基于BIM技术的叠合板管线优化设计研究.pdf

建筑经济CONSTRUCTION ECONOMY第 44 卷第 S1 期2023 年 7 月Vol.44 No.S1Jul.2023摘要：叠合板管线系统是装配式建筑中重要的组成要素，BIM技术的应用为叠合板管线优化提供了高效、可靠的设计技术手段。从BIM技术的应用特征和传统设计方式的局限性出发，探讨BIM技术应用于叠合板管线设计的优势。利用BIM技术在模型建立、碰撞可视化和优化设计等方面的特点，研究叠合板管线在优化设计阶段BIM技术的运用方法和基本流程。研究表明，BIM技术可以有效解决叠合板的管线冲突问题，提升叠合板管线设计的质量和效率。关键词：BIM；叠合板；管线优化中图分类号：TU17文献标识码：A文章编号：1002-851X（2023）S1-0331-04DOI：10.14181/ki.1002-851x.2023S1331Research on Optimization Design of Composite Slab Pipeline Based on BIM TechnologyMA Baoliang，LI Jianda，JIA Peng，WANG Hong（CCCC-SHEC Dongmeng Engineering Co.，Ltd，Xi an 710065，China）Abstract：Composite slab piping systems are important components in prefabricated construction，and the application of Building Information Modeling（BIM）technology provides an efficient and reliable design technique for optimizing composite slab piping.Starting from the characteristics of BIM technology and the limitations of traditional design methods，this paper explores the advantages of applying BIM technology to the design of composite slab piping systems.By utilizing the features of BIM technology in model creation，clash visualization，and design optimization，the paper investigates the application methods and basic workflow of BIM technology in the optimization design stage of composite slab piping systems.The result shows that BIM technology can effectively address piping conflicts in composite slabs and enhance the quality and efficiency of design for piping systems in composite slabs.Keywords：BIM；composite slab；pipeline optimization1引言为满足人们对新住房和基础设施日益增长的需求，装配式建筑的技术革新逐渐成为国家和地方政府的发展重点。2016年国务院发布了 关于大力发展装配式建筑的指导意见，促进建筑领域的改革和结构调整。住房城乡建设部印发的 “十三五”装配式建筑行动方案 中，强调了由传统建筑模式向装配式建筑升级转型的战略实施方向。发展装配式建筑，能够减少污染、降低对能耗和劳动力需求，对推动我国发展成为建筑强国具有重要战略意义。