中国建筑第八工程局有限公司上海分公司 上海 200433
摘要： 建筑信息模型（Building Information Modeling，简称BIM）是一种新兴的用于建筑、机械工程和土木工程的理论，它能提供全局、实时、细节化的管控，帮助业主和工程师在处理工程问题时有更好更直观的解决方案。传统的机电安装主要借助Autodesk MEP进行设计，大多数管线都是由平面图纸来表现，这给实际施工以及设计施工管理带来了诸多问题。本文针对鑫苑城六号院住宅项目的工程实例，通过应用Autodesk Revit及Navisworks软件立体化设计建筑结构及住宅机电管线系统，最终进行管件碰撞测试，以此研究BIM技术在机电深化设计中的可行性与效益，为BIM技术在我国施工行业的推广提供案例参考。
关键词： BIM技术；住宅人防；Navisworks；机电优化设计；碰撞检测
The Application of BIM in the Design of MEP in Civil air defence Project
LU Peng Cheng
（Department：China Construction Eighth Engineering Division）
[Abstract]Building Information Modeling（BIM）is a new technology focus on construction，mechanical engineering an civil engineering.This theory can provide a global，real-time，and detailed management to help owners and engineers have better approach for solving the problems happened in construction and design.The traditional MEP design mainly used Autodesk CAD to draw the pipelines for construction and these could only be used in 2D drawings，so that there are so many problems.According to the Poly Lake Mansion 3，by using Autodesk Revit to draw the HVAC system in housing project，the construction of the basement，and the clash detection，this study shows the feasibility and benefits of using BIM theory，and provide a case for others to study.
[Keyword]BIM theory；Civil air defence in housing project；Navisworks；MEP design；clash detection.
1引言
Building Information Modeling，简称BIM，国内对此较为一致的翻译是建筑信息模型。它是一种新兴的用于建筑、工程和土木工程的理论，被定义成由完全和充足信息构成以支持生命周期管理，并可由计算机应用程序直接解释的建筑或建筑工程信息模型理论。简而言之，即靠数字技术支撑的对建筑环境生命周期进行管理的技术理论。
如果用简单的解释，可以将BIM视为参数化的建筑3D几何模型，此外这个模型中，所有建筑构件所包含的信息，除了几何外，同时具有建筑或工程的数据。这些数据提供程序系统充分的计算依据，使这些程序能根据构件的数据，自动计算出查询者所需要的准确信息。
1 项目概况
鑫苑城六号院工程为民用住宅工程，地处郑州市管城区，本工程建筑面积约为22.25万㎡，包括：5幢26F、6幢27F、1幢3F的高层住宅楼及沿街商铺、2个门卫，统设二层地下车库。
小区内在地下车库设置一个人防区，防火等级一级，框架结构，建筑面积10207；人防工程自身具有独立性、严密性和防护性等特点，其工程的核心任务是平时备用、战时防护，考虑到总体防护的要求，人防工程对其相关的机电工程要求较高；人防机电的基本特点是规模小，造价低，但是建筑防护功能要求高，其配套的工勤、战勤设施全面，系统复杂，且与非人防地库相比活动空间有限，施工作业面小；人防机电要求管线预留及铺设一次到位，尽量避免返工，以减少对结构的损坏，但是考虑到人防设计与土建设计分属不同设计院，设计沟通少，因此常会出现管道碰撞的情况。
2 传统MEP设计
2.1 MEP简介
