BIM技术在住宅小区地下室综合管网中的深化设计与应用

文／芶黎明 绵阳市金鹏置业开发有限公司 四川绵阳 621700

引言：

住宅小区地下室管网在城市发展中发挥着重要作用，也是建筑领域中一项重要的基础设施，其主要由雨水管道、电力管道、污水管道、热力管道、给水管道等构成，不同管道由不同部门进行规划、设计、施工及运维管理，这些管道构成了小区地下室综合管网，在整个建筑物内部承担着各种物质运输功能，满足用户的基本生活需要。然而由于该工程基本是地下敷设，综合管网空间较为复杂和隐蔽，致使工程建设、运维管理难度较大，若各专业之间缺乏有效的沟通和合作，不仅会导致不同管道之间相互碰撞、相互制约，还会导致地下室空间的浪费，从而导致住宅小区的居住质量大大降低。BIM 技术的主要优势在于贯穿于建筑项目全生命周期，将该技术应用到住宅小区地下室综合管网建设中，能够进一步优化综合管网的设计与管理，从而提高施工效率，确保整个工程的建设质量。

1、地下室综合管网中BIM 技术的应用研究现状

关于BIM 的定义，美国国家BIM 标准委员会认为：“BIM 作为一种建筑信息模型，主要是通过先进数字技术的利用，构建一个能够存储整个工程项目所有阶段的各个物理与功能特性的三维模型，有助于相关部门借助模型信息进行工程项目的运维管理”。通过调查和统计分析得出：BIM 技术可以事先找出建筑工程中一部分潜藏而难以发展的变更，在很大程度上减少预算未知变更量；相较于具体工程成本，可以更加精准的控制建筑工程成本概预算；可以迅速统计工程，缩短项目成本估算实践；对于施工方案的设计，可利用虚拟的三维模型，来对施工方案进行碰撞检查，提前发现方案中存在的问题和不足之处，然后对施工方案进行优化设计，提前解决各种冲突，节约建设成本；能够模拟施工，对施工进度进行有效优化，从而缩短施工工期。近年来，国外发达国家的大多数公共建筑工程中都应用了BIM 技术，并制定了各种BIM 应用标准。

在我国，BIM 在城市地下室综合管网建设方面的研究和应用相对较少，缺乏一套完善、成熟的应用标准。在2011年，我国有关部门颁布了一系列文件，明确指出：“建筑设计与勘测单位应当以网络平台为出发点，积极促进BIM技术在建筑工程项目中的信息化、集成化与协同化，实现建筑、结构、水暖电等方面的信息共享，增强自身的业务水平”。我国专业从业者经研究发现：（1）基于国内现阶段的施工管理现状，针对一些大型建筑工程项目，可依据BIM 技术在工程施工各环节的应用现状，二次开发了以BIM 的三维模型为基础的4D 施工管理系列软件，经过具体实践可知，BIM 能够有效提高建筑工程施工效率与质量；（2）在某建筑工程项目中借助BIM 技术构建管线模型，并进行管线碰撞检测，在设计图纸会审环节利用管线碰撞与管线综合，找出二维图纸中存在的设计错误，从而进一步优化管线设计图；（3）在某大型机电安装工程中应用BIM 技术，完成BIM 三维建模，然而进行模拟分析，提高技术交底的有效性，最终应用结果表明：BIM技术在建筑MEP 中具有应用价值等。

对于住宅小区地下室综合管网建设而言，通过应用BIM 技术的三维设计与规划，能够筛选出最为科学可行的管线布设方案，显著提高设计效率，促使地下室管线布设更加顺利、有效的开展，提高地下室空间的利用率，也能为地下室综合管线的施工安装与管理维护提供有效的指导，尽量避免综合管道施工中由于碰撞而引发设计变更问题，有效缩短工期，节省建设成本。

