BIM技术在公共建筑管线综合深化设计中的应用研究

■连云港职业技术学院 李正超 王会

江苏苏港工程有限公司 熊纪朋

机电安装工程从施工进场开始到水、暖、电联合试运行结束，贯穿整个施工过程，其重要性不言而喻[1]。随着人们对公共建筑功能、质量、空间、舒适等方面要求的逐渐提高，机电安装过程也变得愈加复杂。其复杂性主要体现在材料、工种及安装工艺方面，施工过程中需要各专业相互协调配合，且需要投入大量的资源。公共建筑的设备管线繁多且复杂，管线碰撞冲突与协调困难等问题时有发生，势必会造成返工与成本的增加[2]。而传统机电平面图纸更是让本就复杂的机电安装“雪上加霜”，施工单位拿到机电设计图需进行二次深化，否则无法直接施工。

近年来，在国家和市场的双重推动下，作为数字化核心技术，建筑信息模型（BIM）技术快速发展，为解决机电安装的复杂性问题带来了福音。对于施工方来说，施工技术人员通过运用BIM技术，提供准确的机电安装施工提供构件信息、定位尺寸和预留预埋等相关内容，从而进行管线碰撞分析及综合优化；通过三维信息模型进行施工模拟，避免管道和设备在运输和安装时遇到空间不足等问题，为工程实际施工安装提供参考依据，达到指导施工、降低成本的目的[3]。由此可见，BIM技术在公共建筑机电设备安装工程应用中具有十分广阔的前景。本文以某工程为例，研究BIM技术在公共建筑管线综合深化设计中的应用及其效果，以期为相关工程提供参考和借鉴。

项目概况及重难点分析

项目概况

该工程为综合性酒店项目，建筑总面积约为2.7万m2（地上2.1万m2、地下0.6万m2），建筑高23m，地上5层、地下1层。一层主要为餐饮、娱乐、会议场所，层高4.5m，2~5层主要为酒店客房，层高3.9m。

工程重难点分析

该项目为集餐饮、娱乐、会议、办公、住宿一体化的综合性酒店，功能需求多，空间要求高。项目涵盖给排水、消防、暖通、空调、电气、通讯系统等，管线类型十分复杂（表1）。在项目实施过程中，施工单位为施工总承包单位，机电的空调新风系统不在施工安装承包范围内，主体建筑机电安装工期为100天，工期紧、任务重。施工时涉及多专业和多工种立体交叉作业，工艺复杂、相互影响，沟通协调难度较大。

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项目应用基本流程

针对该项目机电安装施工的特点，我们受施工总包单位的委托，联合成立了BIM咨询团队，由高校BIM方向专业教师和企业项目技术负责人共同参与，展开项目应用并制定详细的BIM实施方案。

软件选择

利用BIM可视化和参数化特性，选择合适的软件，建立三维模型，完成模型的深化设计，利用模拟化特性，指导现场施工（表2）。

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BIM实施方案

在对项目详细分析的基础上，选择合适的软件，根据规范制定相关实施流程和标准，完成该工程的机电深化设计及施工安装。主要包括以下工作内容：一是制定土建深化设计、机电深化设计BIM实施流程；二是制定统一的BIM模型制图规则，如模型单元命名、颜色设置、模型的几何信息表达和属性信息表达、交付深度等；三是各专业协同建模，图纸核查，问题反馈；四是碰撞检查，模型优化；五是管线综合优化（机电深化设计和综合优化）。

管线综合深化设计应用与价值

制定深化设计流程

参照《建筑信息模型施工应用标准》（GB/T 51235-2017），制定了土建和机电的BIM应用实施流程（图1、图2）。

图1 土建任务流程图

图2 机电任务流程图

制定BIM实施标准

BIM实施标准主要分为两大类：一是项目模型标准，如项目命名、项目定位（项目基点、标高、轴网）、单位、标注等，需要先制作一个统一的模板，作为各专业模型建模的模板；二是各专业建模标准，如构件分类、命名（族及族类型）、机电系统划分及颜色管理（图3）等。

图3 机电过滤器设置

根据深化设计要求，模型精度应达到LOD350，由于工作量、时间以及任务分工影响的关系，此次设计模型精度在LOD300—LOD350之间。

各专业协同建模

协同建模时，需要注意以下两个方面：一是广义的协同，即做好甲方、设计以及施工现场各专业人员的信息沟通；二是狭义的协同，即做好各专业模型之间的联系。广义的协同通过总包单位施工技术负责人来主导沟通联系，狭义的协同通过各模型直接相互链接实现。

在建模的过程中，还需要注意的是：建模的过程是一个由粗到细、由简到精的过程，尤其是对于机电专业来说，初学者或者新手往往想做到一步到位，一次把所有构件都创建出来，碰撞全部调完，这样做往往会适得其反，不但调整不好，反而会大大增加自己的返工量。

正确的建模方式，应该分主次分批建立，对建筑物起重要影响作用的构件先创建，次要的部分以后再逐步完善。以给排水专业为例，各类管道系统，如消防系统，在创建喷淋和消防栓管道时，应优先考虑可能影响建筑物空间要求的主管径管道，其支管（管径小于65）管件可先忽略，待机电管线空间排布满足要求后，再将其补充完整。

具体而言，模型搭建需满足以下几方面要求：一是模型搭建需要根据图纸、说明、系统图确定位置、标高；二是要根据图纸系统来命名、缩写等；三是标高要根据本层标高来上下偏移；四是管道附件信息要根据图例来添加；五是桥架需要添加过滤器，颜色根据标准来定；六是桥架的管件需要与桥架命名一致；七是问题报告严格对照图纸与模型来查找问题报告。

