建筑給排水設(shè)計BIM技術(shù)應(yīng)用研究

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摘要：目前，建筑給水排水系統(tǒng)體現(xiàn)出的復(fù)雜性與專業(yè)性越來越突出，對管道布置的要求也越來越高。為了更有利地促進建筑給水排水管道工程的布局，有必要采用先進的技術(shù)進行處理。為了避免過去常見的問題和缺陷，BIM技術(shù)的應(yīng)用目前具有很強的價值，更好地實現(xiàn)了整個施工過程的優(yōu)化，在設(shè)計和安裝過程中發(fā)揮了突出的作用。本文重點分析和討論了BIM技術(shù)在建筑給排水管道工程中的有效應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；建筑給水排水；管道設(shè)計；設(shè)計應(yīng)用

1引言

隨著國家和社會的加速發(fā)展和人民日常生活水平的提高，建設(shè)項目的復(fù)雜性也日益增強。這反映在許多工程建設(shè)項目的子系統(tǒng)中，例如建筑給水排水系統(tǒng)的復(fù)雜化趨勢明顯，對設(shè)計和施工提出了更高的要求。為了促進今后建筑給水排水系統(tǒng)的建設(shè)，必須保證每條管道的安裝更加合理經(jīng)濟。應(yīng)用bim技術(shù)對建筑給水排水管道工程的施工進行有效控制是十分必要的。BIM作為一種有效的技術(shù)手段具有很高的應(yīng)用價值和很強的研究價值。

2建筑給水排水中應(yīng)用BIM技術(shù)存在的問題

2.1信息量大，糾正難度大

BIM基于三維集成圖形的設(shè)計方法。它包括建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等方面的應(yīng)用過程，涵蓋了建筑給水排水工程的各種信息數(shù)據(jù)，為用戶提供了越來越合適的信息與資源供應(yīng)。通過對給水排水工程數(shù)據(jù)的不斷整合，對整合后的數(shù)據(jù)進行比較分析，能為設(shè)計人員提供更全面的數(shù)據(jù)參數(shù)。在實際的施工圖設(shè)計階段中，由于建筑給水排水系統(tǒng)設(shè)計過程復(fù)雜，設(shè)計類別小，分支過大，容易造成各種類型的數(shù)據(jù)參數(shù)，造成數(shù)據(jù)量大的缺陷，這樣會在設(shè)計工作中產(chǎn)生一些問題。這是設(shè)計師在這個階段預(yù)先需要處理的問題。

2.2協(xié)同設(shè)計的復(fù)雜性使得BIM系統(tǒng)難以實現(xiàn)

BIM協(xié)同設(shè)計主要包括實際使用過程中的工作集成類型與鏈接類型。這兩種類型在現(xiàn)階段仍存在一些問題。這些問題將導(dǎo)致建筑給水排水系統(tǒng)設(shè)計過程中的應(yīng)用停滯。從工作集成的類型來看，在獲取和釋放BIM權(quán)限的過程中，存在著一個相對零碎和復(fù)雜的過程，這在系統(tǒng)設(shè)計工作中非常不利，而且降低了使用效率。BIM協(xié)同設(shè)計還存在一些局限性，這些是一些軟件技術(shù)問題，需要相關(guān)從業(yè)技術(shù)人員不斷地對出現(xiàn)的問題進行糾正和改進。為了使建筑給水排水系統(tǒng)在建筑施工中發(fā)揮更重要的作用，有必要不斷開發(fā)建筑給水排水系統(tǒng)的應(yīng)用功能，優(yōu)化建筑給水排水系統(tǒng)在實際設(shè)計中的不足之處，為建筑給水排水系統(tǒng)的施工提供更完善的技術(shù)途徑。作為技術(shù)和時展的產(chǎn)物，BIM設(shè)計技術(shù)相對于傳統(tǒng)的建筑給水排水設(shè)計有著明顯的優(yōu)勢，但也在發(fā)展的階段，還存在許多不足之處需要改進。研究表明，在建筑給水排水工程設(shè)計中，BIM技術(shù)的主要問題主要存在于協(xié)同設(shè)計繁雜，導(dǎo)致修改難度大。協(xié)同設(shè)計的復(fù)雜性是由于BIM采用的協(xié)同設(shè)計方案由一個工作集系統(tǒng)和一個包含系統(tǒng)的鏈路組成，兩個系統(tǒng)都存在著不完善的地方。當用戶在使用工作集系統(tǒng)的時候，獲取其中權(quán)限和釋放其中權(quán)限的操作是復(fù)雜的，而帶鏈接系統(tǒng)的應(yīng)用使得綜合調(diào)整管道變得困難。修改的困難是由于包括給水排水系統(tǒng)在內(nèi)的BIM應(yīng)用系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)細節(jié)信息都非常完善，數(shù)據(jù)查詢夫人技術(shù)與之前相比更加便利，從而加快了數(shù)據(jù)的查詢效率與效果。并且由于BIM系統(tǒng)包含建筑給水排水的所有設(shè)計的方面，比方說施工的預(yù)先計算、施工期間的進度、后期物業(yè)的管理等等，這些在設(shè)計的角度都有各自的運行參數(shù)，需要而且必須進行分類，且存在分級過大等現(xiàn)象。對這些數(shù)據(jù)的修改也需要有很大的工作的量。