相比于传统建筑现场浇筑混凝土构件，装配式建筑将梁、柱、板、墙、楼梯和阳台等划分为单独的构件，在工厂进行标准化、工业化、机械化地预制加工，施工现场只需要对预制构件进行拼接组装，不仅加快了施工速度，而且能够减少能源损耗和对劳动力的需求。相比于传统现浇楼板，叠合板的施工特点和优势突出，已被大规模应用于装配式建筑中，尤其适用于建筑刚度要求高或者开间较大的高层建筑，是发展较为成熟的预制 构件。作者简介：马保亮，高级工程师，主要从事工程管理与施工技术 工作。基于BIM技术的叠合板管线优化设计研究马保亮，李建达，贾鹏，王宏（中交二公局东萌工程有限公司，陕西 西安 710065）建 筑 经 济2023年332机电管线的预埋和安装同样是建筑施工进程中重要的一环，相比于传统现浇建筑，叠合板的管线排布要更为复杂，在叠合板内埋置管线和预埋件，不能按照传统施工的思维，因为叠合板的厚度和尺寸通常限制了管线系统的布置空间，在有限的空间中管线的布置要尽可能分层排布、错位布置，减少管线二次交叉，避免管线三次交叉，减少因管线排布不合理造成的人力、财力的浪费。目前设计人员大部分使用CAD设计软件来构建图纸，但随着建筑在消防、照明、能源、排水、数控等功能的多方面综合性提升，管线系统的排布趋于复杂，采用传统的CAD设计模式具有诸多瓶颈，容易造成管线系统之间的交叉冲突、碰撞干扰以及预留预埋的偏差，无法满足叠合板结构的设计精确度要求。建筑信息模型（Building Information Modeling，以下简称BIM）技术的出现有效克服了传统CAD设计模式的局限性，解决了叠合板管线系统在设计层面的问题。本文通过研究BIM技术在叠合板管线设计中的应用方法和优化流程，为进一步推动BIM技术应用于叠合板管线优化设计中奠定坚实的基础。2BIM技术应用在叠合板管线优化设计中的优势叠合板管线的埋置在装配式建筑施工中占据重要的部分，管线排布密集、叠合板厚度和空间的限制以及叠合板预制板拼接过程中的人为误差，都可能会造成叠合板管线敷设过程中碰撞冲突、多重交叉等。传统叠合板管线排布是通过二维绘图软件CAD进行设计的，使用二维绘图软件CAD设计优化叠合板管线线路，并不能很好地解决施工过程中可能产生的问题。传统设计模式的CAD图纸受限于二维的平面内，仅是对点、线、面的简单几何操作，同一结构可能需要多张图纸进行表达，相同信息的重复输入与储存增加了设计单位和技术人员繁重的工作量。在这些零散的图纸中只能观测到叠合板管线的大致埋设线路，难以发现管线之间的碰撞和交叉冲突，是造成传统设计模式局限性的原因所在。可视化作为BIM最显著的特征之一，可以创建精确的三维叠合板结构和管线系统模型，可以更直观地展现叠合板结构的空间视图、设备定位和碰撞可视化等，有助于设计团队理解和评估叠合板管线排布的不足和矛盾。叠合板管线在施工过程中会出现一系列工程问题，如各类管线与构件碰撞冲突、管线与管线多重交叉、预留预埋定位偏差等，不仅会使管线的安装和维护变得更加困难，还会影响叠合板结构的强度，因此在施工前对管线进行碰撞和交叉重叠检查，尽早发现并解决各个专业之间的冲突十分必要。传统设计模式的每张图纸都是相互独立存在，图纸之间缺少关联性，当某处位置发生错误需要重新设计或更改时，大量图纸都需要作出调整，这将增加设计成本和时间。BIM的参数化建模特点可以有效解决这一问题，通过在BIM中为每个管线设置相应的属性和参数，如管线材料、直径、厚度、连接方式等，并把这些参数在相关构件之间建立关联，在叠合板管线的设计和优化过程中，通过修改参数的属性，可以快速调整所有关联构件的特征，极大提高了设计的 效率。传统设计模式的二维图纸无法直观地表达叠合板结构的空间信息，不能提供全面的空间视图和可视化效果，施工人员需要依据二维图纸进行三维空间结构的想象，增加了 人为原因造成叠合板管线埋置产生误差的可能性。BIM的模拟性特征不止能模拟叠合板结构三维模型，在装配式建筑施工中还可以模拟预制叠合板和预设管线的拼接安装过程，可以预览安装过程中可能出现的问题，从而减少后期施工阶段的调整和修正。BIM还可以进行流体和热传导等模拟，通过分析叠合板管线的流量、压力、能源和温度等，合理优化管线的属性和布置。