BIM技术在高层建筑管线综合安装中的应用

叶乔亭 （安徽省工业设备安装有限公司，安徽 合肥 230022）

1 引言

随着社会科技的进步发展，建筑物的功能越来越多，与建筑物配套的相关水电消防、通信网络、空调、监控等系统综合管线安装也越来越多且越来越复杂，由于建筑物的安装空间有限，不同系统间有严格的规范要求，导致各专业管线在安装过程中受到相互间的制约与影响，如果在管线安装过程中未能整体调整好位置、走向，那么往往会给后面各专业的安装、观感、使用等带来不利的影响，甚至会造成无法安装而需要拆除某些部位重做，这样既影响了施工进度又造成了材料、人工的损失；此外在以往施工过程中，各机电安装专业自我为中心，造成管线无序、层次混乱，为满足局部标高、位置的要求，多次施工停顿讨论、整改，结果造成了质量与安全的隐患，并且耽误了工期，在使用和维修时带来诸多不便。为此应用BIM技术进行三维建模，将建筑物中占据顶部空间的大型管线进行合理布局，使之在满足使用功能的前提下，最大限度的实现设计与施工之间的合理衔接，有效协调了机电各专业施工活动。

2 工程概况

安建大厦工程位于合肥市黄山路与石台路交口西南侧，为一类高层办公楼，其设计为“绿色建筑二星级”，地上裙房3层，为门厅及办公配套的餐饮会议室，主楼为31层办公楼（不含设备层），屋顶为上人平屋面，地下两层，分别为人防车库和设备用房，总建筑面积为59619m2，建筑高度为130.50m。根据该工程的功能和使用特点，使得整栋大楼的管线尤其是地下室的管线十分复杂，为此我们在施工前引入BIM技术，即利用MagiCAD软件对设计图纸进行三维建模，在施工前先根据所施工的图纸在电脑上运用MagiCAD软件进行图纸“预装配”，根据预装配结果，并结合原有设计图纸的规格和走向，进行综合考虑后再对施工图纸进行深化设计，从而达到实际施工图纸深度并指导现场施工。

3 BIM技术在管线综合安装上的应用

3.1 应用MagiCAD软件建模

3.1.1 搭建项目管理文件夹体系

首先选择一台配置较高的电脑作为主机，为方便后期图纸综合处理（包括做管线综合、模型导出、后期处理做渲染动画、IFC、NWD等）。然后在这台电脑上新建一个名为“某某项目”的项目管理文件夹，打开项目文件夹并在其中分别新建风、水、电、建筑、参照和综合6个子文件夹。

在每个专业子文件夹中新建楼层图纸，并把风、水、电、建筑等专业的楼层图纸分别关联到相应专业的项目管理文件中，并生成相应的文件，如图1所示。

图1 已搭建好的项目管理文件夹体系

3.1.2 设计图纸处理

将设计图纸拷贝到参照子文件夹中，并对设计图纸进行处理，即将风、水、电、建筑等专业图纸导入到MagiCAD软件中，通过分图、定原点、清图形等步骤将导入的图纸处理成单层单专业图纸，将处理后的图纸单独放在一个文件包内，作为后续单层单专业建模用。

3.2 搭建风、水、电、建筑各专业模型及综合

将上述处理好的图纸按照专业进行建模，将各专业（风、水、电、建筑）建好的模型利用外部参照的方式先综合成单层模型，然后将各单层模型再次利用外部参照的方式综合成整栋大楼或整个项目，具体操作步骤如下。

3.2.1 单专业建模

首先，新建一张专业图纸，关联项目文件并确定相应的楼层位置，在命令栏里输入“xr”并回车，选择“附着DWG(D)...”选项，调出外部参照对话框，如图2所示：

图2 外部参照对话框

外部参照选项设置好后，单击“确定”插入处理好的底图就可以绘制单专业模型。当不同专业模型建好后，下一步工作就是进行单层各专业模型综合，即单层综合。

3.2.2 单一楼层综合

根据上述步骤完成各专业模型的搭建，现将已搭建好的同一楼层的不同专业的模型通过外部参照的方式综合在一起，即形成楼层模型。在参照不同专业模型时，为了能在后面整栋楼或项目综合时能够显示楼层的各个专业内容，这里外部参照对话框的参照类型选择“附着型”，其它选项仍按图2所示的外部参照对话框中的参数进行设置，设置完成后单击确认，这样就完成了单层各专业模型的综合如图3所示。

图3 单层各专业综合图

3.2.3 整栋大楼或整个项目综合

根据上述步骤完成各层模型的综合，现将同一栋楼的不同楼层或项目划分不同区域的图纸通过外部参照的方式叠加在一起，形成整栋楼或整个项目模型。在参照不同楼层或项目划分不同区域模型图纸时，最好是首层打底，这样外部参照时每层Z值（改变外部参照对话框插入点中的Z值）与楼层设置的位置信息的Z值是一致的。其它选项仍按图2所示的外部参照对话框中的参数进行设置，设置完成后单击确认，这样就完成了整栋大楼或整个项目的综合。