3BIM技術(shù)可用于解決建筑給水排水設(shè)計中的問題

結(jié)合目前建筑給水排水管道系統(tǒng)工程的不斷發(fā)展，其自身的施工難度越來越大，施工過程中也容易出現(xiàn)明顯的偏差問題，致使施工給排水管道無法發(fā)揮最大的效益。在此基礎(chǔ)上，合理利用BIM技術(shù)在建筑給水排水管道工程中已變成一個重要的手段。BIM技術(shù)在具體應(yīng)用中的主要特點如下。

3.1可視化

由于目前建筑給水排水管道工程中的復(fù)雜性日漸明顯，涉及的管道越來越多，且仍存在明顯的交叉現(xiàn)象，因此對于建筑給水排水管道設(shè)計的準確性有著顯著的影響，很容易形成太多相互矛盾的問題。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用BIM技術(shù)可以顯示出很強的可視化效果，能明顯地滿足各建筑給排水管道布置要求，并通過三維可視化模型呈現(xiàn)，可以讓設(shè)計人員和建筑安裝工都能更清楚地了解整個建筑給水排水管道工程。

3.2協(xié)調(diào)性

在建筑給水排水管道工程的施工過程中，涉及的內(nèi)容要素范圍比較大，對協(xié)調(diào)提出了很高的要求。應(yīng)該圍繞各個專業(yè)進行綜合分析。在過去的給水排水管道施工中，經(jīng)常出現(xiàn)明顯的不相容問題。它們不僅有很多的沖突，而且往往與土木工程或其他管道發(fā)生沖突。這就增加了設(shè)計的難度，同時需要更好地實現(xiàn)設(shè)計手段的創(chuàng)新，應(yīng)用BIM技術(shù)可以更好地加強其設(shè)計的協(xié)調(diào)性，實現(xiàn)對所有專業(yè)內(nèi)容的信息輸入和分析與處理，全面提高布局的效果。

3.3模擬性

BIM技術(shù)在建筑給水排水管道工程中的應(yīng)用，也能反映出很好的模擬施工的效果，可以在混凝土施工前對設(shè)計方案進行模擬施工，更好的分析可能存在的安全隱患，使其更適合建設(shè)項目的現(xiàn)場環(huán)境，同時能結(jié)合建設(shè)項目的各種因素調(diào)整設(shè)計方案，以達到優(yōu)化效果。這種模擬優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在全部工程施工的質(zhì)量控制中，而且可以應(yīng)用于工程造價管理和進度控制中，而且效果更加突出。

3.4參數(shù)化的設(shè)計

為了更好地協(xié)助設(shè)計師設(shè)計和管理建筑項目，BIM概念軟件組建了Revit系統(tǒng)性程序。依據(jù)一致的數(shù)據(jù)庫開始建造模型，Revit將以信息的方式代替二維的圖紙以及模型里包含的全部表格，在調(diào)整Revit參數(shù)和任意信息的時候，相應(yīng)的所有內(nèi)容將自動調(diào)整，修改狀態(tài)也將自動同時的顯示出來。如果給水和排水的設(shè)計當中有一些工程數(shù)據(jù)發(fā)生改變，只要在對應(yīng)條件更改材料表里的工程計算的量，對應(yīng)的平面圖示和模型就會發(fā)生改變，大大縮短了需要工作的時間。在建筑給水排水的設(shè)計當中，Re⁃vit的數(shù)據(jù)主要體現(xiàn)了展示模型與工作的數(shù)據(jù)進行結(jié)合，使工程設(shè)計更加準確并且提高效率。

