導(dǎo)讀
從20世紀60年代，CAD開始進入到設(shè)計領(lǐng)域，大大提高了設(shè)計人員的工作效率。目前，在CAD的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了天正建筑、湘源控規(guī)等軟件，都為設(shè)計工作帶來了更多的方便快捷。然而，這些軟件都是在二維空間中設(shè)計，具有較大的局限性，與手繪圖紙一樣避免不了因為協(xié)調(diào)而造成的錯誤和浪費。由二維圖紙轉(zhuǎn)化為三維實體時，尤其對于設(shè)備專業(yè)而言，各專業(yè)管道錯綜復(fù)雜，更凸顯了三維制圖在建筑設(shè)計中的重要作用。
BIM技術(shù)是一種應(yīng)用于工程設(shè)計建造管理的數(shù)據(jù)化工具，它改變了設(shè)計成果交付內(nèi)容，提高了設(shè)計效率。BIM三維設(shè)計的發(fā)展是一項巨大的突破，實現(xiàn)了更全面、更高效設(shè)計與制圖的目標。它具有可視化，協(xié)調(diào)性，優(yōu)化性，模擬性和可出圖性五大特點，通過建筑模型的建立，可以反映建筑物所具有的真實信息。
目前BIM軟件種類繁多，核心建模軟件主要有以下幾種：①民用建筑設(shè)計常用的Autodesk Revit；②工廠設(shè)計和基礎(chǔ)設(shè)施常用的Bentley；③項目完全異性、預(yù)算比較充裕時常選擇的Digital Project或CATIA；④建筑給排水中主要使用的Autodesk Revit。
BIM在給排水消防工程中的應(yīng)用
1.可視化設(shè)計
BIM的三維視圖在給排水消防管道設(shè)計中最大的優(yōu)點是可視化，設(shè)計人員可以從不同角度看到不同剖面。用傳統(tǒng)二維的圖紙表達三維的建筑，必然要將本來完整的圖紙分割成平、立、剖等多個不同側(cè)面，引入大量重復(fù)信息，效率低下，方案比選和管道碰撞檢查也變得復(fù)雜抽象。
BIM的三維可視化特點使設(shè)計人員不再局限于平面圖、立體圖和剖面圖的想象，而是可以任意角度地觀察、繪制和修改模型，使整個設(shè)計過程更加明了直接，最大程度減少傳遞信息過程中的失真情況，有效確保信息的有效性與完整性。此外，設(shè)備專業(yè)主要是在建筑和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行設(shè)計，會隨著建筑結(jié)構(gòu)的修改而修改，故借助BIM繪圖技術(shù)可使修改工作更加簡單，操作性強。
目前我國已有不少大型項目使用BIM技術(shù)的案例，例如2008 年北京奧運會奧運村空間規(guī)劃及物資管理信息系統(tǒng)、南水北調(diào)工程以及香港地鐵、上海迪士尼奇幻童話城堡等項目。
奇幻童話城堡（圖1）是上海迪士尼樂園的標志性建筑，位于夢幻樂園的中心地塊。該項目空間不大，機電各專業(yè)系統(tǒng)錯綜復(fù)雜，較傳統(tǒng)設(shè)計增加了許多新的系統(tǒng)，如水專業(yè)的水景管線、暖通專業(yè)的壓縮空氣以及電氣專業(yè)滿足娛樂設(shè)備的配電橋架，這就使得傳統(tǒng)的二維繪圖方式無法滿足該項目的要求。因此嘗試基于revit平臺的BIM 技術(shù)的應(yīng)用，為圖紙繪制、管線綜合、碰撞檢測及施工指導(dǎo)提供新的途徑。可有效減少工程造價、節(jié)約建設(shè)成本，提前實現(xiàn)以運營管理為導(dǎo)向的理念，提供運營管理需要的有效信息，打造樂園獨特魅力。
圖1 奇幻童話城堡地下室模型
2.參數(shù)化設(shè)計
在BIM繪圖中，所有設(shè)備構(gòu)件及管件等都可以精準設(shè)計，設(shè)計人員要合理安排擺放設(shè)備，確定管道走向，管徑大小，管道材質(zhì)及管道連接方式等。對于BIM模型而言，有效利用參數(shù)化特性可以提高畫圖效率，如明細表、三維視圖、二維視圖等可都在建筑模型中表現(xiàn)出信息的形式，如果修改模型的參數(shù)化，BIM模型可以對平面、明細表、模型視圖等不同的位置的設(shè)計進行修改，并且及時地更新修改后的信息。
此外，通常我們在進行給排水工程材料表編制的工作中，基本都是按照圖紙進行測量和統(tǒng)計，這種做法不僅效率低，而且易出現(xiàn)錯誤，一旦對圖紙進行了修改，要重新統(tǒng)計將會變得非常復(fù)雜。而利用BIM本身是一個數(shù)據(jù)庫的特點，可以隨時取到真實可靠的材料表清單，進行工程的成本預(yù)算等工作。
