BIM在给水排水消防设计中的应用

✎导读

  从20世纪60年代，CAD开始进入到设计领域，大大提高了设计人员的工作效率。目前，在CAD的基础上出现了天正建筑、湘源控规等软件，都为设计工作带来了更多的方便快捷。然而，这些软件都是在二维空间中设计，具有较大的局限性，与手绘图纸一样避免不了因为协调而造成的错误和浪费。由二维图纸转化为三维实体时，尤其对于设备专业而言，各专业管道错综复杂，更凸显了三维制图在建筑设计中的重要作用。

      BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，它改变了设计成果交付内容，提高了设计效率。BIM三维设计的发展是一项巨大的突破，实现了更全面、更高效设计与制图的目标。它具有可视化，协调性，优化性，模拟性和可出图性五大特点，通过建筑模型的建立，可以反映建筑物所具有的真实信息。

      目前BIM软件种类繁多，核心建模软件主要有以下几种：①民用建筑设计常用的Autodesk Revit；②工厂设计和基础设施常用的Bentley；③项目完全异性、预算比较充裕时常选择的Digital Project或CATIA；④建筑给排水中主要使用的Autodesk Revit。

BIM在给排水消防工程中的应用

1、可视化设计

       BIM的三维视图在给排水消防管道设计中最大的优点是可视化，设计人员可以从不同角度看到不同剖面。用传统二维的图纸表达三维的建筑，必然要将本来完整的图纸分割成平、立、剖等多个不同侧面，引入大量重复信息，效率低下，方案比选和管道碰撞检查也变得复杂抽象。

       BIM的三维可视化特点使设计人员不再局限于平面图、立体图和剖面图的想象，而是可以任意角度地观察、绘制和修改模型，使整个设计过程更加明了直接，最大程度减少传递信息过程中的失真情况，有效确保信息的有效性与完整性。此外，设备专业主要是在建筑和结构的基础上进行设计，会随着建筑结构的修改而修改，故借助BIM绘图技术可使修改工作更加简单，操作性强。

       目前我国已有不少大型项目使用BIM技术的案例，例如2008 年北京奥运会奥运村空间规划及物资管理信息系统、南水北调工程以及香港地铁、上海迪士尼奇幻童话城堡等项目。

       奇幻童话城堡（图1）是上海迪士尼乐园的标志性建筑，位于梦幻乐园的中心地块。该项目空间不大，机电各专业系统错综复杂，较传统设计增加了许多新的系统，如水专业的水景管线、暖通专业的压缩空气以及电气专业满足娱乐设备的配电桥架，这就使得传统的二维绘图方式无法满足该项目的要求。因此尝试基于revit平台的BIM 技术的应用，为图纸绘制、管线综合、碰撞检测及施工指导提供新的途径。可有效减少工程造价、节约建设成本，提前实现以运营管理为导向的理念，提供运营管理需要的有效信息，打造乐园独特魅力。

图1 奇幻童话城堡地下室模型

2、参数化设计

      在BIM绘图中，所有设备构件及管件等都可以精准设计，设计人员要合理安排摆放设备，确定管道走向，管径大小，管道材质及管道连接方式等。对于BIM模型而言，有效利用参数化特性可以提高画图效率，如明细表、三维视图、二维视图等可都在建筑模型中表现出信息的形式，如果修改模型的参数化，BIM模型可以对平面、明细表、模型视图等不同的位置的设计进行修改，并且及时地更新修改后的信息。

      此外，通常我们在进行给排水工程材料表编制的工作中，基本都是按照图纸进行测量和统计，这种做法不仅效率低，而且易出现错误，一旦对图纸进行了修改，要重新统计将会变得非常复杂。而利用BIM本身是一个数据库的特点，可以随时取到真实可靠的材料表清单，进行工程的成本预算等工作。

     参数化设计主要包括项目参数和共享参数，是指机电各专业内部的参数，如给排水专业设备明细表中需统计的设备族参数、标准图框的信息栏对应的项目参数、以及机电图纸标注所需的共享参数等。共享参数只需制定一次即可一劳永逸。这项工作一般由机电各专业负责人完成，以保障参数的统一性。

      构建参数化可以为设计思考和创意提供一个开放的图形式系统。参数化构建不需要编程语言或代码便可用于错综复杂的建筑设备及管道系统的装备。重庆某商贸物流项目运用BIM技术采用参数化设计对施工图进行检测校对，如图2所示可以清晰明了地记录给排水消防系统的空间结构，以及构件和设备的几何信息。

