BIM技术在综合管线碰撞检测中的应用分析

贾志琴，刘吉敏，史会

（1.安徽理工大学土木建筑学院，安徽 淮南 232001；2.江西有色建设集团有限公司，江西 南昌 330038）

1 引言

工程项目建设施工中，管线综合安装因涉及的专业多、信息量大等原因成为了施工较复杂的分项工程。管线安装往往是在狭小的空间环境中进行的，因此在满足各专业对管线合理布局的同时，还需要有一定的工作面和合理的空间布局。需要在有限的空间内合理安排管线与结构、管线与建筑、管线与管线之间的空间位置和碰撞关系[1～2]。传统的管线综合设计，由于受限于二维表达方式，在多专业沟通协调、统筹安排管线的空间布局、设计与施工的有效衔接等方面都存在一定的问题，导致施工返工、工期延期、费用增加，甚至不能有效保证工程质量。而以三维虚拟现实建模为基础的BIM技术，可以帮助建筑、结构、暖通设备等各专业设计师实现无障碍信息交流，项目的设计、施工、运维等各参与方也可以在整个项目生命期内协同工作，共同处理冲突问题。因此，BIM技术在管线综合安装和碰撞检测中得到了越来越多的应用。

上海中心大厦给排水工程，采用项目分割的方式按楼层分割、功能分区后通过插入链接模型拼接建模，实现了给排水、暖通、电气工作集的协同工作，由Revit MEP功能完成碰撞检查并对后期的维护和管理提供详细信息[3]。兰州地铁1号线某换乘车站工程，采用建筑、结构、暖通、给排水、电气等分专业建模的方式，由Navisworks软件实现了不同专业模型的初步碰撞检查，并发现了400余处的碰撞问题[4]。此外，呼和浩特市轨道交通1、2号线一期工程、深圳地铁9号线人民南站地铁工程等都采用了基于BIM技术的综合管线安装碰撞，取得了良好的应用效果[5～6]。

2 基于BIM技术的管线碰撞检测与研究方法

碰撞检测是用于判定一对或多对物体在给定时间内的同一时刻是否占有相同区域。其根本任务是确定两个或者多个物体之间是否发生重合或交叉[1]。综合管线的碰撞类型主要包括硬碰撞、软碰撞和重复项碰撞。硬碰撞就是两对象有交集。在二维图纸绘制的时候，两个专业如果没有提前进行商量，各自根据建筑结构绘制管线，就容易在同一高度绘制管线，造成管线交叉，即便进行了沟通，但由于各专业不熟悉别的专业内容，也容易产生硬碰撞。例如排布给水管和排风管道时，在不同高度绘制，两管道的尺寸没有把握住，也容易造成给排水管镶嵌到排风管，造成硬碰撞。软碰撞就是两对象没有触碰到，但其距离小于规定间距，就认为其发生了碰撞。这是由于在排布管线的时候需要考虑以后检修的问题，必须要预留一定的空间，方便后期管线维护。对于不同的管径、管材、管道系统预留间隙有所不同。重复项碰撞就是两实体发生了重叠，这是由于基于二维视图绘制三维立体模型，由于疏忽会重复布置构件，例如在绘制各个楼层管道时，参照标高的错误选择，容易产生管道的重复绘制，从而造成工程量的重复计算。在工程设计中，由于不合规的设计，施工过程需要返工，从而造成劳动力资源和材料的浪费。基于BIM技术的碰撞检测很好地解决了这个问题，挽回了很多经济损失。例如上海轨道交通工程的17号线单碰撞检查方面就为工程节约467万元[7]。在金虹桥国际中心项目中，碰撞检查为项目挽回了30万元～60万元的成本损失[8]。上海市虹桥枢纽工程，单管线碰撞就为工程挽回了500万元损失[9]。

目前国内基于BIM的综合管线碰撞检测方面的研究方法主要有两类。一类是直接借助BIM技术引入三维综合管线的设计过程，通过具体的工程案例分析查找并得出管线碰撞检查结论，为施工、运维阶段的工程应用提出优化设计和合理化建议；另一类是从计算机和软件算法的应用角度出发，采用多种多样的碰撞检测算法优化管线设计。从算法的本质及空间角度来看，碰撞检测算法大致可以分为基于物体空间和基于图像空间的碰撞检测算法[9]。而基于BIM技术的综合管线碰撞检测方法主要有基于Revit的碰撞检测、基于Navisworks的碰撞检测以及基于Luban Works的碰撞检测等[2]。在现阶段的BIM管线综合碰撞设计中，主要采用第一种方法。

3 工程背景

本工程为贵溪某经济产业园配套服务酒店，建设地点为江西省贵溪县江西拓航物流园内。建筑总面积20003.96m2，建筑高度23.85m。包括运营服务中心和企业服务配套用房，运营服务中心面积11015.83m2，企业服务配套用房面积8988.13m2，主要用于办公室、会议室、演讲厅、客房及相关设施。