參數(shù)化設(shè)計主要包括項目參數(shù)和共享參數(shù)，是指機電各專業(yè)內(nèi)部的參數(shù)，如給排水專業(yè)設(shè)備明細表中需統(tǒng)計的設(shè)備族參數(shù)、標準圖框的信息欄對應(yīng)的項目參數(shù)、以及機電圖紙標注所需的共享參數(shù)等。共享參數(shù)只需制定一次即可一勞永逸。這項工作一般由機電各專業(yè)負責(zé)人完成，以保障參數(shù)的統(tǒng)一性。
構(gòu)建參數(shù)化可以為設(shè)計思考和創(chuàng)意提供一個開放的圖形式系統(tǒng)。參數(shù)化構(gòu)建不需要編程語言或代碼便可用于錯綜復(fù)雜的建筑設(shè)備及管道系統(tǒng)的裝備。重慶某商貿(mào)物流項目運用BIM技術(shù)采用參數(shù)化設(shè)計對施工圖進行檢測校對，如圖2所示可以清晰明了地記錄給排水消防系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)，以及構(gòu)件和設(shè)備的幾何信息。
圖2 某商貿(mào)中給水排水消防系統(tǒng)BIM模型
3.協(xié)同設(shè)計
協(xié)同設(shè)計是指一個完整的組織機構(gòu)共同來完成一個項目。建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣的信息和文檔均從創(chuàng)建時起就放置到一個共享平臺上，供項目組所有成員查看和使用，從而實現(xiàn)設(shè)計流程上下游專業(yè)間的“提資”。
通常在CAD平臺工作時，無法加載其他的數(shù)據(jù)信息，尤其是在進行給排水工程設(shè)計時，需要結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)資料，較為復(fù)雜，各個專業(yè)難以協(xié)同化工作，影響工作效率，增加了非必要的工作量。而在BIM模式下，所有的數(shù)據(jù)信息都會在建筑信息模型庫中匯總，各專業(yè)可隨時改動并通知其他專業(yè)，其他專業(yè)重新鏈接一下即可完成底圖替換工作。如給排水中水泵的質(zhì)量以及尺寸等，其他專業(yè)也可以隨時進行查閱；給排水專業(yè)的水泵相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行修改后，電氣專業(yè)的符號也會隨之做出改變。所有專業(yè)的工作都會根據(jù)這個建筑信息模型來開展，不僅可以簡化工作模式，還能增強工作的協(xié)同性。BIM提供給項目參與方三維信息共享平臺，增強互動的有效性。
傳統(tǒng)方式中，非專業(yè)人員想更全面了解設(shè)計理念是十分困難的，這就造成了實際存在的信息斷層。三維的BIM模型表達形式更直觀易懂，連接了傳統(tǒng)模式上分散的設(shè)計成果，降低了非專業(yè)人士對項目的理解難度，提升了不同專業(yè)、不同參與方對項目的協(xié)同能力，同時提高了設(shè)計精度。
4.管線綜合
在二維CAD繪圖過程中，各個專業(yè)在各自的圖上繪制，互相之間缺乏了解溝通，很可能在項目完成時發(fā)現(xiàn)管線碰撞、穿梁等問題，調(diào)整起來很繁瑣，影響工作質(zhì)量。機電安裝過程中最容易造成經(jīng)濟損失的便是返工，造成工期、經(jīng)濟損失。越大規(guī)模的項目，設(shè)備管線越多，越錯綜復(fù)雜，碰撞沖突的可能性越大。
而在BIM模式下，三維直觀的管道系統(tǒng)反映的是空間狀態(tài)，直觀地呈現(xiàn)出管線綜合之后的凈空高度，設(shè)計師既可以在繪圖過程中直觀觀察到碰撞沖突，又可在繪圖后期利用軟件進行碰撞檢查，檢測內(nèi)容及時反饋給各專業(yè)設(shè)計人員以進行調(diào)整和修改。對項目進行管線綜合的工作，對于后期施工也有很大的幫助。以前在二維圖中很難發(fā)現(xiàn)設(shè)計失誤，導(dǎo)致后續(xù)施工出現(xiàn)問題，整修既費時又費力，而在BIM三維視圖中進行管線綜合設(shè)計可大大提高項目可靠性。
BIM給建筑施工企業(yè)帶來的不僅是一個高效的工具，更多的是提供一種建筑施工的全新理念。通過BIM技術(shù)，能夠為各專業(yè)的安裝和施工提供準確的構(gòu)件信息和定位尺寸等數(shù)據(jù)，最終達到指導(dǎo)施工、檢驗施工和降低施工成本的目的。以下是某塑料廠模型碰撞分析對比圖，通過圖3、圖4，可以看出在BIM平臺中的設(shè)計能夠智能檢測出全部碰撞，便于設(shè)計人員修改，提高施工質(zhì)量。
圖3 沖突報告檢測內(nèi)容
圖4 綜合管線碰撞示意圖
BIM運用中的問題及解決方法
