。

4.2.3 中心文件与工作集的创建

MEP项目文件被保存在文件服务器， 建立中心文件， 各获得授权的工程师将文件另存为本地文件，从而开展工作[3]。 通过 “与中心文件同步” 功能的应用， 建筑或结构模型的中心文件经过修改后自动更新模型。 各专业工程师利用工作集模式确定权限，创建专属于自身的工作集并使用， 任何其它专业均无法对其图元进行修改， 若由于设计需要而确实需要做出修改， 允许专业人员进行编辑。 为提高协同设计水平， 各专业同步开展BIM模型的创建工作， 存在需求时可及时互相查看工作进度， 协调工作步伐。

4.3 给排水系统模型的创建

4.3.1 基本设置

加载和编辑管道、 管件和设备， 将各类给排水管道的配套设施载入构件族库， 存在属性修改要求时借助 “类型属性” 对话框实现， 可修改的属性信息包含管道的类型名称、 材质、 型号等。 基本设置是给排水系统模型创建的重要环节， 在此前提下有利于BIM模型记录给排水系统构件的集合信息、 材料性能信息等， 在丰富信息的基础上， 软件自动生成设备材料列表。

4.3.2 设备的选型与管道的铺设

在基本设置操作落实到位后， 创建给排水系统的模型。 对dwg文件做链接处理， 在MEP项目文件的平面图中呈现给排水平面图， 据此创建三维模型，此方式将有效避免由于同时打开CAD软件查看图纸而导致的操作繁琐问题， 对员工的便捷化作业较为友好。 调用族库的卫生器具、 供水设备等， 设定属性， 根据功能需求确定各类设备的放置位置。 “常用” 选项卡内有 “管道” 命令， 用于管道的绘制。从设置的管道类型中予以选择， 明确管径和标高，根据掌握的参数绘制管段。 于关键的部位放置阀门及各类配套的附件。 在常规平面图的基础上赋予标高值， 实现管件、 设备等设施从二维向三维的转变，设计人员将从多个角度观察， 对设施的三维特性有着全面的掌握。

部分管道按特定的坡度敷设， 根据布设要求启用 “向下坡度”、 “向上坡度” 选项卡， 输入坡度值后即可完成绘制。 于立面视图中进行立管的绘制，对应至平面视图中， 对立管的位置做细微的调节即可， 高效绘制立管。 给排水设计时， 同步打开平面、立面、 三维视图窗口， 供设计人员更加直观地分析，掌握建筑、 结构的信息， 评价管道的平面位置、 立面位置是否达到要求。 由于信息的呈现更具全面性，有助于设计人员在源头上发现问题， 经过优化后获得可行性较高的设计方案。

在协同设计的工作模式下， 给排水专业管道绘制期间由其它专业人员同步组织暖通、 电气等专业的设计工作， 各专业间互相查看工作进度， 视实际设计状况加以协调。 模型建立初期可观察到碰撞状况， 便于前期的协调。 例如， 暖通专业图纸中的水箱上方分布风管， 设计人员经由模型观察到水箱上方有梁和环带桁架， 多类设施高密度分布在有限的空间内， 存在碰撞问题， 诸如此类问题将以碰撞位置截图的方式保存， 建模结束后生成碰撞报告， 设计人员根据碰撞报告做出调整。 消防管道模型， 如图1 所示。

图1 消防管道的绘制

4.4 碰撞检测

RevitMEP软件在三维协同设计环境中整合给排水模型、 暖通模型、 电气模型， 为碰撞检测与管线检查提供了良好条件[4]。 管线布置如图2 所示， 各专业管线建模完成后， 绘制管线和设备放置位置，进入第一轮调整。 以手动查找的方式做初步的判断，确定明显的管线碰撞问题， 以移动位置和调节标高的方式消除碰撞。 已解决和待解决的碰撞问题均得到完整的记录， 向设计人员反馈资料， 由其根据记录内容对图纸做出修改。 初期的初步检查必须落实到位， 是后续精细化检查的重要保障。 若直接启用“碰撞检查” 功能， 将一次检出大量的碰撞点， 加大修改工作量， 可能由于修改遗漏或其它原因而影响管线碰撞处理效果。

