基于BIM 技术的土建及管线综合二次优化设计

刘燕，高堃，吕嘉怡，何飞，罗显枫

（1.大华建设项目管理有限公司黄石分公司；2.湖北理工学院）

1 引言

以往的各类施工图设计多为二维平面设计且其各专业单独设计，使得专业之间缺少协调，出现管道的碰撞，管道路径的不合理，或者与土建结构主体存在重合或者占用过多空间等问题。传统设计在面对这些问题时难以解决或过程繁琐，而引进基于BIM 技术的土建及管线综合二次优化设计能有效的处理这类问题，提升工作效率[1]。

以Revit 软件平台作为土建及MEP设计优化的BIM 技术基础，围绕其拓展的各类BIM 软件建立三维模型构件和主体来进行建筑模型的信息化和数据化即BIM（Building Information Modeling）中最重要的一环information。将土建及MEP 中机电、暖通、给排水专业建立数字化三维模型后，再整合为一个总的三维数字模型，此模型可使用在土建的问题报告，结合图纸进行管道管线的二次优化，及仿真效果图。BIM 技术可贯穿于整个项目即从施工图设计到项目建立完成后的后期维护。

2 建筑信息模型优化设计的工作流程

采用Revit 平台建立一比一的土建主体和管道综合模型，而将两个部分综合到一个三维空间中，得到两个部分的空间布置关系，可在三维视图中即时调整建筑主体和设备、管道综合的三维布置，就可以得到此项目的土建和MEP 最优的空间分配和管道综合的最佳线路及间距。所使用的Revit 平台依靠模型的具体构件数据通过属性界面和用户进行特性展示。

本次地下车库的土建及机电的二次优化需要依靠BIM 平台中三维信息化模型，针对项目中土建主体关键净高分析、管道综合深化设计、模型整合后的净高控制。

在Revit 平台上所绘制出来的三维模型能够将CAD 图纸中所反应出来的信息完全表达出来，并且更加直观、直接，而后的设计修改都能够随之反映到模型中。此技术能够领先于施工现场看到三维仿真建筑主体，与设计方交流，使二次优化落到实处。我们建立的MEP 三维模型可与土建主体整合，展现出实际施工中的管道冲突、管道附件衔接问题，管线空间设置问题。进而高效准确的进行综合管网的深化设计即修改空间布置，替换管道附件等问题[2]。深化设计流程图如图1 所示。

建立模型之前将CAD 图纸分专业处理，再根据各项专业建立三维模型，梁板等建筑构件综合为完整的土建仿真模型，电气、暖通、给排水、消防、喷淋则构成完整的管道综合模型，建立完成后对照图纸查缺补漏。

图1 深化设计流程图

整合建立的土建和管道综合模型，利用Revit 的三维视图及建立的过滤器检查模型冲突，管道碰撞，并进行碰撞检测，出具碰撞问题报告。

拿到问题报告后针对问题提出合理解决方案，并根据方案修改模型，然后在楼层平面视图中导出优化结果，同时附上问题处修改前后对比图及相应位置三维视图，写出具有指导和建设性的问题报告，为后期人员的深化设计提供方案。

3 土建及管线综合二次优化设计在某商业住宅区的实际运用

此项目中的地下室土建主体标高复杂，构件空间布置变化较多。从地下基础的标高来看把整个地下车库分为了三大块，并且在项目北方向还设置了地下夹层，每个结构变化处用坡道衔接，形成一个整体。土建主体的复杂使得，给排水、消防，暖通等各类管道的空间布置路径安排等设计变得非常艰难。通过与相关BIM 工作室的合作利用Revit 及其周边相关BM 软件共同构件车库的三维数据模型进行土建及管线综合二次优化设计。

3.1 协同工作

前期建模利用Autodesk Revit 平台自带的协同功能与合作的BIM 工作室进行多人合作，快速高效的模型建立，把CAD 图纸上信息反映到三维数据模型并实时共享成果。

后期二次优化在模型建立无误的前提下，进行三维综合模型的碰撞检测，并进行管线综合的优化设计。将二次设计优化成果结合CAD 图纸导出，形成优化成果报告，最后将模型的三维视图和优化成果报告共同提出，编制最终的土建及管线综合二次优化成果汇报文件。

