大型机电复杂空间产业园项目中的共享坐标与管线深化BIM 应用

程鹏飞 余括 杨立 袁波宏 张雄 张雷 杨沛豪

（1.中交一公局集团有限公司，西安 710000；2.中国建筑西北设计研究院有限公司，西安 710000）

引言

现阶段的建筑BIM 技术应用多为单纯的基于CAD图纸进行翻模，没有将BIM 技术在现场进行落地化综合应用。产业园项目传统的二维设计单纯依靠人脑描绘设计图纸，此方式在大型机电复杂空间产业园项目中显得力不从心。为了在该类工程中充分利用建筑空间进行机电管线设备的合理布局与排布[1]，同时对节点进行综合深化设计。本文从共享坐标协同和机电管线深化两个方面梳理了大型机电复杂空间产业园项目的BIM 应用方法。

本文选择了西安市航天基地工业研发楼及科研办公综合体作为代表项目，其总建筑面积28 万㎡，由5 栋高层和6 栋多层建筑构成，最高建筑98.55m，是具有机电复杂空间的大型产业园。项目整体展示如图1 所示。

图1 项目整体展示

1 基于共享坐标的全专业协同

共享坐标全专业协同是大型机电复杂空间产业园项目的重点和难点。其基本内容包括：首先，在BIM软件中导入项目总图图纸，并在特定的已知坐标点，通过BIM 软件中在点上指定坐标功能指定已知点的坐标、高程，完成初步场地BIM 模型的创建；其次，依次链接各BIM 模型，并分别移动至正确的坐标位置及高程；接下来利用BIM 软件中发布坐标功能依次发布各单体坐标、高程到其单体BIM 模型，最终使所有单体BIM 模型获得场地BIM 模型的坐标及高程，后续各单体BIM 模型与场地BIM 模型间均可通过共享坐标的方式进行相互链接协同工作。

1.1 基于BIM 技术的协同方式比选

本研究采用Autodesk Revit 平台，其主要的协同方式为工作集和文件链接，通过对这两种协同方式进行比选，如表1 所示。最终确定利用共享坐标的方式进行相互链接协同工作。

利用Revit 软件创建BIM 模型过程中以往项目由于单体较规整，通常采用原点对齐的方式链接模型。

本项目1#方位与水平方向存在斜交的情况如图2所示。

图2 群体项目方位及±0 布置图

如按照常规原点对齐的方式链接模型从始至终，模型都将会与X 轴有一个“不离不弃”的斜交夹角，建模过程非常困难，视图查看非常方便，甚至局部三维模型无法剖切，主要原因是切面与构件截面不平行。极大的降低了项目BIM 建模的周期[2]。

因此本项目多模型协作采用“共享坐标”的方式，则可以将每个单栋的轴网“摆正”。水平轴和竖向轴分别与BIM 建模软件的X、Y 方向平行，解决了建模过程斜交的问题。

而在最后链接模型时，可按照基准协调每个链接模型，依旧是“一个萝卜一个坑”，定位不会出现任何问题。更为重要的是，大型产业园项目往往地上单体较多，且每栋楼±0.000 标高的绝对高程各不相同，这时用共享坐标的优势就在于各单体按照各自的轴网，标高系统建模，最终整合在一起互不影响。

1.2 群体项目模型协同技术路线

大型产业园项目由于单体较多，且各单体正负0标高、单体方位各不一致，BIM 模型又由不同的BIM设计师进行创建。因此群体项目模型协同技术可使各BIM 设计师按照各自负责的单体轴网、标高、建筑方位进行各自的BIM 模型创建，相互各不影响，不需要考虑各单体之间的标高与位置关系，极大的方便了群体项目BIM 模型的创建。后期只需要利用群体项目模型协同技术就可以将各单体按照实际项目进行整合。

