導讀
從20世紀60年代，CAD開始進入到設計領域，大大提高了設計人員的工作效率。目前，在CAD的基礎上出現(xiàn)了天正建筑、湘源控規(guī)等軟件，都為設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)調而造成的錯誤和浪費。由二維圖紙轉化為三維實體時，尤其對于設備專業(yè)而言，各專業(yè)管道錯綜復雜，更凸顯了三維制圖在建筑設計中的重要作用。
BIM技術是一種應用于工程設計建造管理的數(shù)據(jù)化工具，它改變了設計成果交付內容，提高了設計效率。BIM三維設計的發(fā)展是一項巨大的突破，實現(xiàn)了更全面、更高效設計與制圖的目標。它具有可視化，協(xié)調性，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民用建筑設計常用的Autodesk Revit；②工廠設計和基礎設施常用的Bentley；③項目完全異性、預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用
1.可視化設計
BIM的三維視圖在給排水消防管道設計中最大的優(yōu)點是可視化，設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、剖等多個不同側面，引入大量重復信息，效率低下，方案比選和管道碰撞檢查也變得復雜抽象。
BIM的三維可視化特點使設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，設備專業(yè)主要是在建筑和結構的基礎上進行設計，會隨著建筑結構的修改而修改，故借助BIM繪圖技術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)錯綜復雜，較傳統(tǒng)設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 技術的應用，為圖紙繪制、管線綜合、碰撞檢測及施工指導提供新的途徑。可有效減少工程造價、節(jié)約建設成本，提前實現(xiàn)以運營管理為導向的理念，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)化設計
在BIM繪圖中，所有設備構件及管件等都可以精準設計，設計人員要合理安排擺放設備，確定管道走向，管徑大小，管道材質及管道連接方式等。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，進行工程的成本預算等工作。
參數(shù)化設計主要包括項目參數(shù)和共享參數(shù)，是指機電各專業(yè)內部的參數(shù)，如給排水專業(yè)設備明細表中需統(tǒng)計的設備族參數(shù)、標準圖框的信息欄對應的項目參數(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)負責人完成，以保障參數(shù)的統(tǒng)一性。
構建參數(shù)化可以為設計思考和創(chuàng)意提供一個開放的圖形式系統(tǒng)。參數(shù)化構建不需要編程語言或代碼便可用于錯綜復雜的建筑設備及管道系統(tǒng)的裝備。重慶某商貿(mào)物流項目運用BIM技術采用參數(shù)化設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)的空間結構，以及構件和設備的幾何信息。
圖2 某商貿(mào)中給水排水消防系統(tǒng)BIM模型
3.協(xié)同設計
協(xié)同設計是指一個完整的組織機構共同來完成一個項目。建筑、結構、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計時，需要結合建筑結構資料，較為復雜，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，調整起來很繁瑣，影響工作質量。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，設備管線越多，越錯綜復雜，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，檢測內容及時反饋給各專業(yè)設計人員以進行調整和修改。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)設計失誤，導致后續(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，能夠為各專業(yè)的安裝和施工提供準確的構件信息和定位尺寸等數(shù)據(jù)，最終達到指導施工、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平臺中的設計能夠智能檢測出全部碰撞，便于設計人員修改，提高施工質量。
圖3 沖突報告檢測內容
圖4 綜合管線碰撞示意圖
BIM運用中的問題及解決方法
BIM在工程設計中已占據(jù)越來越重要的地位，然而在給排水消防設計中依然存在一定的問題，具體如下：
1）目前BIM設計未形成統(tǒng)一的給排水設計標準，未能統(tǒng)一導致不同設計人員設計差異頗大，對整體設計行業(yè)影響不好。政府和行業(yè)應整體推進推廣BIM 應用工作，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”的調用及其參數(shù)設置上，然而BIM設計中給水排水的很多設備還未構建在BIM的族庫中，同時，符合中國建筑設計標準的構件更為缺少。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計意圖、指導施工，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，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，核算過程較為復雜，需要設計人員加倍細心，保質保量完成每一步。
BIM技術與傳統(tǒng)CAD技術的優(yōu)劣比較
通過Revit在建筑給排水消防設計中的運用實踐，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的CAD 設計模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代設計的需求，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技術在施工圖階段效率低下，易出現(xiàn)管線碰撞，設計漏洞等；而BIM技術運用設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，開啟設計優(yōu)化模式。
2）傳統(tǒng)CAD技術需要人工統(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，尤其是對于復雜的工程項目，難以保證施工進度；BIM技術可實現(xiàn)設計內容協(xié)同一致，充分有效利用項目信息，縮短建設周期，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技術使用更加快捷方便，出圖率高；BIM技術中快捷鍵的使用相對弱化，在項目中已建成的單體構筑物二次利用難度較大，現(xiàn)有的模型復制和移動時經(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，建筑信息模型技術在建筑工程領域取得了大量的應用成果。BIM作為一種新理念得到了業(yè)內的普遍認可。雖然目前國內BIM設計技術還未廣泛使用，行業(yè)內仍以CAD為主，但BIM的巨大優(yōu)勢必將引領設計的新征程。同時，BIM技術在建筑給排水設計中存在的問題還需積極探究解決，確保在建筑給排水設計中BIM技術的優(yōu)勢能得到充分發(fā)揮。相信在未來設計市場，BIM設計技術將會具有更加良好的發(fā)展前景和商業(yè)價值。
文章來源：重慶設計院
責任編輯：書予
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