建筑给排水设计中BIM 技术的应用实践

文／张莉莉 中铁上海设计院集团有限公司 上海 200070

引言：

在现代建筑设计中，具有较高信息化水平以及具有三维可视化功能的BIM 技术的应用范围不断扩大，已经逐步被引入了多个专项工程的设计领域中。特别是在新时期的建筑工程给排水系统设计中，由于现代建筑工程不仅结构更加复杂多元，且在建筑内部同时存在多种类型的管线设施，给建筑给排水系统的设计带来了较大的难度。传统的CAD 等设计软件仍局限于二维平面范畴，设计人员难以直观的了解管线布局结构，且对设计方案进行修改完善的难度也相对较大，制约了给排水设计水平的提高。因此，设计人员应加强对BIM 技术的研究，充分发挥BIM 技术在建筑给排水系统设计中的优势，并要结合给排水设计的实际需要科学应用BIM 技术，全面提高设计质量，从而为我国建筑行业的现代化发展提供有力支持。

1.概述建筑给排水设计中的BIM 技术

BIM，即Building Information Modeling 的简称，也就是建筑信息模型，是一项具有较高信息化、自动化水平的先进技术，其在建筑行业中得到了越来越广泛的应 用[1]。而建筑给排水设计中的BIM 技术应用则是将给排水系统的基本构建以及相关要素作为一个基本单元，并在该单元内集成各项相关数据信息，以建立三维立体模型的设计手段。建筑给排水系统的BIM 模型中既能够集成海量数据，为设计工作提供可靠的数据依据，而且也是设计各项数据的交流与共享的平台基础。

2.建筑给排水系统设计中BIM 技术应用优势分析

2.1 能够使三维可视化设计得以实现

与传统的二维平面设计技术不同，BIM 技术具有三维可视化功能，能够有效解决在二维平面设计中存在的设计人员仅能根据抽象参数来大致了解给排水管道布局设计效果以及在设计图纸中只能通过图例方式标识管道附件尺寸规格等问题。通过BIM 技术的应用可以帮助设计人员以实时立体化方式直观的呈现建筑给排水系统的设计方案，且能够以真实尺寸来呈现给排水系统中的各类管件、设备以及阀门等配件。同时，设计人员还可以直接了解给排水管件的空间占用情况以及管件安装后的效果等。此外，应用BIM 技术后还能够通过设定范围来自动完成任意构件两点净距的检查以及标注。因此在建筑给排水系统设计中的应用已经突破了传统的画图工具范畴，其能够为设计人员提供更加直观立体的设计手段，使设计人员能够从任意角度对给排水系统的设计效果进行观察检测，特别是BIM技术的漫游功能还能帮助设计人员获得极为真实的感受，能够以接近亲临建筑内部的视角来对建筑工程内部结构进行观察了解，直观的掌握建筑内部给排水管道布局，各种配套设施的设计效果等，并可以模拟体验建筑给排水系统的运行效果，从而对设计方案进行相应的优化调整，确保建筑给排水管道的布局、走向以及连接方式合理，给排水管道以及配件的材质规格选择科学，各项设计参数均符合相关技术规范要求，从而为全面提高建筑给排水系统的设计质量提供重要技术支撑。

2.2 能够便捷对建筑给排水设计进行修改完善

应用传统的CAD 等软件对建筑工程给排水系统的设计方案进行修改完善时不仅需要设计人员进行大量的工作，且修改后的设计参数也往往无法与相关分项工程的设计实现有效的交流共享。而在应用BIM 技术后，设计人员可以同时通过不同剖面、不同窗口以及不同角度来观察了解设计效果，且能够在任意窗口十分便捷对设计方案加以修改更新，而修改后的设计数据能够自动向其他窗口自动、实时反馈，并同步完成修改处理，不仅极大的降低了设计人员的工作强度，而且也能够减少由于人为因为而产生的设计问题。

2.3 能够更好配合建筑其他专项工程

在建筑工程的给排水系统设计实践中，不同分项工程的设计协同问题往往是建筑工程设计中的重难点环节。由于在现代建筑工程中包括了多种类型、不同功能的管线设施，且管线的布局结构等还会对建筑的土建结构等产生一定的影响，因此比较容易出现不同专项工程设计之间的冲突矛盾，传统的设计手段和方法难以解决这一问题。而应用BIM 技术后可以充分利用其在网络信息技术方面的巨大优势，构建数据信息的共享交流平台，这样就可以实现不同专项设计之间数据信息的实时共享，从而能够使建筑给排水设计的效率和质量得到全面的提升。

