BIM在建筑給排水工程設(shè)計中的應(yīng)用

【摘要】BIM技術(shù)利用三維建模方式提高了建筑設(shè)計精度，在給排水等建筑系統(tǒng)設(shè)計當中應(yīng)用廣泛。建筑設(shè)計師在給排水設(shè)計當中，需要充分利用BIM模型優(yōu)勢，在推進全生命周期的建筑工程設(shè)計和管理體系建設(shè)當中，通過搭建多場景模型的方式，在確定建筑數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行給排水系統(tǒng)設(shè)計。同時針對此前CAD設(shè)計中存在的管線避讓、系統(tǒng)碰撞問題進行重新的調(diào)整優(yōu)化設(shè)計，提高設(shè)計精度。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù);建筑工程;設(shè)計;給排水系統(tǒng)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.33.036

BIM技術(shù)的出現(xiàn)極大地改變了傳統(tǒng)建筑工程設(shè)計方式方法，其中三維建模模式的應(yīng)用，彌補了原有CAD圖紙設(shè)計在立體信息展現(xiàn)方面的不足的同時，也使得在建筑設(shè)計技術(shù)交底中，設(shè)計信息的理解門檻更低，多方之間的交流協(xié)同目的性更加準確。BIM技術(shù)的優(yōu)勢體現(xiàn)在其所具有的三維模型數(shù)據(jù)信息的內(nèi)容完備性層面，對于建筑設(shè)計師來說，應(yīng)用BIM模型設(shè)計能夠在建筑已有的設(shè)計方案基礎(chǔ)之上進行更深層次的建筑綠色性能、可持續(xù)運營等方面的優(yōu)勢。在當前的建筑工程背景下，BIM技術(shù)應(yīng)用逐漸廣泛，同時衍生出了以BIM技術(shù)為核心的多方協(xié)同的建筑設(shè)計生產(chǎn)模式，極大地提高多方溝通效率，提升了建筑設(shè)計質(zhì)量水平。

1、建筑工程項目中BIM技術(shù)的應(yīng)用

1.1建筑工程全生命周期應(yīng)用

全生命周期的技術(shù)應(yīng)用是BIM技術(shù)在建筑工程項目當中的典型特征，結(jié)合建筑項目設(shè)計到施工再到交驗的全過程需求，BIM均引用相應(yīng)的階段性應(yīng)用價值。方案設(shè)計階段，BIM建模能夠針對當前建筑項目方案開展建筑應(yīng)用定位和效能分析，引入復(fù)雜的環(huán)境系統(tǒng)數(shù)據(jù)，完成建筑性能的綜合分析，確保項目方案全面精準;建筑設(shè)計階段，BIM建?？梢灾苯訉⒃O(shè)計師的設(shè)計理念和呈現(xiàn)出的建筑效果以可視化的形式體現(xiàn)出來，同時以仿真可視的形式將建筑設(shè)計最終形態(tài)通過三維立體呈現(xiàn)出來，多方在進行技術(shù)較低和施工前交流中，能夠直接通過三維模型對各個建筑施工細節(jié)進行碰頭對接，避免交流壁壘導(dǎo)致施工效率降低;施工階段中，BIM建模能夠更好地指導(dǎo)各個階段的施工實務(wù)，并針對當前施工進度和施工技術(shù)特征以三維模型的方式進行動態(tài)跟蹤，針對施工中存在的問題進行精確的施工復(fù)核，保證施工質(zhì)量;在建筑運營階段，BIM技術(shù)能夠提供詳細的建筑信息報表，為后續(xù)的建筑運營提供技術(shù)性數(shù)據(jù)支持，降低項目的運營成本。

1.2 BIM技術(shù)在建筑工程設(shè)計中的特點和優(yōu)勢

綜合比對BIM技術(shù)與傳統(tǒng)CAD技術(shù)為代表的技術(shù)手段后可以發(fā)現(xiàn)，BIM技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在其所擁有的幾個方面特征之上。首先BIM技術(shù)擁有模擬性特征，是一種基于三維模型的建模技術(shù)，能夠?qū)⒄鎸嵉慕ㄖh(huán)境以等比例還原的方式進行呈現(xiàn);其二是協(xié)調(diào)性，BIM技術(shù)能夠為多方參與協(xié)同提供交流場景，實現(xiàn)高效率的內(nèi)部技術(shù)碰頭，降低后期施工出現(xiàn)技術(shù)變量幾率;其三是具有全面優(yōu)化性，BIM技術(shù)應(yīng)用中能夠?qū)崟r動態(tài)地進行施工環(huán)節(jié)調(diào)整，最大限度避免出現(xiàn)施工失誤，降低異常狀況突發(fā)狀況的出現(xiàn);最后是可視化，BIM 所完成的三維建模以真實準確的可視化信息來進行呈現(xiàn)，各方能夠通過不同視角、不同關(guān)聯(lián)性對建筑設(shè)計的內(nèi)部細節(jié)進行查閱和分析，明確建筑整體構(gòu)造。