图2 生活水箱间附近管线布置

经过初步的管线碰撞检查和调整后， 启用 “碰撞检查” 功能， 利用数学方程描述监测对象轮廓，确定被测对象的联立方程并对其是否有解进行判断。根据检查结果生成冲突报告。 碰撞检查功能的覆盖面广， 例如机电管线间的检查、 管线与建筑结构的碰撞检查。

碰撞检查过程中发现需要重大调整的问题时，先根据检查结果生成预解决方案， 各专业工程师沟通， 富有针对性地对三维模型做出调整， 生成一套适应于现存问题的解决方案， 通过各专业人员的确认后， 按照方案要求加以修改， 直至问题消除为止。例如， 碰撞检查结果显示水箱与环带桁架存在碰撞，通过与相关专业人员的沟通后， 提出 “将水箱高度降低0.5m、 横向加宽” 的调整方案， 按照方案要求修改模型和施工图， 而后与中心文件同步， 相关联的信息随即更新， 呈现经过调整后的管线位置情况。

在第一轮管线碰撞检查的基础上， 进入第二轮检查， 此阶段的检查空间较之于第一轮有所缩小，细节问题更应得到重视。 弱电桥和暖通风管需经由生活水箱上方穿越， 为保证设施空间位置的合理性，在多专业商讨后对施工图进行修改， 至此各项管线碰撞问题得到妥善的解决， 不会由于前期设计不到位而导致现场施工时出现管线碰撞问题。 具体至本建筑工程中， 设备层的设施组成复杂， 相关人员加强重点分析和综合调整， 经过优化后的设备层空间净高满足要求， 一方面有效避让结构， 另一方面精准确定管线的位置和标高， 为后续的高效施工打下坚实的基础。

5 BIM技术在建筑给排水设计中的其他应用

5.1 在设备材料统计中的应用

BIM模型具备自动统计分析的功能， 根据统计数据和分析结果生成设备材料表， 对设备、 材料的取用有重要的引导作用。 在BIM模型建立初期， 工程师完成对设备、 材料基本属性的设定， 资料信息将由BIM模型保存， 经过自动统计后即可生成设备材料表。 模型文件中某给水管道的管径改变时， 除了基础参数的变化外， 与之相关联的列表也将同步更新， 全程无需人工手动操作， 减少工作量的同时提升数据的准确性， 为项目的概预算提供了可靠的数据支持， 也能够给业主的成本控制提供富有参考价值的信息， 保证成本控制的有效性。

5.2 在施工模拟中的应用

建筑项目3D模型与施工进度建立起关联， 促进时间和空间两层面信息的整合， 基于多维度信息建立4D施工信息模型， 提供4D施工模拟功能， 兼具动态化、 集成化、 可视化的突出优势[5]。 对于建筑给排水系统中的各类管线和设备进行可建性模拟，此功能的应用一方面有利于对安装顺序做合理的协调， 确保各项安装工作按照流程有条不紊地推进，另一方面对安装进度做出妥善的规划， 在较短的时间内保质保量完成施工作业， 总体来看达到保证质量、 提高效率的突出效果。

5.3 在维护及管理中的应用

除了建设外， 建筑使用期间的维护管理也是保证给排水系统得以正常运行的重要途径， BIM技术在此方面依然具有应用价值。 若建筑使用期间存在管线故障， 采用BIM技术予以解决， 联合应用BIM模型和运营管理系统， 精准定位故障部位， 深入探明导致故障发生的关键原因， 获取与故障有关的信息， 根据故障状况安排保修， 力争在较短时间内处理故障， 使建筑给排水系统恢复正常使用的状态。

6 结语

建筑给排水工程包含生活给水、 消防给水、 雨水排水、 污废水排水等细分组成部分， 随着建筑建设规模的扩大和用户使用要求的提高， 建筑给排水的设计水平应有所进步。 在复杂的建筑给排水系统设计中， 可以考虑BIM技术的应用， 依托该项技术可视化、 参数化等优势高效完成本专业的设计， 并实现给排水与其它相关专业的协同， 提高设计水平，促使后续建设工作的高效开展。