图2 某商贸中给水排水消防系统BIM模型

3、协同设计

     协同设计是指一个完整的组织机构共同来完成一个项目。建筑、结构、给排水、暖通、电气的信息和文档均从创建时起就放置到一个共享平台上，供项目组所有成员查看和使用，从而实现设计流程上下游专业间的“提资”。

     通常在CAD平台工作时，无法加载其他的数据信息，尤其是在进行给排水工程设计时，需要结合建筑结构资料，较为复杂，各个专业难以协同化工作，影响工作效率，增加了非必要的工作量。而在BIM模式下，所有的数据信息都会在建筑信息模型库中汇总，各专业可随时改动并通知其他专业，其他专业重新链接一下即可完成底图替换工作。如给排水中水泵的质量以及尺寸等，其他专业也可以随时进行查阅；给排水专业的水泵相关数据信息进行修改后，电气专业的符号也会随之做出改变。所有专业的工作都会根据这个建筑信息模型来开展，不仅可以简化工作模式，还能增强工作的协同性。BIM提供给项目参与方三维信息共享平台，增强互动的有效性。

      传统方式中，非专业人员想更全面了解设计理念是十分困难的，这就造成了实际存在的信息断层。三维的BIM模型表达形式更直观易懂，连接了传统模式上分散的设计成果，降低了非专业人士对项目的理解难度，提升了不同专业、不同参与方对项目的协同能力，同时提高了设计精度。

4、管线综合

      在二维CAD绘图过程中，各个专业在各自的图上绘制，互相之间缺乏了解沟通，很可能在项目完成时发现管线碰撞、穿梁等问题，调整起来很繁琐，影响工作质量。机电安装过程中最容易造成经济损失的便是返工，造成工期、经济损失。越大规模的项目，设备管线越多，越错综复杂，碰撞冲突的可能性越大。

      而在BIM模式下，三维直观的管道系统反映的是空间状态，直观地呈现出管线综合之后的净空高度，设计师既可以在绘图过程中直观观察到碰撞冲突，又可在绘图后期利用软件进行碰撞检查，检测内容及时反馈给各专业设计人员以进行调整和修改。对项目进行管线综合的工作，对于后期施工也有很大的帮助。以前在二维图中很难发现设计失误，导致后续施工出现问题，整修既费时又费力，而在BIM三维视图中进行管线综合设计可大大提高项目可靠性。

      BIM给建筑施工企业带来的不仅是一个高效的工具，更多的是提供一种建筑施工的全新理念。通过BIM技术，能够为各专业的安装和施工提供准确的构件信息和定位尺寸等数据，最终达到指导施工、检验施工和降低施工成本的目的。以下是某塑料厂模型碰撞分析对比图，通过图3、图4，可以看出在BIM平台中的设计能够智能检测出全部碰撞，便于设计人员修改，提高施工质量。

图3 冲突报告检测内容

图4 综合管线碰撞示意图

BIM运用中的问题及解决方法

BIM在工程设计中已占据越来越重要的地位，然而在给排水消防设计中依然存在一定的问题，具体如下：

1）目前BIM设计未形成统一的给排水设计标准，未能统一导致不同设计人员设计差异颇大，对整体设计行业影响不好。政府和行业应整体推进推广BIM 应用工作，积极参与BIM 标准的制定，完善建筑业行业体制、规范。

2）Revit的绘图方式建立在“族”的调用及其参数设置上，然而BIM设计中给水排水的很多设备还未构建在BIM的族库中，同时，符合中国建筑设计标准的构件更为缺少。工程师目前可通过一些论坛及国外知名厂家的网站来搜索族，以满足使用要求。

3）Revit二维功能比较弱，图象输出分辨率不能满足要求，生产二维图纸的能力较弱。目前BIM对于给水排水专业出图率只能达到30%左右，故不能通过图纸明确表达出设计意图、指导施工，这样对使用电脑不便的施工方较为不利。故在未来发展中还需完善技术，提高出图率。

4）进行管道计算、系统计算前管道与器具、管道与设备必须建立逻辑连接和物理连接，有时一处管道没连好造成整个系统无法计算，核算过程较为复杂，需要设计人员加倍细心，保质保量完成每一步。

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