基于BIM的某商业综合体项目碰撞分析研究

荣华金，　张伟林

(安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥　230601)



基于BIM的某商业综合体项目碰撞分析研究

荣华金，张伟林

(安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥230601)

摘要：研究BIM在项目设计阶段的应用。使用Revit和Navisworks两款BIM软件对某商业综合体项目进行了工作模式和流程探索，主要对该项目中地下室部分的结构专业、给排水专业和暖通专业的三维模型进行搭建，同时对两两专业之间的模型进行了碰撞分析。结果表明，基于BIM平台的设计模式可以有效解决各专业模型的空间碰撞问题，从而减少了施工过程中设计变更，避免人力和材料的浪费。

关键词：建筑信息模型；碰撞分析；协同设计；Revit

0引言

建筑信息模型( Building Information Modeling,BIM)作为一种全新的项目理念，正在成为消除“信息孤岛”的重要手段。BIM通过计算机信息处理技术集成了建筑生命周期中的信息数据库。BIM技术最显著的特点是信息的高度集成性、有效传递性和协同设计[1-3]。传统的二维设计方法在平立面形式和空间位置关系简单的建筑工程项目中具有简单高效的优越性，而难以表达出系统繁多，建筑形式复杂多变的空间几何位置关系。BIM技术不仅仅是建筑三维表现，同时能够实现各专业进行高效协调设计，并及时发现建筑、结构、水暖电等专业的碰撞问题，从而减少施工过程中的设计变更，降低成本。

本文是在多功能，结构形式复杂的综合体项目中综合应用BIM软件Revit和Navisworks进行碰撞分析，发现专业间的碰撞问题，并及时进行图纸修改，减少设计变更引起不必要的浪费。

本项目位于合肥市新城区，一座集商业、酒店和办公于一体的综合类建筑。总建筑面积35662.9 m2，总高度99.95 m。地下室共二层，面积18094 m2；建筑占地面积7922 m2。地下室设置停车场、超市、设备间等，各专业系统错综复杂。负一层为超市，需配套相应的货物储藏间，并且有足够的净高；为便于安置停车位，需较大柱间距。为此，地下室结构方案最

终采用带柱帽的无梁楼盖。鉴于传统二维设计不利于各专业间的沟通和协调，无法达到满意的空间优化效果，因此本项目采用BIM技术进行设计，为碰撞检测、管线空间优化、设计出图及关键施工工艺的指导提供新方法。

1BIM工作流程

Revit是由美国Autodesk公司开发的一款具有强大建模功能的BIM软件。Revit2013将建筑、结构及设备三个专业的建模界面集中在统一的Revit软件平台下，更有利于各专业的协同工作。Revit模型通过添加和绘制构件形成项目参数，项目中的每个图元通过“族”的形式来搭建。

Autodesk Navisworks是Autodesk出品的一个建筑工程管理软件，具有强大模型整合能力。Naviswork使所有项目参与方都能够整合和校审详细设计模型，帮助设计人员在施工前预测和避免潜在问题，从而减少错误、提高质量、节约时间与费用。

本项目综合利用上述两种软件的优势，制定工作流程如图1所示。

2BIM模型创建

BIM技术理念并不同于传统的三维设计，形成BIM系统的首要条件是项目参与方能够获取、修改和添加本专业相关数据信息。因此，实现各专业协同工作的标准是形成BIM系统的关键。

2.1　项目模型创建

BIM平台在协同设计上的优越性主要在于各专业建模过程中可以共享中心文件。结构工程师可以在链接的建筑模型上直接布置梁、柱、墙、板等构件而得到结构计算模型，见图1。设备模型同样可通过链接中心文件在土建模型的基础上布置设备管线和机械设备。各专业在建模的同时可监视相应的中心文件是否发生改动，以便及时获取中心文件变动信息。

图1商业综合体项目BIM应用流程图

图2商业综合体项目整体结构模型

2.2　土建模型创建

本项目属于后BIM应用，建模时可将二维CAD图纸链接到Revit软件中创建建筑结构模型。项目建立初期需准备相关构建“族”的制作。地下室采用无梁楼盖，Revit软件系统自带族库中无柱帽相关族。由于负二层空腹板厚度不均，边柱和中间柱的柱帽形式及宽度尺寸不同，需自建带有参数驱动的柱帽族。选择系统公制结构加强板族文件为样本文件建立参数驱动柱帽尺寸的柱帽族，并加载到项目中进行测试，如图3、4所示。