其具体技术路线为：首先，需要在Revit 中建立基于场地CAD 平面布置图的场地模型文件，其只需要链接总图即可不需要建模；然后，通过“在点上指定坐标”的功能设置场地文件的坐标信息、高程信息再分别链接其他单体的Revit 模型；然后，移动单体BIM 模型到对应的位置及高程；最后，将场地文件的坐标通过发布功能至其他单体，保证所有单体文件在场地文件的坐标系内，完成群体项目通过共享坐标链接定位。多模型协同工作流程如图3 所示。

图3 多模型协同工作流程

2 基于BIM 技术的机电管线深化设计

大型产业园地下室空间复杂，标高变化较多，梁高度对管线排布后净空至关重要。

首先，基于可视化编程软件Dynamo 在BIM 软件中快速生成各房间名称，方便后期管线排布；其次，利用可视化编程软件对不同的梁高度范围进行不同颜色显示；最后，对梁下净空进行快速标注，通过以上步骤为机电管线深化设计提供了有力的参考，后期机电管综排布可利用以上数据对净空不满足区域进行重点排布。基于可视化编程的净空分析如图4 所示。

图4 基于可视化编程的净空分析

同时项目初期应用可视化编程软件进行梁下净空分析时，明显发现多处净空不满足区域，通过快速识别不满足净空要求的梁高度并及时反馈设计，实现了在设计阶段问题的闭环，施工阶段应用BIM 技术对机电管线进行深化设计，在满足设计要求、施工操作检修空间、建筑使用功能的综合前提下有效避免了机电管线、设备间的冲突，并通过BIM 技术进行了深化设计出图，辅助现场进行机电管线等的预制加工[3,4]，保证了工程施工质量，提升了工程BIM 应用的信息化水平。机电深化设计流程如图5 所示。

图5 机电深化设计流程

2.1 快速创建房间名称技术路线

本项目在BIM 的实践应用中，后期需要借助Revit出图纸[5-7],但利用Revit 出图往往工作量巨大，需要耗费大量时间。同时基于BIM 技术进行管线综合过程中，需要明确各区域房间的功能，从而确定各房间管线排布后的净空高度。通常情况下管线排布人员需要同时对着图纸和模型，或者手动创建房间名称文字，本项目建筑房间功能较多，手动创建房间名称文字费时费力。因此，本项目探索了基于可视化编程软件Dynamo的房间文字快速生成方法，该方法除了可以应用在房间标注上外，同样也可以应用于其他类似场景，如车位编号标注、楼板编号标注等，同样可以辅助出图提高效率，其他项目也可以重复使用。

此方法首先为解决如何创建房间名称，利用Revit软件中的模型文字功能；其次解决如何利用Dynamo创建模型文字，这时利用BIM 软件中的常规模型族关联参数。快速创建房间名称整体流程如图6 所示。

图6 快速创建房间名称整体流程

其具体技术路线为：首先需要创建三维模型文字族，设置好文字内容、深度、文字大小、材质等参数，在需要标记的房间中放置文字族，并修改其参数与房间名对应；接着利用Categories、All Elements of Category 两个节点筛选出模型中所有房间，然后利用Room.Location、Room.Name 两个节点分别获取房间的位置和名称；最后利用Elerment.SetParameterByName节点设置文字常规模型关联的参数“Nane+”，其中的Value 便是获取的房间名称。快速创建房间名称详细流程如图7 所示，快速创建房间名称后效果如图8 所示。

图7 快速创建房间名称详细流程

图8 快速创建房间名称效果

2.2 快速梁高范围着色

本项目地下室标高及上部荷载变化复杂，结构设计需要根据荷载分布进行梁高布置，导致地下室同一区域梁高变化频繁且梁高变化较大。为了根据需求快速过滤不同梁高尺寸范围，从而直观地分析净空紧张区域为后续机电管线排布提供基础数据。

大型产业园梁高范围的快速着色可根据BIM 设计师需求设置需要着色梁高范围及颜色，使BIM 设计师能够一目了然地找到梁高较大的构件，从而分析出不满足净空要求的梁高区域，反馈设计进行结构优化设计。