BIM同时具有4D进度模拟和5D管理模拟功能，实现建筑项目全时段成本、进度、运营的总控管理，确保建筑项目的效益实现。总而言之，相比传统模式的CAD设计方法，BIM技术在叠合板预埋管线优化设计中提供了更全面、协同、可视化和数据驱动的设计方法。它能够提高设计效率，减少冲突和碰撞，优化设计布局，并为决策过程提供更多的信息支持。3BIM技术在叠合板管线优化中的应用流程传统的叠合板管线排布设计存在一些问题，如管线冲突、空间限制和协调困难等，为了解决这些问题，BIM技术被广泛应用于叠合板预埋管线的优化设计中。如图1所示，本节基于Revit软件说明BIM技术在叠合板管线优化中的应用流程，探讨BIM技术在叠合板预埋管线优化设计中的应用效果，实现更高效、准确和可持续的叠合板预埋管线优化设计。3.1CAD二维图纸目前BIM三维模型的绘制通常建立在CAD图纸的第 44 卷第 S1 期333马保亮，等基于BIM技术的叠合板管线优化设计研究基础上，通过在Revit软件中链接CAD图纸，参照CAD图纸中叠合板结构和管线布置的几何参数，创建三维BIM模型。3.2创建项目样板通常Revit软件中自带有通用的项目样板，但对于复杂的大型装配式建筑结构，这些项目样板无法满足专业性的制图标准，如叠合板管线的几何属性、材料性能和尺寸关联等设定，因此设计前期对项目样板的创建与完善十分必要，这些项目样板将用于后续的设计和协调 工作。3.3建立结构模型在完善项目样板的基础上导入CAD图纸，利用轴网和标高建立结构模型，如图2所示，包括装配式建筑的几何形状、结构和立面等，创建过程必须要确保叠合板和其他结构信息的全面与准确性，以保障模型与建筑实体契合的准确度。3.4建立机电管线模型由于叠合板管线线路的错综复杂，机电管线模型的建立必须建立在精确的信息参数下，参照CAD图纸中点、线、面的尺寸标注，通过绘制线条、添加组件等方式，定义管线名称、管线类型、管线材质、管线布局、管线标高等内容，建立包括管道、线缆、设备等结构的三维机电管线模型。由于管线系统各专业的组成较为复杂，可以通过过滤器赋予模型不同的外观和颜色，有利于更直观地区分和理解不同专业和不同功能的管线 模型。3.5模型整合由于叠合板管线的优化设计主要是对管线与预制构件、管线与管线之间的碰撞和交叉进行调整和修改，所以需要将结构模型和机电管线模型整合到同一个项目文件中，形成一个综合的BIM模型，并进行对齐、连接和协调，整合后的模型能够为叠合板管线的优化设计提供更全面的基础，并支持冲突检测、协调和优化分析等工作，实现全面的协同设计。3.6碰撞检测CAD的局限性导致在二维图纸中无法完全观测到管线的交叉重叠和碰撞冲突情况，由CAD二维图纸向BIM三维模型的转换过程中，会出现一系列管线排布不合理的问题，利用BIM软件的碰撞检测功能，可以对叠合板管线与结构构件、管线与管线之间的碰撞进行 检测。碰撞检测可以分为硬碰撞和软碰撞，硬碰撞是指两个或多个管线或结构构件在空间中发生直接的物理冲突，软碰撞是指设施单位之间没有直接的物理冲突，但管线之间的距离小于安全距离，存在一定的潜在性冲突。对于叠合板管线的线路设计，尤其要避免出现管线交叉的情况，管线的交叉重叠不仅会影响结构的安全性和耐久性，还会不可避免地造成叠合板现浇层厚度的增加，从而导致成本的增加。可以采用Revit MEP、图1叠合板管线优化流程图图2结构模型图3碰撞检测报告建 筑 经 济2023年334Navisworks或其他BIM软件进行叠合板管线的碰撞检查，通过碰撞检查窗口定义碰撞属性和规则，再选择碰撞类型，就可以实现管线与构件之间碰撞冲突、管线与管线之间交叉重叠的检测。如图3所示，BIM软件提供的可视化展示和检测报告，可以直观地呈现碰撞情况。3.7优化设计碰撞检测之后开展叠合板管线的优化设计，在管线发生碰撞冲突和交叉的区域，需要进行管线排布的规划和调整。可以对管线的优先级和分区进行划分，同时考虑管线类型、尺寸和功能的要求，使高优先级的管线得到更好的空间分配和保护，而低优先级的管线可以相应地进行调整和优化，合理分配管线的空间，避免管线之间的交叉和干扰。