错误反馈

模型是依据平面图纸创建出来的，但是各专业之间由于缺乏充分沟通，在设计过程中很难发现平面图纸上的问题，这些问题可能对本专业影响不大，但却会影响其他专业。这就体现协同的重要性，通过协同建模发现一些典型错误性和隐蔽性问题。

比如，在屋顶楼层3—6轴交C—D轴排烟机房处，暖通管道与建筑发生碰撞，没有空间布置暖通，且此处的门与屋顶斜梁发生碰撞，需要与设计人员沟通，确定修改房间布局尺寸（图4、图5）。

图4 建筑、暖通平面图

图5 三维模型

在地下室7—9轴交E—G轴处走廊处，风管有4种（最大风管高度500）、水管7种、桥架2种，管线密集复杂，管底净高1.9m，不符合净高要求（图6、图7）。

图6 剖面图

图7 三维模型

碰撞检查

碰撞检查主要有两个目的：一是检查各专业（建、结、水、暖、电）之间是否有结构性设计错误碰撞，是否满足规范要求，如空间要求、净距要求等；二是管线综合排布前的总体碰撞检查（图8）。

图8 碰撞报告

管线综合

管线综合原则

管线综合排布，应满足以下原则要求：一是保证使用功能。不同专业管线间距离，尽量满足现场施工规范要求，在保证系统安全使用功能的前提下，尽可能提高室内外净空高度；二是主干管线集中布置。系统主干管原则上应布置在公共区域，尽量不布置在户内（图纸有特殊要求除外）；三是方便施工。充分考虑和土建的交叉作业施工以及安装工序和条件，机电设备、管线对安装空间的要求，合理性确定管线的位置和距离；四是方便系统调试、检测、维修。充分考虑系统操作、调试、检测、维修各方面对空间的要求；五是美观。机电综合充分考虑各明装机电系统安装后外观整齐有序、间距均匀；六是结构安全。机电管线穿越结构构件，其预留洞口或套管的位置、大小需保证结构安全[4]-[6]。管线综合布线相关要求见表3。

表3 管线综合原则

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综合排布注意事项

管线综合排布，还应注意以下事项：一是向下风口处和侧风口处不能排布管线；二是管线避让尽量利用梁窝；三是预留风管与水管的保温空间；四是各专业在同一处水平方向布置时，桥架、水管、风管，若空间可满足水平排开尽量满足水平排布，排布尽量使水管排布在一起，桥架排布在一起，考虑综合支吊架。若水平无法排开，考虑桥架排布在上层，水管视情况排布在桥架下方，尽量与风管齐平，在做水管吊架位置上层管线需留出吊架空间，以满足水管安装；五是强电桥架与弱电线槽之间留有一定间距，以免相互干扰，有条件时可布置在走廊两侧，如无条件两者间距一般≥300mm（避免电磁场效应），桥架若需翻弯避让，弱电桥架避让强电；六是风管、排烟管宽度≥1200mm时，应在下方考虑150mm喷淋头安装空间；七是综合过程中如果因无法满足净高，需要对风管系统深化设计，通常进行压扁处理，不同项目对风管中风速和流量要求不同，进行压扁处理时要保证风管的风速和流量，宽高比最大为4[7]-[8]。

综合排布实例

14—15轴为会议区主走廊，图9为综合排布前根据图纸建模而成，图10为根据排布原则和注意事项最终安装图，其主要调整包括：将空调的方向由平行于走廊方向改为垂直于走廊方向，空调出风口和回风口做成两道长条通风口；排烟风管贴主梁底排布，局部地方走向做了调整以满足净高要求。综合排布调整完成后净高达到3.5m（图11）。

图9 综合排布前

图10 综合排布后

图11 走廊剖面图

工程量统计

通过完成机电管线综合排布，得到机电深化设计模型，利用模型参数信息化的特性，可以统计出管线的材质、用量等工程量信息，得到工程量清单，以此作为工程造价的参考依据（图12）。

图12 工程量统计

施工深化出图

管综深化设计模型完成并校审无误后，可出机电深化设计施工图纸。深化设计图纸是施工单位最终的按图施工图纸，可以帮助施工单位更好把控机电安装中的重难点任务，尤其是三维图纸，可以更加直观地呈现出设计排布意图，帮助施工技术人员进行施工交底（图13、图14）。

图13 一层深化设计三维图

图14 标准层深化设计剖面图

管线综合应用价值

在项目实施过程中，管线综合应用的价值主要体现在以下几个方面：在BIM模型搭建及图纸审核过程中，提前发现项目中的“错、漏、碰、缺”100多处，及时记录并反馈图纸问题。减少返工，缩短工期；将变更及时在模型中更新，审查变更是否会引起其他需要协调碰撞的问题并进行跟踪，有效地控制了变更；对各专业模型进行碰撞检查，发现1000多处碰撞点，形成碰撞报告，并根据碰撞报告调整更新模型，对管线进行综合排布，合理优化；对工程机电管线进行深化设计，出具施工深化设计图，进行三维可视化交底，帮助工人理解图纸及工艺。

结论

本文以某工程为例，就BIM技术在公共建筑管线综合深化设计中的应用及其效果展开了研究。根据规范制定了机电深化设计BIM实施流程及统一的BIM模型制图规则，开展了各专业协同建模、图纸核查、问题反馈与碰撞检查，进行了管线综合优化和模型数据信息提取，生成了施工深化设计模型及相关图纸。通过研究发现：BIM技术在公共建筑管线综合深化设计中具有广阔的应用前景，有利于实现指导现场施工、提高效率、缩短工期、降低成本、提升质量等目标。