4 项目模型建立及整合

在建立所有构件之初，需要在Revit软件中建立一个统一的基点，然后所有的标高都基于这个机电进行创建。Revit平台所提供的协同功能使得我们能够多个终端建立的模型储层于同一个中心文件中，实时同步模型绘制进度，利用平台创建各自构件的工作集。例如，将结构梁的绘制工作放置于设立的梁工作集，由此可创立不同类别构件。不同管道管线系统的单独工作集，工作集即分类，在检测模型时就可利用工作集的可见性来单独显示相关构件或系统，使得模型审查更为快捷。土建主体模型和MEP 模型基点的统一使得在链接整合两部分模型时构件于构件得相对位置不会出现偏差。

4.1 土建主体模型创建

土建主体模型的建立给项目中其他部分定了一个参考点，依靠参考点去绘制大范围相同高度的梁、板、柱标高，小区域的局部标高变化则利用偏移去调整，让后进行建筑主体构件的定位轴线的建立，定位轴向同基点相对位置保持一致[3]（见图2）。

4.2 MEP 模型创建

此地下室中管道系统多样，管线排布较为密集且数量多，空间布置较为复杂，所以在进行模型建立时利用工作集分专业进行协同作业，并利用不同系统间属性不同的特性将同一系统进行上色处理，例如消防管道及其附件就赋予红色，给水管道及其管道附件就赋予绿色，喷淋系统就赋予黄色，电缆桥架、通风系统赋予灰色这样就可以就利用颜色判断管道构件的系统，同时在三维视图中也便于观察空间布置问题（见图3）。

5 土建模型分析及优化

图2 局部土建模型

图3 局部管道综合模型不同系统采用不同颜色区分

土建模型绘制完成后，对其空间净高和衔接坡道进行分析和优化，分析结构主体的净高是否满足地下车库净高要求，同时分析出来的净高可利用在MEP的空间布置参考中，分析时将相同净高空间给予同一颜色标注，便于看见净高分部。然后就是每个地块之间衔接的坡道净高分析，根据三维视图去测量坡道在考虑预留管道管线布置空间后是否满足结构要求[4]（见图4）。

在净高分析后如果发现建筑主体净高不符合项目要求，则需要提出问题，写明问题具体位置并给出具有指导性的修改方案，例如梁高度在此位置不符合统一标准则提出修改梁尺寸或者删除梁的提议，而坡道净高不足往往是边坡点的梁使得坡道净高最不利点不符合要求，在不改变大结构的前提下提出梁上翻的方案，将上述几类问题汇总为一封问题报告，提交后与设计方共同进行二次优化方案敲定。

6 管道综合碰撞检测与优化

基于CAD 图纸建立的管线综合模型完成后，操作软件进行碰撞检测，在软件自主完成管线、机械设备的碰撞检测后出具检测报告，检测报告中包含了管道管线、电气桥架、消防喷淋、构件之间冲突点，还包括了以上构件和土建主体的碰撞点。根据碰撞检测报告，进行初步优化，优先将报告中的冲突点进行人工筛查和优化。如图5 冲突点以及图6 优化方案。

在解决碰撞报告中问题后，进行模型整体的人工核查，确保模型的优化程度，在人工复查后与碰撞报告结合后统计出冲突点217 个。

7 结语

本次基于BIM 技术进行的土建及管线综合二次优化设计主要利用了Autodesk Revit 平台进行研究和二次优化，项目共建立主要结构标高18 个，主要建筑标高11 个，为构件的准确定位打下基础，创建管道综合子工作集共5 个，包括桥架、喷淋、消防、给排水、暖通，利用软件检测冲突碰撞点217 个，给二次优化设计工作提供了参考依据，并且极大程度的解决了管道管线空间布置问题，提高了设计优化效率，为后期施工提供了极具参考意义的优化成果。

在优化后的三维信息模型中可以导出各个专业的工程量，并且可依此套入相关计价规范，制作出工程的材料计价清单，并且设计的每一次修改都可以与之联动。基于BIM 技术建立的三维模型价值不单单是体现在目前的研究之中，它还可以参与到施工过程中，将信息带入到施工现场，甚至可以掌控施工进程，达到数字化施工的程度，这也是日后研究发展的方向[5]。

图4 局部净高分析图

图5 碰撞点示意

图6 优化方案