2.3　给排水模型创建

在创建设备模型前，需对相关水电专业设备族进行制作和准备，并将它们加载到项目样板文件中。水暖电设备系统所需的管件、配件和基本设备可以从软件系统自带的构建族库中找到，载入到项目样板文件后，通过设置添加为BIM模型的设计基本信息。在BIM平台下，水暖电各专业设计与传统二维设计方法有很大不同。其本质区别为，传统的管路二维设计中，通过使用不同线型和线宽以及相应二维图形符号表示不同管路系统。而BIM模型是信息模型，在创建BIM三维设备模型时不仅录入管路设备的几何尺寸信息，还要赋予相应的属性信息，如类型名称、型号、材质以及其他相关制造信息等，如图5所示。

图5管道系统信息设置

设备三维设计模型并不是在三维视图的项目中进行设计，而是在三维模型相应的平面视图中进行构件布置。设备模型在视图中的设计包括平面视图和立面管路设计，本项目属于后BIM技术应用，可以直接将二维DWG文件直接导入Revit MEP中进行三维设计。在平面视图中布置管线设备时，要对其赋予立面上的参照标高信息，通过三维视图中不同视角观察模型，粗略调整本专业模型与土建模型的空间位置关系。需在立面中布置的设备可以在平面视图中通过设定起始点参照标高来创建，也可以通过创建局部剖面进行布置。布置立管的起点可自动捕捉到水平管件末端或设备的链接件建立连接。给排水工程师在绘制管道系统前，可与暖通专业、电气专业等沟通协定好各专业定位基准标高，这样在各专业模型建好之后，可有效减少主管的碰撞，提高碰撞检测速度，同时减少以后调整碰撞的工作量。

模型创建过程中，可通过设置工作集和过滤器，将每一个系统如风管系统、给水系统、排水系统、消火栓系统和自动喷水灭火系统设置为不同的管道系统。同时配合使用视图显示模式将不同的系统显示为不同的颜色或样式。Revit自动将与不同管道系统连接的管道附件或设备赋予所对应的管道系统属性，将视图设置为不同的管道系统设置为不同的线型样式，颜色以及显示模式等，见图6。

图6地下负二层消防系统、给水排水系统Revit MEP模型

3结构与设备碰撞检测

在项目准备阶段，设置样板文件为中心共享文件，这样就确立了项目的基准原点。各专业在同一空间坐标下建模，各专业模型通过链接文件具有设计师所表达的相对空间位置关系，如图7所示。

图7链接结构模型后的风管模型

进行碰撞分析前，通过在Navisworks中进行漫游预览各专业模型之间的空间位置关系，再返回到Revit模型中查找由于基准标高引起明显的碰撞，并通过整体轴网和标高的调整，可大大减小碰撞分析的工作量，如图8。

图8Navisworks中各专业整合后的模型

为对碰撞结果进行调整和优化，将碰撞分析分专业、分区域进行。地下室共两层，可将碰撞分析工作分成两个检测区域。同时，检测过程中需将三个专业合并成一个Navisworks模型中去，进行两两专业之间的碰撞检测。在各专业间碰撞检测过程中，可通过设置碰撞类型调整碰撞模式。碰撞检测时，一般有两种类型：

(1)硬碰撞：当两个图元构建在三维空间中占用相同的位置时，即产生所谓的硬碰撞。

(2)软碰撞：当某些构建需要足够的外扩空间时，布置这些构建所需的空间就不仅仅是本身体积的大小。如安装和维护设备需要的空间以及特殊设备需要外延空间等。当外扩空间不够时就会造成软碰撞。

Navisworks软件同时实现了对于软碰撞和硬碰撞的检测功能，它可以通过自定义设置选项来满足规范和实际对构件规定的空间距离大小。通过不同的碰撞参数设置，共检测出不同专业模型间近120处碰撞，如挡土墙与管路的碰撞，结构梁板柱与水管的碰撞以及水管管件安装空间不足等碰撞问题。

3.1　结构与给排水系统碰撞检测

本项目检测的给排水系统主要包括消防喷淋系统、污水排水系统和循环供水系统。考虑多系统采用法兰连接，故将碰撞模式调整为软碰撞(即间隙碰撞)具体设置参数可视调整修改的系统不同，设置不同的碰撞间隙大小如图(9)所示。