还可以将管线分层布置，通过将不同类型或功能的管线分层布置在不同的空间层次上，这种分层布置可以提高管线的可视性和维护性。在管线密集的地方，可以考虑使用模块化管线设计，减少管线的数量和复杂性，提高安装和维护的效率。3.8应用思路BIM技术在面对较大装配式建筑时，叠合板管线的建模与优化处理自动化程度不高，以改进BIM软件性能作为应用思路，对BIM软件进行二次开发，进一步推动BIM在叠合板预埋管线优化设计中的应用。链接CAD图纸进行BIM模型的建立时，需要设计人员手动拾取图纸的各个图层，进行大量的重复性工作，建模效率低、速度慢，耗费了时间与精力。可以根据机电管线模型的绘制特点，设计算法自动拾取叠合板管线的图层和标注，自动识别尺寸和截面，实现叠合板管线的快速建模。基于二维图纸建立的三维BIM模型不可避免地出现管线交叉碰撞的问题，所有出现问题的区域都需要设计人员通过碰撞点ID进行逐一地调整和修改，工作量巨大且准确率不高。可以结合管线碰撞的属性分析和叠合板管线相关设计规范，设计算法进行叠合板管线优化调整的二次开发，自动进行叠合板分布、管线间距和埋置布局的调整，简化叠合板管线碰撞交叉优化步骤，实现叠合板管线的高效优化设计。综上所述，BIM在叠合板预埋管线优化设计中具有显著的应用潜力。BIM的可视化特征可以使设计团队更直观地评估设计方案的可行性和效果，全面的建筑模型和机电模型，为叠合板管线的优化设计提供坚实的基础，并支持后续的分析和优化工作，碰撞检测可以逐一核查模型中的冲突，帮助设计团队对设备与管线的布置进行科学、合理的调整和优化。总而言之，通过充分发挥BIM的优势，可以实现更高效、准确和可持续的叠合板预埋管线优化设计，为装配式建筑行业的发展提供支持和推动。4结论应用BIM技术优化设计叠合板管线，实现了更全面、协同和可视化的设计流程，提高了设计的一致性和协作效率。BIM的空间分析和可视化工具提供了对叠合板预埋管线布局的全面视图和分析，从而实现更好的空间优化和布置效果。BIM的碰撞检测工具帮助设计团队在设计阶段发现和解决潜在的管线冲突，有效改善了叠合板管线系统施工面对的复杂环境，避免了管线与构件之间的碰撞冲突和管线与管线之间的交叉重叠问题。BIM技术的应用，为叠合板管线的优化设计提供了高效、可靠和全面的技术手段，推动建筑行业向数字智能化方向发展。参考文献1 Liang N，Yu M.Research on design optimization of prefabricated residential houses based on BIM technologyJ.Scientific Programming，2021，2021：1-10.2 Tan T，Chen K，Xue F，etal.Barriers to Building Information Modeling（BIM）implementation in China s prefabricated construction：An interpretive structural modeling（ISM）approachJ.Journal of Cleaner Production，2019，219：949-959.3 林树枝，施有志.基于BIM技术的装配式建筑智慧建造J.建筑结构，2018（23）：118-122.4 林永民，王涵，赵德信，等.基于BIM的装配式建筑全生命周期信息管理平台研究J.建筑经济，2023（1）：77-83.5 王兴冲，唐琼，董志胜，等.BIM+技术在装配式建筑建设管理中的应用研究J.建筑经济，2021（11）：19-24.6 孙鑫，杨荣伟.基于BIM技术的机电管线防碰撞分析J.现代隧道技术，2021（Z2）：61-65.7 王瀚宇.BIM技术在装配式建筑设计中的应用关键评基于BIM的Revit装配式建筑设计实战 J.混凝土与水泥制品，2020（5）：103.8 李欣函，尤完.我国装配式建筑产业发展水平研究J.建筑经济，2021（8）：62-66.9 陈鹏，恽燕春，丁泓.大型叠合楼板在装配式框架结构中的高效应用J.施工技术，2019（16）：18-22，38.