2.4 能够利用虚拟模拟功能开展仿真分析

在传统的建筑给排水设计中，设计人员仅能够比较粗略的对系统进行水力学计算分析，难以掌握真实的流体情况，这使得这种计算主要依赖于设计人员的经验，存在一定的不确定信息。而应用BIM 技术来设计建筑工程的给排水系统则能够利用BIM 技术的虚拟模拟功能，在BIM模型中对管路内部的流体动态进行虚拟仿真，从而模拟出其真实运行状态，为水力计算分析提供可靠的参考依据，因此能够有效提高给排水设计质量，为给排水系统实现安全稳定运行提供更加可靠的保障。

2.5 能够为数据信息的交流共享提供平台基础

建筑工程给排水系统的设计所涉及的相关方较多，且需要为后续的施工建设提供指导，而传统的二维图纸不便于携带、读图以及保存。在二维图纸内往往只能抽象的标注涉及参数，这给设计图纸的解读和使用均带来了一定的难度。而应用BIM 技术后则可以构建BIM 三维模型。BIM 模型中不仅能够高度集成各种数据信息，而且可以利用插件转化成轻量化模型后生成二维码，利用手机、电脑或者其他移动终端等十分便捷对BIM模型进行调取查看，各相关方均能够获取完整的BIM 模型数据，并可以通过点击模型对其进行局部放大，以直观的了解其细节信息，从而为各相关方使用、了解建筑给排水设计图纸以及管理维护提供了便利。

3.建筑工程给排水系统设计实践中BIM 技术主要应用途径分析

3.1 在建筑给排水系统碰撞检查中应用BIM 技术

在建筑工程给排水系统的设计工作中，碰撞检查是一个关键性环节，直接关系到设计的质量和水平，且会对给排水系统能否实现安全稳定运行产生较大的影响。而现代建筑中的给排水系统结构复杂，且与多个分项工程密切相关，客观上加大了碰撞检查工作的难度，因此在碰撞检查实践中应积极应用BIM 技术。通过应用BIM 系统中的Navisworks 等专业软件，可以基于revit 模型十分便捷的开展碰撞分析工作[2]。由于BIM 模型具有三维可视化功能，也为碰撞检查创造了便利条件。设计人员可以综合应用Navisworks 等软件来排查冲突点，且能够自动对碰撞点进行标识。例如给排水管线自身专业间的碰撞（给排水立管与消防立管的冲突）；给排水专业与其他专业管线的碰撞（给排水管线与暖通立管的冲突）；与结构梁的碰撞等等。同时，设计人员在碰撞检查后还可以直接在BIM模型中进行修改，且修改后也能够及时反馈到各专项模型中，从而为再次开展碰撞检查以及对给排水设计方案进行完善优化提供了便利。

3.2 在建筑给排水系统参数化设计中应用BIM 技术

在建筑工程的给排水系统设计中，参数计算的准确性对设计质量会产生极大的影响，因此设计人员应积极应用BIM 技术来开展参数化设计，以提高设计效率和质量。BIM 模型中不仅集成了各类设计参数，而且还配有专业的计算分析软件，设计人员可以利用BIM 系统进行计算公式选择，而系统则能够自动完成相关数据的计算分析工作。同时，当设计人员对设计方案中的一项数据进行修改后，所有相关参数也能够自动完成相应的修正处理，极大的降低了设计难度，也减轻了设计人员的工作强度。

3.3 应用BIM 技术独立开展建筑给排水系统设计

由于建筑工程的给排水系统是贯穿于建筑的各楼层中，与建筑工程结构以及相关分项工程之间均存在密切的关联性，这使得给排水设计的难度较大。但通过BIM 技术的应用能够在BIM 模型中集成建筑主体结构的各项数据信息，且能够相对独立的完成设计工作。即使需要在其他楼层对给排水系统参数进行修改，revit 也能够自动根据设计参数变化对相关管网设计参数加以调整，设计人员只需在revit中调整相应的族参数即可完成设计修改工作。