图9结构与给排水系统碰撞检测参数设置

碰撞检测结果如图(10)所示，通过浏览每一个碰撞点预览碰撞发生的位置，同时可以对这些碰撞点进行备注以便后期的调整任务分工。通过检测不仅发现了穿墙管、穿梁管以及穿柱管等问题，同时检测出了水管在转角处空间距离过小等问题，说明初始设置的碰撞间隙是行之有效的。

图10结构与给排水系统碰撞检测结果

3.2　结构与暖通系统碰撞检测

地下停车库暖通系统的特点是供暖系统较少，通风系统较多。风管系统中带有较多的送风设备，所以在设置碰撞间隙时，需考虑风机的暗转和风管搭接空间。其碰撞间隙参数设置如图(11)所示。结构与暖通系统碰撞的最大优点，通过碰撞检测得到的图元ID地址可以搜索到碰撞发生结构构件，是便于结构工程师在结构墙、结构梁以及结构楼板中预留洞口。如图(12)所示。

图11结构与风管系统碰撞检测参数设置

图12结构与风管系统碰撞检测结果

3.3　暖通与给排水系统碰撞检测

本项目需要对地下室进行空间尽高进行优化，风管系统和给排水系统的构件布置较为复杂，调整工作量大如图(14)所示。初次碰撞检测可以碰撞间隙设置较小值，查找出尽可能多的碰撞点，如图(13)所示。根据每次调整的工作量设置碰撞间隙，逐步优化使得建筑空间得到充分利用。

图13给排水管件与风管系统碰撞检测参数设置

图14给排水管件与风管系统碰撞检测结果

4结论

(1)采用BIM模型设计，各专业技术人员面对的将不再是繁多复杂的二维CAD图形，而是通过三维模型来清晰了解建筑物的具体形态表达、各专业构件的空间定位关系等，使项目各参与方的认识达到高度统一，提高各方对项目的理解能力。

(2)Revit软件对硬件的要求较高。对于当前用于BIM系统的电脑主流配置来说，Revit软件的运行绘图速度远低于CAD软件。

(3)各专业模型接口问题复杂，建模耗时较长。Revit API二次开发还有待于工程设计人员和软件开发人员深入研究。

(4)由于Revit系列软件没有结合中国结构设计规范和相关制图规范，无法自动生成结构平法施工图。但Revit软件支持参数化驱动功能，其菜单栏中的标记注视族和项目中的构建是相关联的，故可通过自建共享参数族间接实现墙、梁、柱的平法施工图绘制。

参考文献

1Ibrahim M，Krawczyk R，Schipporeit G．A web-basedapproach to transferring architectural information to theconstruction site based on the BIM object concept．CAADRIA 2004 Conference,Seoul,South Korea,2004:1-10.

2曾旭东，谭洁．基于参数化智能技术的建筑信息模型．重庆大学学报，2006,29(6):107-110.

3Clive Robinson．Structural BIM:Disussion，casestudies and latest developments．Structural Design of Tall and Special Buildings，2007，16(4):16-18.

4高远，邓雪原．基于BIM的建筑MEP设计技术研究．土木建筑工程信息技术，2010，2(2):109-116.

5何关培．BIM和BIM相关软件．建筑工程信息与技术，2010，2(6):110-117.

6Autodesk Asia Pte．Ltd Autodesk Revit structure.上海：同济大学出版社.

7Autodesk Asia Pte ．Ltd Autodesk Revit 2012族.上海：同济大学出版社.

Collision Analysis and Research of a Commercial

Comprehensive Project Based on BIM

RONG Huajin,ZHANG Weilin

(Anhui Jianzhu University, Civil Engineering School, Anhui, Hefei, 230601)

Abstract:In this paper，the application of BIM in project design phase was reported. Using two kinds of BIM software, Revit and Navisworks to carry out work pattern and process exploring in a commercial comprehensive project, mainly built 3D models of structure, water supply and drainage, HVAC, meanwhile crash analysis of the two professional models was done. The results show that, design model based on BIM can effectively solve the space collision problem of professional models, thus design changes during construction process is reduced and manpower, and material, machine wasting etc. could be avoided.

Key words:Building Information Model； Collision Analysis； collaborative Design； Revit

中图分类号：TU411.01

文献标识码：A

文章编号：2095-8382(2015)02-082-06

DOI：10.11921/j.issn.2095-8382.20150218

作者简介：荣华金(1987-)，男，硕士研究生，主要研究方向为混凝土结构抗震理论。

基金项目：国家“十二五”科技支撑计划课题(2011BAJ03B04)

收稿日期：2015-03-01