2、BIM 技术在住宅小区地下室综合管网中有效运用

2.1 构建BIM 地下室综合管网模型

2.1.1 建模规范

BIM 地下室综合管网模型构建的好坏直接关系到住宅小区地下室综合管网工程的建设质量，所以在具体构建过程中必须立足于三维数字化技术，在三维模型中录入工程项目全生命周期中各个阶段的所有信息，让地下室综合管网的建设流程与管网系统的自身信息集合起来，生成一个完善的信息化与数字化系统[1]。相关建模标准包括：（1）结合具体工程建设需求，分阶段和分系统建模；（2）建模等级必须符合各阶段设计交付规范；（3）依据命名规则对构件信息与类型进行正确、合理的命名，以便后续及时获取构件信息；（4）管网模型信息必须全面且完整；（5）管网模型必须真实的反映出管道构件的具体材质、功能及尺寸等，以便统计；（6）模型中所有数据必须具备一定的关联性与交互性。

2.1.2 建模模型流程

一是，在建模前，应编写建模计划与建模构件清单。由于住宅小区地下室综合管网工程的规模比较庞大，需要多个部门参与进来，会用到种类繁多的的管件与附属设施，只有七千制定好构件清单，才能够确保后续施工安装工作的有序开展，清单内容包括：使用哪款软件建模，使用何种颜色来区分不同管件等，从而形成一个清晰的建模思路，避免重新建模或是中途返工。

二是，绘制场地模型。结合住宅小区地下室所在区域的地形特点，明确高程基点，然后利用Revit Architecture 软件来绘制出场地模型。

三是，绘制土层模型。结合工程项目地质勘查报告，使用不同的材质来反映不同的土层。地下室综合管网均需在土层里进行施工安装，因此在设计土层模型时，应充分考虑土层的具体性质，对管道进行力学分析。

四是，构建建筑结构模型。地下室综合管网的物质输送终端为构建物各种装置与设备，从而更好地满足居民日常生活所需。

五是，构建地下室管线模型。遵循从上到下、先干管后支管的原则，结合不同功能的管道，构建不同的模型建模。

六是，模型整合。以导入或是链接方式，把不同专业的地下室管道模型、建筑模型等拼接到一个模型中，并结合场地模型将上述模型放到合适的标高位置。

2.1.3 建模关键技术

在住宅小区地下室综合管网的BIM模型建模过程中，需要有效使用相应的建模关键技术，以更加科学、深入的优化管线碰撞检测与管理设计，为后续施工作业和运维管理提供有效的指导。具体包括：（1）充分考虑具体施工情况，BIM 工程师应在具体施工经验的基础上，对施工中存在的工作面、空间问题进行全面考虑，搭建不同管道模型，确保三维管线模型能够指导具体施工；（2）采集建模信息，“信息”是BIM 模型的核心，也是住宅小区地下室综合管网建设的“灵魂”，所以在建模前，工程师必须加强以业主、建设单位、监理单位、施工单位等方面的沟通协调，获取到准确、全面的工程信息，特别是管线变更信息，从而确保最终建成的BIM 模型具备应有的使用价值[2]；（3）创建异形构建，BIM 工程师应集合工程具体状况，设计一些复杂多样、新的异形构件，以满足住宅小区地下室综合管网的基本功能。

2.2 三维模型可视化与碰撞检测

2.2.1 可视化

对于住宅小区地下室综合管网而言，可视化在管线布设、施工安装、后期运维管理中起着重要的作用。如：在管线二维施工设计图中，仅仅以点线面、文字符号的方式来呈现管线的空间位置，而对于管线布设方式与空间几何位置的明确，需要结合既有工作经验来自行想象，这就导致在施工安装结束后出现管线布设与空间位置不吻合设计图纸的问题，从而影响到后期运营中的维护管理和管线更新[3]。针对这一情况，工程师可利用BIM 的可视化功能，把繁复多变、空间位置参差错落的管道管线三维的立体形象实物模型展现在工作人员眼前，也便于设计人员更加直观地开展碰撞检测分析，为施工人员开展施工作业提供必要的指导，确保设计与施工的相一致。

2.2.2 碰撞检测

碰撞检测主要指借助BIM 技术中的相关软件，把二维设计图转变成三维模型，这一过程并非是简单的建模，还是一个对工程施工过程的动态模拟，能够充分暴露出设计图纸中隐藏的各种问题，以便各方人员及时查缺补漏。同时，碰撞检测也是一个精细化的设计检测技术，能够对工程施工中可能发生的不合理或是问题进行提前预判，以便设计人员有针对性的优化施工图纸，提高设计质量，为后续施工工作高质高效开展提供有力的保障。