3.3 从MagiCAD软件中导出NWD文件并运用Navisworks软件做碰撞检查

当完成了整栋大楼或整个项目综合或者在完成单层（单区域）综合后，将综合后的模型从MagiCAD软件中导出NWD文件，当所有NWD文件导出完毕后，并打开Navisworks软件，在其中运行碰撞检测命令，即完成碰撞检测。通过碰撞检测，可以检查不同专业、同种专业之间的碰撞打架情况，如风管与水管、风管与桥架，水管与桥架、风管、水管、桥架之间都可能存在碰撞。查看各类碰撞点情况，确定碰撞点调整方案，在确定总体的排布方案和排布原则下，根据安装要求，使用MagiCAD软件确定管线综合排布的三维空间层次分配。根据交叉点管线冲突调整整体管线高度，然后再次进行碰撞检测，检查是否有碰撞点，如有碰撞点循环上述操作，直至无碰撞点出现，最后检查深化设计的合理性。

图4 碰撞检测选项对话框

下面选取管线布置比较复杂的地下室及楼上公共走道部分作为本次管线碰撞检测的重点。先对地下室及楼上公共走道部分进行建模，等建完模后发现仅地下人防车库和设备用房就存在大量碰撞点如图5所示。其中不仅是管道间的交叉碰撞，甚至有些不同的管道系统排列在一起，这为后面的碰撞检查带来了很大麻烦。

通过在图中圈出不同类型的碰撞点不难发现，仅仅一个区域节点中就存在着各种不同程度的碰撞，其中主要有给水、中水系统内部干支管交叉，消防干管与给水干管交叉，喷洒干管在管井处垂直穿过电气桥架，给水干管垂直穿过排风干管，喷洒干管于排风管道重叠，雨水干管与桥架交叉，强电桥架与弱电桥架交叉，强弱点与消防桥架交叉等。

图5 管线绘制后发现管线间的碰撞情况

3.4 对碰撞点进行调整及优化

在Navisworks软件中运行碰撞检测命令，通过碰撞检测，发现很多碰撞点如图5所示。在充分理解设计意图的基础上，针对这些碰撞点我们进行调整和修改，即先对模型管线进行了全面的修改，并优化管线走向，在消除系统性碰撞的同时使设备管线排布更加合理。首先确定电气桥架位置，在满足设计与施工要求的同时，给设备管线留出足够空间；然后依据“有压让无压、小管让大管”的原则，按照各个系统调整设备管道，并注意给电气专业留出检修空间。经过一轮碰撞修改后，模型基本达到令人满意的效果如图6所示。

图6 修改后的管线图

其次针对楼上公共走道部分，因其狭窄而设备电气的管线与桥架又集中于此，造成此处的管线排布困难，且标高过低，不能达到净高要求，依靠简单的一字排开或并列排布已无法满足实际需求，按照管线调整原则进行调整和修改，然后将调整修改后的模型导入到Navisworks软件中，并单击漫游命令，在模型中可以随心所欲的行走，给人身临其境的感受。同时也可以通过漫游发现一些在建模过程中未发现的碰撞问题，比如风管穿柱等如图7所示，而对发现的碰撞点采取及时调整，以使图纸得到进一步优化，并最终完成管线综合布置。

图7 漫游检测

3.5 可视化交底及指导现场施工

对综合后的管线模型制作施工模拟视频并针对管线比较密集且复杂的地方比如楼上公共走道部分和地下室，采用三维模型或视频进行施工交底，实现了可视化施工。由于楼上公共走道部分管线比较密集且种类繁多，为了避免由于管线冲突而造成二次施工，以及解决管线碰撞打架和位置冲突问题，最大限度的增加公共走道部分顶部使用空间。在该部分管线安装前，先利用BIM软件进行三维建模，在建模过程中，同时还必须充分考虑各种管道的走向及不同的布置要求，利用有限空间，集合各个专业技术人员，合理排布管道并制定这些部位安装大样图，使各种管道合理布置。总之充分考虑这些因数后，按照管线调整原则依次进行调整，并最终完成了楼上公共走道部分管线综合布置如图8所示。

图8 楼上局部公共走道部分管线模型

根据图8所示的公共走道部分管线模型进行现场安装，在安装过程中由于管线模型事先进行了合理布置，管线安装中未出现碰撞和二次返工等问题，因此提高施工效率，保证了施工质量，图9是根据图8所示的模型进行现场安装的管线图。

图9 公共走道部分现场安装图

通常地下室停车位对顶部管线的标高和位置是有较高要求的，下面是一处管道大而多且必须经过停车位的管线，该部分管道安装前先利用BIM软件进行三维建模，然后根据各种管道的走向及不同的布置要求，合理布置了各种管道位置如图10所示，避免了各种管道间的碰撞打架和位置冲突问题，满足了停车位对顶部管线布置的要求。

图10 地下室停车位局部管线模型

根据图10所示地下室停车位顶部管线模型进行现场安装，在安装过程中由于管线模型事先进行了合理布置，管线安装中未出现碰撞和二次返工等问题，因此提高施工效率，保证了施工质量，图11是根据图10所示的模型进行现场安装的管线图。

图11 地下室停车位局部管线安装图

4 结论

安建大厦机电安装工程在施工前应用BIM技术对所要施工的图纸进行图纸“预装配”，然后通过“预装配”的过程把各个专业未来施工中的交汇问题全部暴露出来。这样提前发现这些设计图纸中存在的碰撞问题并提出合理的解决办法，有效地减少了在施工阶段出现的设计变更或修改，减少了施工过程中可能出现的大量返工浪费，节省了投资，缩短了工期，保证了工程质量。但也存在一些缺点如由于目前MagiCAD软件和AutoCAD软件还不能实现根据碰撞检查报告自动标记错误，需要手工标记碰撞位置，以备查阅和修改；最后结合原有设计图纸的规格和走向，进行综合考虑后再对管线图纸进行深化，从而达到实际施工图纸深度。