该工程项目有如下特点：

①二维图纸设计深度不够，业主和运营等部门的功能调整需求大；

②交叉作业多，穿插施工较多，包括房屋、动力照明、电梯、给排水、暖通、电气等多系统工程；

③建筑内管线种类多，要提前模拟，进行三维碰撞检查，为方案优化提供依据。

因此，需要引入BIM技术开展管线碰撞检测，对项目进行提前预测、规划，使资源的利用率达到最优。

4 BIM技术在本工程中的应用

4.1 项目创建

本工程的二维图纸已经设计完成，首先熟悉CAD图纸，通过Revit分专业建模，创建一个新的MEP项目，将建筑模型链接到Revit中，读取标高、轴网和墙等信息。同理，将结构模型也链接进来。由此得到贵溪项目运营服务中心的BIM建筑结构模型，如图1所示。

图1 运营服务中心BIM建筑结构模型

4.2 管道铺设

以给排水管道为例，首先在项目浏览器的族中建立各个管道的系统，在“类型属性中”设置管道的类型名称（如消防管道、喷淋管道、污水管道）、材质、连接类型信息等，通过这些信息能够生成设备材料列表，为后续材料采购提供依据。在基本信息设置后，将给排水管线CAD链接到MEP项目文件中进行三维模型创建，在绘制管道时，为了避免其他专业管道干扰，可以通过设置过滤器，隐藏其他管道，只显示绘制的管道类型。在平面视图中进行管线绘制，选择所需的管道类型，设置管道系统，输入管道高度，便得到了具有参数的三维立体管段。

由于同一平面管线种类众多，看起来比较混乱，为不同类型管道设置不同颜色，且颜色不重复，每种颜色代表一种管道。将各专业管线水平位置排列好，当各个管道有交叉时，以“小管让大管、低压让高压、有压让无压，冷凝水让热水”为原则进行优化[10]，污排及雨排等重力排水管不上翻，其他管线避让重力管线。

在三维模型的创建过程中，简单检查建筑、结构与管线之间较为明显的设计错误，但各个专业之间隐藏的细节错误还需要基于其他BIM软件进行详细分析。

4.3 利用Navisworks软件进行碰撞检查

由于Navisworks软件可以管理、整合，模拟工程信息，在设计协调、碰撞检测、施工仿真等方面较为优秀，可以接受多种模型文件格式，能够与Revit软件有效传递数据。还能够管理发现模型碰撞，识别结构和管道的碰撞以及管道之间的碰撞。因此，本工程中使用Navis⁃works软件进行碰撞检测。将建筑、结构、机电模型在Revit中进行整合。导入Navisworks软件中，利用Clash De⁃tective的功能，点击“添加检测”，在选择A、B中选择所需要碰撞的对象，即选择硬碰撞，运行检测。

碰撞结果中各管道和构件发生碰撞后将显示红色圆圈，点击碰撞点，便可以迅速找到放大的具有良好视图的三维冲突构件，然后以HTML文件格式输出报告，其包含了碰撞的距离、状态、碰撞点的网格位置及图层和项目类别等详细的信息，极大地方便了工作人员查阅和存档。

经过碰撞分析，总共发现硬碰撞点1393处，其中一层279个，二层553个，三层343个，四层218个。这些冲突中有一部分是由于绘图过程中操作错误产生的碰撞，而不是二维图纸设计产生的错误。结合碰撞报告，首先排除这一系列无效碰撞，对管道与管道，管道与建筑，管道与结构产生的有效碰撞进行分析调整。碰撞示意图如图2、图3和图5所示。

图2 喷淋管与排风管碰撞点示意图

图3 冷给水管与喷淋管道碰撞点示意图

图4 调整后管道示意图

图5 管道与结构梁碰撞示意图

图2是酒店一层D列18～19轴之间，给排水系统的喷淋管道与暖通系统的矩形排风管道发生了接触，喷淋管道底部镶嵌到了排风管道顶部。图3为酒店二层G列4～5轴之间，DN32冷给水管和DN50喷淋管道相交，设计发生了错误，不符合要求。

针对图2和图3的碰撞，在Revit中输入该碰撞点的ID号，找到碰撞点，将图2的喷淋管道上翻，将图3的冷给水管上翻，避开这几处的碰撞。管道调整如图4所示。

图5为酒店二层G列13～14轴之间，给排水系统的喷淋管道和冷给水管道与结构梁发生了刺穿。这是由于给排水设计师与结构设计师没有进行提前沟通导致。修改此处碰撞时要考虑吊顶标高，在满足吊顶标高的最低要求下，避开与结构梁的碰撞。此处的修改意见是将喷淋管道降至3100mm布置，冷给水管道降至3200mm布置。

经过管线调整，方案优化，碰撞率显著降低。通过BIM技术对项目建筑、结构、机电等不同专业和单专业之间的碰撞，全面高效地找到了碰撞点，为施工的正常进行提供了保障。

5 结论

该项目通过BIM技术的应用，提前发现了工程管线的碰撞问题，利用碰撞报告，优化管线模型，指导实际工程，通过将各专业信息的整合，各参与方之间的沟通效率得到提高，从而使工作效率得到了很大的提升，施工成本得以降低，为后续工程变更提供了依据，大大提高了建筑行业的生产力。