3.5管道的綜合設(shè)計

CAD和其他軟件管線都是二維的。通過人工檢查要用大量的人力成本和時間成本，才可能進行全部工程的管道的修改。然而，受人們主觀的能動性地作用，難免會發(fā)生出現(xiàn)錯誤的時候，特別是復(fù)雜地項目，最后制約到項目的順利進行。然而，BIM模型的管道設(shè)計是一個三維的層次，可以直接地反映管道集成后的距地高度。因此，在做好BIM模型后，可以清晰地看到三維模型中任意管線的確切位置。同時還可以檢查全部的管道有沒有重疊的現(xiàn)象，檢測的功能可用于檢查圖中的管道有沒有硬的碰撞和軟的碰撞（如圖1）。硬的碰撞是表示物理的重疊；軟的碰撞表示的是檢查和安裝的距離是否夠大。如不滿足，可立即改圖，最終確保全部工程的進度。

3.63D掃描及設(shè)計

本設(shè)計將電力、光和計算機相聯(lián)合，主要是對物體的構(gòu)造、立體的形狀和顏色進行掃描，準確獲得物體的外表面的詳細位置信息。如此可以做到空間測量，而且準確度好、效率快。3D掃描設(shè)計應(yīng)用在建筑給水排水工程的調(diào)整和施工的最后檢查收工階段。與傳統(tǒng)的手工測量進而進行定位的方法比，誤差明顯縮小，最終結(jié)果更好，能達到降低項目工程價格的效果。

4BIM技術(shù)在建筑設(shè)計中的詳細應(yīng)用與方法

4.1執(zhí)行安裝模擬

建筑給水排水系統(tǒng)的設(shè)計是為了給施工隊的實際施工做指導(dǎo)，使施工隊在施工期間更加合理、科學(xué)。但是，在實際施工當中，施工的現(xiàn)場常常伴隨繁雜的施工條件，如給水排水管道安裝混亂，數(shù)量多，周圍吊裝區(qū)域復(fù)雜，各承包商對施工區(qū)域管理混亂，導(dǎo)致施工進度延誤和資源浪費。在施工圖的設(shè)計過程中，采用BIM的三維設(shè)計來充分演示施工過程。可向施工人員展示不同的演示結(jié)果，根據(jù)演示結(jié)果，可根據(jù)實際情況編制安裝進度表，合理的規(guī)劃施工與安裝進度。然后要求施工人員按照安裝進度表進行施工，可以避免給水排水工程的設(shè)計變更等相關(guān)問題，既減少了資源浪費，又提高了工作效率。

4.2物料表的自動統(tǒng)計

在以往建筑給水排水系統(tǒng)的設(shè)計當中，有關(guān)設(shè)計人員經(jīng)常通過CAD來編制給水排水系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)。這種編制方法是相對片面的，沒有數(shù)據(jù)庫比較，容易產(chǎn)生計算誤差，使設(shè)計工作效率不能有所提高，并且給水排水系統(tǒng)數(shù)據(jù)若編制錯誤，相關(guān)設(shè)計人員不僅要對現(xiàn)成的圖紙進行修改，還得重新編輯整個數(shù)據(jù)庫。這意味著設(shè)計工作是不可逆的，一旦出現(xiàn)了問題就得重新設(shè)計。為了彌補這一問題，目前我國建筑工程設(shè)計單位在設(shè)計當中經(jīng)常采用BIM技術(shù)進行輔助設(shè)計。由于BIM軟件本身擁有大量的數(shù)據(jù)庫，相關(guān)人員在給水排水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)編制中有便利的數(shù)據(jù)支撐，使工程資料在清算過程中更為準確，從而提高了工程計算的能力。此外，BIM技術(shù)在給水排水系統(tǒng)的設(shè)計和預(yù)算中也發(fā)揮著重要作用，可以有效地節(jié)省工程預(yù)算，降低成本。

4.3清晰的視覺設(shè)計

BIM技術(shù)屬于一種三維圖形模式，不同于之前的CAD施工圖。過去的施工圖是利用不同類型的線條代表不同的信息在圖紙上進行繪制的，而真正意義的構(gòu)成圖則需要設(shè)計師在自己的頭腦中進行模擬。傳統(tǒng)的作圖方式使設(shè)計工作存在一定的局限性，并不能有效提高工作效率。但是BIM技術(shù)提供了一種視覺概念，允許設(shè)計師將過去的線條圖轉(zhuǎn)換成三維模型，并直觀的反應(yīng)到設(shè)計師的眼睛中，使整個設(shè)計過程清晰可見，從而提高了整體構(gòu)建設(shè)計的效率。

4.4協(xié)同設(shè)計的應(yīng)用

過去的建筑給水排水工程的設(shè)計工作主要依靠CAD平臺來完成，但他一直屬于繪圖的工具，不能表示出工程項目的其他重要信息。因此，在建筑給水排水系統(tǒng)工程的設(shè)計工作當中，建筑物的結(jié)構(gòu)荷載和電力負荷也應(yīng)結(jié)合起來，負荷增加了工作的難度。但是，如果在系統(tǒng)設(shè)計中采用BIM模式，則可以在數(shù)據(jù)庫中匯總和總結(jié)項目的所有信息，如：供水水泵具體的型號、尺寸和重量、管線的排布方式及標高尺寸等，以便其他專業(yè)人員同樣可以隨時進行檢查和更改。