3.4 在建筑给排水系统综合设计中应用BIM 技术

建筑工程的给排水管道设计是一项具有极高复杂性的系统性工作，因此设计人员应积极应用BIM 技术开展综合设计，以提高设计效率以及设计质量。BIM 技术的应用能够有效解决传统设计方式中拍图较为繁琐等问题，并能够直接在BIM 模型中展示经过管线综合分析后管道净空高度等数据。同时，BIM 技术在建筑给排水设计实践中还可以开展模拟试验来完成管道设计，从而减少碰撞冲突现象的出现。

3.5 应用BIM 技术对建筑给排水系统设计方案进行模拟优化

在一些建筑工程的给排水系统中，由于设计人员没有充分考虑管道以及相关设备的实际安装要求，导致在按照设计图纸施工中往往出现预留空间不足等问题，这不仅影响了设计方案的贯彻执行，而且还会造成资源浪费以及工程进度延误等一系列的问题。因此设计人员应充分利用BIM 技术的虚拟模拟功能，在设计阶段既结合给排水管道设备实际安装规范要求来进行模拟，以及明确在安装以及后续维护管理工作中所需要的空间面积，从而为设计方案的优化提供可靠的参考依据。

3.6 在建筑给排水系统协同设计中应用BIM 技术

应用BIM 技术在建筑给排水工程中开展协同设计是BIM 技术的一个重要应用途径。现代建筑工程中往往由土建（即建筑结构幕墙钢结构等专业）搭起建筑工程大的框架、还有机电相关专业（暖通空调系统、强弱电系统以及通信系统等专业）各类型的管线设施进行填充，彼此间关系密切。因此应积极应用BIM 技术构建BIM 模型，从而为各专业设计之间的相互协调配合提供重要的基础。在BIM模型中，所有专业的设计信息均能够实现交流与共享，这样建筑给排水设计人员就能够十分便捷且全面的了解建筑工程其他专业的设计情况。同时，一旦设计人员对给排水系统设计方案进行改动，或者其他专项设计方案发生变化时，均能够实时反馈至BIM 模型，确保各相关工程设计人员均能够及时获取相应的数据信息，从而为尽量减少碰撞冲突提供了技术保证。

3.7 在建筑给排水系统工程量计算中应用BIM 技术

工程量计算是建筑工程给排水系统设计中的重要内容之一，其对于工程预算编制以及造价控制等均具有重要的作用。但是较为复杂的建筑给排水系统在传统二维设计时，工程量的计算有一定的难度。因此，设计人员应积极应用BIM 技术，通过建模分析以及BIM 系统中的专业数据分析软件等自动完成工程量的测算。同时，BIM 技术还可以在设计人员调整设计方案后，自动根据修正后的设计参数来对工程量设计结果进行相应的调整，从而减少了人为因素对工程量设计准确性的影响，确保工程量计算分析科学、客观。

4.建筑工程给排水系统设计中BIM 技术实践应用要点分析

在建筑工程给排水系统的设计实践中应用BIM 技术一般包括前期准确、三维模型构建、确定设计参数以及碰撞检查等环节。本文将以某办公建筑工程为例，分析BIM技术在给排水设计实践中的应用要点。

4.1 BIM 技术应用准备分析

在应用BIM 技术开展建筑给排水系统设计的前期准备阶段，设计人员应全面收集工程项目导图、工程资料以及工作集等数据信息。设计人员可以利用revit 等软件建立中心模型，并向模型中输入各项数据信息，并构建数据库。在数据库中应包括相关管材的类型、尺寸规格以及各类型配件设备的基本参数的基本信息，同时还应涵盖建筑工程的设计高度、建筑结构轴线定位坐标以及建筑结构设计参数等，为BIM 模型的构建提供可靠的参考依据。

4.2 构建BIM 模型

当完成前期准备工作后，设计人员应以建筑给排水系统的二维图纸参数为基础，结合相关分项工程工作面数据等对模型进行对位处理。同时，设计人员应抽取轴向数据作为三维BIM模型的核心，以便以此为基础进行三维建模，从而确保BIM 模型的构建详细、精确。