2、建筑給排水設(shè)計基本情況

2.1 建筑給排水設(shè)計的主要目標

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平逐漸提高，城市化建設(shè)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平也相應(yīng)提升，大量的面向城市居民建筑項目開始出現(xiàn)，在呈現(xiàn)數(shù)量豐富性的同時也呈現(xiàn)出復(fù)雜性特點。土建工程逐漸成為社會熱門行業(yè)的同時，相應(yīng)的建筑設(shè)計與施工管理也有了更為精準嚴苛的質(zhì)量標準要求。同時，隨著綠色建筑標準的出臺，在建筑工程當中執(zhí)行綠色節(jié)能、環(huán)保的技術(shù)升級也成為社會關(guān)注的重點。給排水項目在建筑工程當中雖然相比于其他建筑環(huán)節(jié)受到的關(guān)注和投入的精力都較小，但是對于建筑使用舒適度、綠色節(jié)能水平等，都有著較大的影響，通過給排水的精準射擊，要保證系統(tǒng)運行的立場性和穩(wěn)定性，使建筑能夠真正用上放心水、安全水，提高水資源利用效率，提高生活質(zhì)量。

2.2建筑給排水設(shè)計的主要環(huán)節(jié)

根據(jù)居民建筑的工程設(shè)計特點，面向居民生活需求的給排水系統(tǒng)主要分為多個應(yīng)用模塊，較為常見的模塊由市政供水系統(tǒng)和內(nèi)部排水系統(tǒng)共同組成。其中室內(nèi)采用市政自來水供水，搭建相應(yīng)的積水系統(tǒng)。通常會根據(jù)建筑物本身的 層高，設(shè)置若干個給水分區(qū)。其中在低層建筑當中設(shè)置直接供水系統(tǒng)，由市政自來水進行直接供水;高層建筑給水系統(tǒng)需采用變頻加壓設(shè)備進行有效供水。除了兩個環(huán)節(jié)之外，建筑系統(tǒng)內(nèi)部還需要設(shè)置消火栓供水和自動噴水滅火供水兩個重要的分區(qū)。

在內(nèi)部排水方面，主要以衛(wèi)生間排水和綠建中水回流兩組系統(tǒng)為主要設(shè)計內(nèi)容。其中衛(wèi)生間排水主要采用地面重力排水或虹吸式排水進行內(nèi)部污水引流排放，使污水排入到室外污水井中。中水回流主要以雨水收集為主，通過布設(shè)在建筑物頂端的雨水中水收集系統(tǒng)對降水進行收集存儲，并將其應(yīng)用于綠化灌溉等方面，實現(xiàn)中水的二次利用，最大限度發(fā)揮中水資源優(yōu)勢。

2.3建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計方式與難點

建筑設(shè)計當中給排水系統(tǒng)設(shè)計需要考慮多個方面，其中給水系統(tǒng)需要滿足生活給水和消防給水的不同給水需求，排水系統(tǒng)則需要采用分離管道設(shè)計方式，將不同排水進行類型區(qū)分，保證排放和再利用?，F(xiàn)代建筑項目當中管道系統(tǒng)設(shè)計需要堅持多樣化原則，在建筑物內(nèi)部的給排水系統(tǒng)當中，需要針對不同的功能需求設(shè)置不同材質(zhì)、類型、直徑的管道設(shè)備，同時還需要結(jié)合暖通和電氣的布設(shè)情況進行環(huán)境調(diào)整。在早期的建筑工程項目當中，給排水系統(tǒng)所采用的硬件管道材料主要以通關(guān)、鍍鋅鋼管等金屬材料為主，隨著材料技術(shù)發(fā)展，目前給排水系統(tǒng)設(shè)計中主要改用聚氯乙烯、高密度依稀、復(fù)合管道等新型管道材料，相應(yīng)的在強度、環(huán)境腐蝕方面需要進行更為復(fù)雜的實用設(shè)計和造價設(shè)計。

現(xiàn)階段給排水系統(tǒng)設(shè)計更多應(yīng)用CAD方法開展，傳統(tǒng)CAD應(yīng)用二維圖紙進行設(shè)計系統(tǒng)繪制，但是其可視能力較差，對于相對復(fù)雜的建筑環(huán)境或較為龐大的給排水系統(tǒng)，CAD應(yīng)用價值十分有限，不僅容易造成施工環(huán)節(jié)的困擾，還會導(dǎo)致施工進度緩慢，甚至導(dǎo)致多個環(huán)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計碰撞，需要重新調(diào)整設(shè)計來進行改良。部分建筑細節(jié)內(nèi)容以文字形式進行呈現(xiàn)，沒有響應(yīng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，導(dǎo)致施工環(huán)節(jié)各方人員交流困難，容易出錯。BIM技術(shù)的應(yīng)用為建筑工程設(shè)計尤其是給排水等復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計帶來的發(fā)展創(chuàng)新的曙光。