在住宅小区地下室综合管网工程中，涉及到中数量繁多、类型不一的管线，如：污水、电力、热力、给水等，这些管道布设由不同的设计部门负责设计，不同的安装部门负责安装，不同的管理部门负责后期运维管理，而不同管线的布线时间、布线位置及标准也存在很大的差异，故而不同管线之间在施工安装时极易出现碰撞问题，从而影响到地下室综合管网建设质量，乃至会给建设企业造成不可避免的经济损失。基于此，可借助BIM 技术的碰撞检测分析功能，来对不同管线之间、住宅小区与管线之间存在的各种碰撞问题进行有效、迅速的识别，并将不同管线的布线方案构建成不同的三维模型，然后在虚拟的模型中完成各种管道的碰撞检测，从而找出存在的碰撞与冲突问题，告知相关负责部门及时修改错误，最终制定出更加科学可行的综合管网施工方案[4]。相较于传统碰撞检测，基于BIM 技术的碰撞检测能够在极大程度上减少人力和物力的投入，碰撞检测结果也更加全面和准确，几乎不会出现疏漏，还能够有效缩短整个工程项目的建设周期。

另外，现阶段，基于BIM 技术的碰撞检测的软件包括Navisworks、Solibri Model Checker、Navigator 等，BIM 工程师可结合工程项目的具体需要，选择合适的碰撞检测软件，将管线由二维图纸转变成三维模型，更加直观清晰地呈现出地下室综合管网中的管线空间几何位置，并直观地发现存在的碰撞错误，然后利用BIM 技术的其他软件将检测结果发送给对应的负责部门，督促其及时调整与修改，从而有效减少施工期间的设计变更几率。

2.2.3 管线优化

由于住宅小区地下室综合管网的规模较大，且种类丰富，所以在完成地下室空间布设以后，需要进一步优化各类管线。具体优化原则为：（1）科学处理管线碰撞问题；（2）对于各类管线的施工，必须保证不会影响到其他施工作业的开展，尽可能对各类管线进行紧凑布置，从而确保地下室空间得到更加充分的利用；（3）尽量避开主要干管，减少管线弯转；（4）尽可能在一个沟槽中埋设管线，依据相应的顺利与层次要求进行管线布设；（5）严格按照相关管线布线标准，并尽可能提高管线布设的美观性。

2.3 基于BIM 技术的综合管网信息化管控

2.3.1 施工进度方面

在住宅小区地下室综合管网施工期间，可利用BIM技术来构建科学可行的施工进度管理体系，该系统集成了施工进度与施工组织的管理方法、管理理论及先进技术，借助信息化技术来实现整个工程施工进度管理的协调性、高效性、可视化及准确性，确保施工进度与质量。同时，该系统还能够实现对施工进度的模拟，从而提高进度管理和成本控制效果。

2.3.2 4D 施工模拟

对于建筑工程项目而言，由于项目规模较大，涉及到的专业较多，施工过程中存在诸多的风险因素，这就使得施工管理的难度非常大，而施工工序是既定的，一旦某一环节出错，就需要投入更多的财力、人力及物力来解决，这样不仅耽误了工期，还会影响到整个工程项目的经济熊阿姨。基于此，BIM 工程师可利用计算机技术来构建一个虚拟平台，依据工程项目的建设要求与各种信息资源，对施工组织计划、施工安排、施工流程等进行全面考虑，制定出以点线面为基础的施工进度方案，在三维模型中链接时间因素，构建4D 施工进度模拟，然后在此基础上，对计划进度与实际进度之间存在的偏差进行有效分析，从而进一步优化施工进度与施工计划。