4.3 基于BIM 模型开展给排水系统设计

设计人员在BIM 模型中进行建筑工程的给排水系统设计时，应根据给排水系统的实际情况来进行系统创建。在该办公工程设有生活给水系统、热水系统、排水系统、雨水排水系统、室外消防系统、室内消火栓系统、自动喷淋灭火系统、气体灭火系统、干粉灭火系统，并配置灭火器。

在设计建筑工程的排水管道时，一般包括立管以及横管等。其中在布置立管时应合理确定其在建筑水平方向及上的布设点位，并利用模型查看立管位置是否贯通，是否与结构梁碰撞，或者穿越了不该穿越的房间，有问题及时在模型里进行更改。设计人员可以按照相关设计规范要求，在revit 给排水模型中进行参数取值，并在取得了参数值后，结合排水横管参数来确定其位置、材质和尺寸规格。而在设计建筑排水系统的横管时，设计人员可以以建筑平面模型为基础，综合分析各项数据，确定管道的走向，并在revit 操作页面的管道属性以及参数选项中选择确定管道的设计位置、标高、管材、尺寸规格、设计坡度和其他附件的位置等各项参数。同时，设计人员可以直接在revit三维模型中直观的看到设计方案的实际呈现效果，从而能够更好改进优化建筑给排水设计。在该办公工程中卫生间的设计为例，排水横干管一般布置于梁下，设置坡度（不同管材不同管径不一样，以规范规定的为准），排水立管以计算结果为准，位置一般布置在靠墙的角落处。之后设计人员可以在revit 中选择所需的卫生器具（比如洗脸盆、马桶、蹲便器、小便器等），并通过软件自带的连接到功能，使得这些卫生洁具与给排水管道之间的完成链接。在完成上述设计后，设计人员可以直接选择BIM系统的自动生成布局功能，BIM 技术即可自动按照相关参数设定来给出多种给排水系统的布局方案。此时，设计人员则应结合建筑工程的整体结构以及相关因素对不同设计方案进行综合性的比选分析，选择一个最佳方案，并可以以其为基础进行进一步的优化改进，从而完成建筑给排水系统的初步设计工作。给水设计也是同理。

雨水系统的设计也可根据三维模型进行优化，如进行汇水面积分析；利用管线穿梁进行净高优化等等。

4.4 利用BIM 技术优化给排水系统设计方案

当建筑工程给排水系统的初步设计完成后，设计人员还需要应用Navisworks 等软件开展碰撞检查。由于在给排水系统的设计中，管线往往需要穿越建筑结构楼板，同时在建筑内部该存在着其他多种专业的管线，因此给排水管线的布局、走向以及洞口预留等均有可能与建筑结构件或者其他管线之间存在冲突。设计人员可以按照建筑楼层作为碰撞检查单元，并在单元内集成与给排水系统相关的所有数据信息，以便于碰撞检查的开展。在利用Navisworks 软件进行碰撞检查时，其能够自动完成碰撞报告的编制。在碰撞报告中应有项目名称、碰撞位置坐标以及相应的图像数据，从而直观的呈现碰撞检查的结果。而设计人员则应在BIM 模型中对排查出来的错误ID 逐一加以修正。修改时一般应遵循以主干管、大管以及大工程量部分为主的原则，优化分支管以及小管的布局设计，且应合理控制工程量。在模型中能够对阀门等细节进行全面的碰撞检查，且能够在设计人员完成修正后即时呈现优化后的效果，以便于进行二次以及多次碰撞检查，从而全面提高建筑工程给排水系统的设计水平和质量。在完成全部设计后，设计人员可以应用revit 完成出图工作，比如平面图、系统图、留洞图、剖面图、大样图等等。

结语：

为适应现代建筑给排水系统设计的实际需要，设计人员应在设计实践中积极引入BIM 等先进技术手段，并充分发挥其在三维可视化、信息化以及虚拟模拟等方面的技术优势，全面提高建筑工程给排水系统的设计水平和质量。同时，设计人员应不断总结BIM 技术在建筑给排水设计实践中的应用经验，并在此基础上进一步扩大其应用范围，逐步提高BIM 技术的应用有效性、科学性以及规范性，从而推动我国建筑设计行业的现代化发展。