3、給排水系統(tǒng)中BIM技術(shù)的應(yīng)用

3.1搭建BIM模型

BIM模型主要針對建筑工程設(shè)計情況進行三維仿真模擬，目前應(yīng)用在建筑工程項目中的BIM模型根據(jù)應(yīng)用場景主要分為整體建筑模型、建筑結(jié)構(gòu)模型、暖通電氣模型和給排水模型等幾種，而在實際的建筑施工中，多場景模型需要進行模型整合，最終確定模型對應(yīng)的實體位置，保障施工過程中相關(guān)系統(tǒng)設(shè)施的布設(shè)準確。

給排水系統(tǒng)在BIM系統(tǒng)設(shè)計當中，為了能夠?qū)崿F(xiàn)多BIM場景模型的相互整合，需要進行幾個方面的工作項目。首先，建筑設(shè)計師需要對現(xiàn)有的建筑項目CAD二維圖紙數(shù)據(jù)進行信息分析。國內(nèi)建筑審批中設(shè)計院仍然以CAD為設(shè)計基準，提供相關(guān)的建筑數(shù)據(jù)。建筑設(shè)計師必須在拿到CAD圖紙后，結(jié)合CAD數(shù)據(jù)信息的分析，將原本二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為三維的BIM數(shù)據(jù)，完成前期設(shè)計的整體規(guī)劃;隨后，設(shè)計師應(yīng)當針對BIM技術(shù)以及圖紙信息當中的相關(guān)標準，創(chuàng)建項目樣板，利用項目樣板的方式，將給排水系統(tǒng)當中各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息進行確定，其中給排水系統(tǒng)的材質(zhì)要求、線路走向以及線寬設(shè)置等，都要在這一階段明確。設(shè)計師可以采用revit軟件進行相關(guān)數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入，完成樣板創(chuàng)建，作為設(shè)計指導(dǎo);最后，設(shè)計師需要結(jié)合已完成創(chuàng)建的項目樣板，設(shè)置相應(yīng)的給排水系統(tǒng)模型，再將其他場景模型與給排水模型進行融合對應(yīng)，對及排水系統(tǒng)預(yù)設(shè)計是否滿足其他模型中場景仿真要求，進行判斷。這一階段主要判斷對象為給排水系統(tǒng)走線情況是否存在與暖通、電氣系統(tǒng)之間的矛盾沖突，對于存在的沖突，需要重新進行細節(jié)數(shù)據(jù)調(diào)整，并導(dǎo)出相關(guān)調(diào)整后的數(shù)據(jù)，以軸網(wǎng)、標高等數(shù)據(jù)進行場景呈現(xiàn)。

3.2 BIM中給排水系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化

首先，設(shè)計師需要結(jié)合建筑情況和給排水系統(tǒng)進行前期分析。其中建筑設(shè)計高度與建筑的使用功能不同，需要以建筑預(yù)期吊頂方式為前提，確定建筑凈空間高度，明確當前高度下的給排水系統(tǒng)運行機制，同時結(jié)合常規(guī)建筑布設(shè)方案，對給排水、暖通和電氣三個方面的管線走線方式進行預(yù)估，判斷其是否出現(xiàn)穿越重要大梁的可能，如果出現(xiàn)這種可能，需要通過位置平移或垂直設(shè)置的方式進行規(guī)避。

其次，建筑設(shè)計師在執(zhí)行設(shè)計中，應(yīng)當進行管線避讓的全面優(yōu)化。BIM系統(tǒng)應(yīng)用中需要在相同空間內(nèi)根據(jù)管線情況來進行避讓設(shè)計，提高空間利用率的同時，避免出現(xiàn)資源浪費。目前BIM中管線避讓設(shè)計一般遵循管徑差異、壓力差異和系統(tǒng)差異三個方面原則，設(shè)置大管徑、無壓、高壓管優(yōu)先原則。排水管、熱水管、風(fēng)管優(yōu)先原則進行管線避讓，最大限度發(fā)揮空間效果。

最后，系統(tǒng)設(shè)計當中還需要針對碰撞情況進行重新的調(diào)整和優(yōu)化。BIM模型設(shè)計應(yīng)用可以針對多系統(tǒng)協(xié)調(diào)來實現(xiàn)碰撞優(yōu)化，針對傳統(tǒng)CAD平面中未考慮高差情況的系統(tǒng)碰撞，通過BIM審查的方式來進行系統(tǒng)重構(gòu)，實現(xiàn)碰撞優(yōu)化，避免給排水系統(tǒng)出現(xiàn)與梁柱、其他系統(tǒng)之間管道彼此碰撞，影響施工進度，借助BIM的空間控制優(yōu)化，發(fā)揮設(shè)計統(tǒng)籌優(yōu)勢。

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作者簡介：

張福利（1988.09—），女，山東濟寧市嘉祥縣，中級工程師，研究生，研究方向：給排水。