首先打开建筑、结构模型，利用Revit 过滤器功能创建梁构件过滤器，需要将梁高度类型参数命名为h,对异性托梁需要将截面尺寸大的值设置为h；其次，在可视化编程软件Dynamo 中通过两个参数将梁高度分为三个区间0-X、X-Y、Y-∞，其对应的梁高区间进行着色绿色、黄色、红色。快速梁高范围着色技术路线及详细流程如图9 所示。快速梁高范围着色后效果如图10 所示。

图9 快速梁高范围着色详细流程

图10 快速梁高范围着色后效果

2.3 快速生成梁下净空标注

传统项目梁板标高变化较单一，都是基于在Revit软件中逐个创建剖面，或看图纸用人眼的方式寻找净空最不利点，而大型产业园面积大，梁板标高变化复杂，传统方式工作量繁杂，且容易出错。因此首先基于可视化编程软件Dynamo 一键生成梁下净高标注，其次基于区域范围内的梁下净空进行管线排布，最终根据管线排布结果创建净高分析图，此方法能一目了然地找到最不利点，极大地提高了工作效率，避免了人的因素造成的错漏碰缺。快速生成梁下净空标注逻辑、程序及效果如图11～13 所示。

图11 快速生成梁下净空标注逻辑

图12 快速生成梁下净空标注程序

图13 快速生成梁下净空标注后效果

2.4 BIM 技术管线综合方法补充

采用BIM 技术进行管线综合排布方法如下：

（1）大型产业园BIM 管线综合过程中需要以下两种特殊情况管线排布方法。

首先，当各专业管道不存在大面积重叠时(如汽车库等)：水管和桥架布置在上层，风管布置在下层；如果同时有重力水管道，则风管布置在最上层，水管和桥架布置在下层，同时考虑重力水管道出户高度,必须保证能够接入市政室外井；

其次，当各专业管道存在大面积重叠时(如走道、核心筒等)，由于并排管线较多会遮挡风口，故由上到下各专业管线布置顺序为：不需要开设风口的通风管道、桥架、水管、需要开设风口的通风管道；

（2）管线排布过程中发现，建筑防火卷帘随意布置，导致防火卷帘未布置在结构梁正下方，发现此问题反馈建筑专业后，其要求结构专业在防火卷帘上方结构挂板，保证卷帘安装，但此时结构工程已施工完成，无法满足设置挂板的要求，此问题建筑设计非常容易忽视，因此会带来可避免的设计变更，影响工程质量，后期类似产业园项目前期设计过程中应保证防火卷帘应布置在结构梁正下方，方可保证卷帘的正常安装。防火卷帘与结构梁斜交优化设计分析如图14所示;

图14 防火卷帘与结构梁斜交优化设计分析

（3）由于二维设计过程中，各专业缺少专业间协同，管线排布过程中应核查有无结构梁穿越风井、电井的情况。管线综合过程需要密切关注防火卷帘门的安装高度和安装空间尺寸，是否有穿越卷帘门的管道，核查标高是否满足要求，核查机电管线是否影响卷帘门电机及卷轴的安装空间。

如有管线穿越防火卷帘应首先与设计师沟通防火卷帘是否可穿越，其次核查卷帘箱顶部是否有可穿越空间。如以上情况都无法实现，需要根据BIM 管线综合情况，合理改变穿越防火卷帘的相关管线路由，并同时征得设计师同意。

通过与设计师密切沟通制定了管道联合支架的方案，这样与传统的各种不同管道单独制作管道支吊架相比，既节省了机电辅助材料用量，又使管道布置整齐美观。通过机电深化设计，为其他机电专业预留足够的安装空间。本项目机电管线排布后整体效果如图15 所示。

图15 机电管线排布后整体效果

3 总结与展望

本文基于可视化编程软件Dynamo 形成了快速生成房间名称三维文字，并对不同梁高度范围进行着色，实现了对每根梁下净空的识别与快速标注极大地方便了本项目复杂的机电管线综合。实践表明了本技术路线能够有效提升管线综合的效率[8-10]，基于应用实践，本文也对大型产业园项目机电管线综合重难点进行了总结，能够为后续更多产业园项目BIM 应用提供参考借鉴。