针对4D 施工模拟的应用，以三维的住宅小区地下室管线模型为出发点，充分考虑施工时间因素，依据建模先后次序来对动态的工程项目施工过程进行模拟，再借助先进的信息化技术，构建虚拟地下室综合管网模型，从而在施工前对整个施工过程加以模拟，对其中可能遇到的问题进行提前预判，实现先模拟后建造，解决设计错误，提前规避施工中隐藏的风险与冲突，还能够对不同施工计划、施工方法等进行比较分析，筛选出最优的施工计划与施工方法，并提前完成施工技术关键点的技术交底，最终有效减少施工期间的设计变更问题、安全问题，实现对各类施工资料的动态集成管理，确保住宅小区地下室综合管网工程的按时按质完成。

2.3.3 施工管理

信息化管理是BIM 技术中最为重要的一环，BIM 是一种基于三维模型而构建的信息数据库，具备非常强大的存储能力，在数据库中存储建筑工程项目的所有信息。在住宅小区地下室综合管网施工过程中，可借助BIM 技术，将管网中的每个构件的编号、类型、供应商、施工日期等数据信息视作其属性，在三维模型中进行统一存储，以便各方更加高效的开展地下室管线数据分析与管理工作。在具体施工管理环节，可先在BIM 平台上录入所有的地下室综合管网信息，各参与方均可以从这一平台上获取所需信息，保证管线各部门之间的协同合作，对整个综合管网的施工安装工序进行科学安排，提高施工安装效率[5]。同时，利用地下室综合管网的4D 施工模拟，能够更加准确和充分的掌握建筑工程施工中进步计划的关键点，然后通过比较工程具体进度与模型计划，找出其中存在的偏差或是错误，然后及时进行处理，把具体变化控制在计划范围之内。

另外，在具体施工管理过程中，BIM 技术的应用要点包括：（1）实现精细化管理，即通过构建三维模型，实现对地下室综合管网的可视化，并对其进行4D 施工模拟，可对整个施工安装过程进行科学高效的管控，并通过对比模拟关键节点的施工安装方案，筛选出最优的施工技术和工艺；同时，在技术交底环节，可借助三维模型来对施工技术与工艺进行直观、立体的呈现，实现可视化交底，以便相关人员更加科学的安排每一道施工工序，实现对各施工节点的合理控制，确保具体施工进度与模拟进度趋于一致，从而切实保障施工质量与施工进度。在此基础上，可利用工作分解结构进行工程费用计价，并与施工安装预算相链接，构建BIM 4D/5D 进度—成本模型，最终明确该工程总承包预算与单项工程成本预算，以便相关人员更加科学、精准地控制各施工环节的建设成本，为企业创造更多的经济效益；（2）施工信息共享，在综合管网施工安装过程中，各参建方的管理协调工作是否良好，直接影响到整个工程的施工进度与质量，所以可利用BIM 平台来实现各参建方的施工信息共享，强化彼此之间的沟通交流，构建起模块化与集成化的施工模式，确保各项资源的最优化利用。

2.3.4 运维管理

通过BIM 模型的应用，对建筑工程建设中各环节中产生的信息进行全面分析和存储，包括：规划环节、设计环节、施工环节、竣工验收环节等，从而为后期的住宅小区地下室综合管网运维管理提供必要的数据支持，如：通过利用BIM 技术，建立工程项目运维管理系统，在信息数据库中存储管网的所有属性信息与空间信息，以便后期存储管理；借助该系统所具备的强大分析能力，再与其他分析软件相连接，实现对地下室综合管网运行状态的全过程、动态模拟与监测；另外，利用BIM平台的网络运行功能，对地下室综合管网中各类管线的复杂分布、空间关系相应情况进行实时查询、浏览及观测，及时准确地发现其中出现的一些突发事故，并告知相关部门进行处理，以确保地下室综合管网始终保持良好的运行状态。从而实现工程后期运维管理的智能化与自动化，显著提高运维管理质量和水平。

结语：

综上所述，在住宅小区地下室综合管网建设过程中，建设企业必须积极应用BIM 技术，构建三维模型，通过三维模型可视化与碰撞检测来提高工程项目的设计效率，实现对综合管网的深化设计，编制出更加科学、可行的施工方案，为后续施工工作提供有效的指导。同时，通过基于BIM 技术的综合管网信息化管控，能够有效控制施工进度，确保施工安装作业的保质保量完成，获得良好的社会效益与经济效益。