BIM在工程設(shè)計中已占據(jù)越來越重要的地位，然而在給排水消防設(shè)計中依然存在一定的問題，具體如下：
1）目前BIM設(shè)計未形成統(tǒng)一的給排水設(shè)計標準，未能統(tǒng)一導(dǎo)致不同設(shè)計人員設(shè)計差異頗大，對整體設(shè)計行業(yè)影響不好。政府和行業(yè)應(yīng)整體推進推廣BIM 應(yīng)用工作，積極參與BIM 標準的制定，完善建筑業(yè)行業(yè)體制、規(guī)范。
2）Revit的繪圖方式建立在“族”的調(diào)用及其參數(shù)設(shè)置上，然而BIM設(shè)計中給水排水的很多設(shè)備還未構(gòu)建在BIM的族庫中，同時，符合中國建筑設(shè)計標準的構(gòu)件更為缺少。工程師目前可通過一些論壇及國外知名廠家的網(wǎng)站來搜索族，以滿足使用要求。
3）Revit二維功能比較弱，圖象輸出分辨率不能滿足要求，生產(chǎn)二維圖紙的能力較弱。目前BIM對于給水排水專業(yè)出圖率只能達到30%左右，故不能通過圖紙明確表達出設(shè)計意圖、指導(dǎo)施工，這樣對使用電腦不便的施工方較為不利。故在未來發(fā)展中還需完善技術(shù)，提高出圖率。
4）進行管道計算、系統(tǒng)計算前管道與器具、管道與設(shè)備必須建立邏輯連接和物理連接，有時一處管道沒連好造成整個系統(tǒng)無法計算，核算過程較為復(fù)雜，需要設(shè)計人員加倍細心，保質(zhì)保量完成每一步。
BIM技術(shù)與傳統(tǒng)CAD技術(shù)的優(yōu)劣比較
通過Revit在建筑給排水消防設(shè)計中的運用實踐，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的CAD 設(shè)計模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代設(shè)計的需求，并且在許多大型工程項目的使用上越來越力不從心，兩者比較主要有以下幾個方面考慮：
1）傳統(tǒng)CAD技術(shù)在施工圖階段效率低下，易出現(xiàn)管線碰撞，設(shè)計漏洞等；而BIM技術(shù)運用設(shè)備管線提前繪制模擬成型，解決了機電工程管線綜合和碰撞檢測，可直觀有效地指導(dǎo)機電管線安裝，并有效實現(xiàn)與各個專業(yè)之間的配合，降低施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)錯誤整改拆修的成本投入，開啟設(shè)計優(yōu)化模式。
2）傳統(tǒng)CAD技術(shù)需要人工統(tǒng)計材料表，造成漏項錯項問題嚴重，同時二維CAD中無法精確畫出每一個閥門閥件，通常較為粗略；BIM技術(shù)則可自動統(tǒng)計材料表，省下了人力物力，同時又較為精準，使工程現(xiàn)場材料管理精細化，也可方便準確計算工程造價，便于購買工程材料等。
3）傳統(tǒng)CAD技術(shù)中各專業(yè)獲取數(shù)據(jù)的及時性和準確性難以保證，尤其是對于復(fù)雜的工程項目，難以保證施工進度；BIM技術(shù)可實現(xiàn)設(shè)計內(nèi)容協(xié)同一致，充分有效利用項目信息，縮短建設(shè)周期，便于進行統(tǒng)籌管理，提高效率的同時，優(yōu)化工程管理，實現(xiàn)精細化管理。
4）傳統(tǒng)CAD技術(shù)使用更加快捷方便，出圖率高；BIM技術(shù)中快捷鍵的使用相對弱化，在項目中已建成的單體構(gòu)筑物二次利用難度較大，現(xiàn)有的模型復(fù)制和移動時經(jīng)常出現(xiàn)管路連接斷開，以及不能隨意移動等問題。
近年來，建筑信息模型技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域取得了大量的應(yīng)用成果。BIM作為一種新理念得到了業(yè)內(nèi)的普遍認可。雖然目前國內(nèi)BIM設(shè)計技術(shù)還未廣泛使用，行業(yè)內(nèi)仍以CAD為主，但BIM的巨大優(yōu)勢必將引領(lǐng)設(shè)計的新征程。同時，BIM技術(shù)在建筑給排水設(shè)計中存在的問題還需積極探究解決，確保在建筑給排水設(shè)計中BIM技術(shù)的優(yōu)勢能得到充分發(fā)揮。相信在未來設(shè)計市場，BIM設(shè)計技術(shù)將會具有更加良好的發(fā)展前景和商業(yè)價值。
文章來源：重慶設(shè)計院
責(zé)任編輯：書予
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