5BIM技術(shù)在建筑給水排水系統(tǒng)設(shè)計中的詳細應(yīng)用與方法

5.1管線的參數(shù)化

采用BIM技術(shù)開始參數(shù)化的設(shè)計，需要用BIM模型作為起點和數(shù)據(jù)的源頭建立信息為主體的模型，從最開始的規(guī)劃階段一直做到最后的施工圖的設(shè)計，并利用平面裁剪和角度改變不斷做調(diào)整。具有“流量”和“管徑”的數(shù)據(jù)可用于水力的分析，以最后確定方案。此外，將其和衛(wèi)生設(shè)備聯(lián)合，以構(gòu)成模擬圖紙。模型可用作碰撞檢測和計算與運轉(zhuǎn)保護同時實現(xiàn)一個模型作多種用途。

5.2模擬浴室的安裝和布置

在利用BIM技術(shù)開始三維的設(shè)計時，與傳統(tǒng)的CAD不同，在繪制設(shè)計的方案和圖紙時，越過線條的界限，用“族”為單位，就像CAD中的“塊”一樣制作圖紙。浴室設(shè)備必須有連接元件，一般是地板、墻壁等。與浴室設(shè)備有關(guān)的族可以根據(jù)設(shè)計的特點建造。它也可以由其他的項目或者一些制造商加載而成。在立體空間里放置衛(wèi)浴設(shè)備。在此條件下，有水槽、便池、地漏等，為了便于布置分析，可以優(yōu)化浴室設(shè)備的設(shè)計，為戶主提供最好的設(shè)計。

5.3連接衛(wèi)生設(shè)備和管路系統(tǒng)

衛(wèi)生設(shè)備和管路系統(tǒng)之間的銜接很重要。實際操作當中，一般要將管件的直徑改變用來銜接用水器具。在BIM里需要預(yù)先加載具體的不同直徑的管件的族，來連接不同的器具。衛(wèi)生設(shè)備和管路系統(tǒng)在這里是同一個系統(tǒng)中的：給水管線和給水龍頭都是給水的系統(tǒng)，地漏和排水管線都是排水的系統(tǒng)。在不調(diào)整相對的位置的情況下，可以一起移動設(shè)置。在繁雜的信息模型里邊，可以直接點擊具有相同信息的不同物件，方便了統(tǒng)計計算和文件的自動編寫，這樣就加快了辦公的效率。

5.4管路碰撞仿真分析

依據(jù)BIM技術(shù)便于查看和便于協(xié)同工作的性質(zhì)，建筑給水排水的設(shè)計可以簡化設(shè)計的過程，從而清晰地展示出管道的距地高度、所有管路的交錯點、管路和墻體的碰撞等問題。然后輸出碰撞檢查的報告，可以讓設(shè)計師方便分析問題，進行調(diào)整，使給水排水的系統(tǒng)更合理。

5.5工程量的計算

利用操作的平臺和提供的軟件，BIM能做到對整個供水系統(tǒng)的閥門的量和運行參數(shù)、每條管路的距離和材料、排水的系統(tǒng)里地漏的個數(shù)等設(shè)備的單子和工程的量進行計算。BIM還能執(zhí)行單個統(tǒng)計、本地計算、自定義的計算選中的范圍，例如一個樓層的設(shè)備材料列表和裝置的完整項目的統(tǒng)計。即使是特殊用途部件的計算，通過建立邏輯連接，也可以做出全部的的信息列表。

6結(jié)論和建議

作為目前建筑給水排水圖形設(shè)計的一種新方法，BIM技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。為提高建筑給水排水系統(tǒng)中的設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，應(yīng)將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑給水排水系統(tǒng)的工程設(shè)計中。采用BIM技術(shù)對前期給排水進行系統(tǒng)的規(guī)劃，會使得建筑給水排水的設(shè)計會更有效、更完整。在建筑設(shè)計和管路集成以及成本輸出等全過程里將有更好的推進。三維的模型超過了二維的圖形所表達的信息。三維的模型設(shè)計出來的項目會促進建筑技術(shù)不斷發(fā)展，相關(guān)專業(yè)的技術(shù)師要不斷優(yōu)化和改進BIM技術(shù)，讓先進的技術(shù)更加支持和有利于建筑業(yè)的發(fā)展。

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作者：楊濤 單位：煙臺大學(xué)基建處