MEP是国外对Mechanical、Electrical、Plumbing三个专业的简称，即机电设备专业，国内也称作水暖电专业，它们是建筑设计中重要的一部分。这三个专业是土木工程与机械、电气、给排水的交叉学科，这就决定了MEP专业的设计方法不同与建筑专业，需要针对具体问题具体设计。
传统的建筑MEP设计主要采用CAD辅助绘图。其设计一般从建筑初步设计完成后开始，在建筑设计的基础上，MEP工程师根据方案的总体要求和规范，结合业主的需求，确定机械设备型号，并进行管线的系统设计，将不同专业的管线连接成为完整的系统。
2.2 传统MEP设计的问题
（1）平面图纸的管线综合：
受限制与平面视图，许多管线之间的冲突，管线与结构的冲突，管线自身的冲突都很难被及时发现。目前国外有一些学者提出了名为SCOP（Sequential Comparison Overlay Process）的方法，在图纸的比对顺序、具体对比的操作上进行改进，但是这样仍然是治标不治本，并没有解决平面MEP设计过度依赖人工鉴别的现状，而且这种人工鉴别的不准确性相当之高。
（2）数据标准不统一：
不同专业没有一个归纳在同一体系下的设备标准，缺少整体设备的数据库而不能相互交流，无法快速通过图纸提取图纸中的设备信息，设计人员需要重复工作录入数据，影响各个专业之间的协调。因为信息沟通不通畅而产生的经济浪费，在土木工程中也占据了很大的比例。
（3）各专业缺乏沟通：
各个专业的设计相互独立，缺乏协调与互动，容易造成空间布局不合理，高程控制不如意、动线走向不优化。管线碰撞作为最为突出的问题，通过管线综合法分析，费时费力，还不能保证完全被解决。这是传统MEP最大的弊病。
综上所述，在技术越来越发展的今天，CAD平面MEP设计已经不能满足人们日益增长的需求，限制了MEP设计行业的发展，这也是BIM开始在MEP设计中崭露头角的一个重要原因。
3基于BIM的MEP设计
传统的CAD设计偏于独立，而BIM将整个设计整合到一个共享的建筑模型空间中，结构与设备、设备与管线间的空间关系，将一目了然地显现出来，工程师们甚至可以以超越实际现场查看的方式，在高仿真的三维模型中任意视角查看、巡游，模拟并尝试现实中的各种方案，准确地寻找到最佳的高程控制、空间共享及最合理的动线安排，并最终整合成一个最优化的综合设计方案。
BIM通过数字化的信息，立体化的图示，各专业之间的协作，将整个项目协同在一起。通过对族属性等内容的编辑，材料的各项几何系数和本体的特性如耐火系数、造价、采购信息都能快速通过模型获取，不仅提高了工作人员获取信息的效率，也解放了工作人员的理解力，不必再费劲心思的通过平面分析其立体的形状。
总的来说，使用BIM理论进行机电设计，应该以一种协同的理念来进行，将机电设计与土建设计结合起来，当作一个整体，通过软件强大的功能，从专业协调、功能使用、空间布置等几个方面入手进行设计。特别的，对于民防工程，使用BIM的协同设计能够有效的在前期解决需要耗费大量时间管线综合问题，确定洞口位置及尺寸，这样在施工的过程中，作为施工方就能明确预留预埋的位置，从而避免返工。
4碰撞检测
4.1碰撞检测概述
碰撞检测是对建筑模型中的构建、结构、机械设备和水电管线的空间位置和物理属性进行检查，用来确定他们之间不发生交叉碰撞的问题。这一功能是BIM类软件所独有的，因为进行检测需要检测单位的全部几何数据和空间位置，有时候还需要一些物理属性，比如在考虑管线线性热膨胀的时候就要考虑管线的线膨胀系数和材质，传统的平面CAD提供不了这些数据。
碰撞检测利用了数学，通过方程描述检测对象的外轮廓，通过判断联立方程是否有解来判断是否发售接触。一般我们把管件之间实体碰撞称为硬碰撞，可能会发生的非实体碰撞叫做软碰撞。Thomas M.Koma 通过自己的研究把MEP设计中的碰撞分为5类：
1）实体碰撞。
2）延伸碰撞，既考虑到设备需要预留维修空间，在维修空间附近闯入的关键都算作延伸碰撞，这是其安全空间的最小要求。
3）功能性阻碍，这种碰撞不是发生实体碰撞，而是相互影响了对方功能的使用。
4）程序性碰撞，这种碰撞不是设计失误造成的，而是施工过程中施工人员操作失误造成的，也可以成为误操作碰撞。
5）未来可能的碰撞，比如因温度变化，时间因素，管线改造发生的冲突。
5.使用Navisworks进行碰撞检测
Autodesk Navisworks由Autodesk公司研发，是一款用于分析、仿真和项目信息交流的全面审阅解决方案的软件，多领域设计数据可整合进单一集成的项目模型，以供冲突管理和碰撞检测使用。
在传统二维设计中，有一个很大的问题就是难以对各个专业所设计内容进行整合检查，从而导致各专业在绘图上发生碰撞及冲突，影响工程的施工。Revit中虽然也有漫游，碰撞检查之类的功能，但其软件性质决定这类功能在应用上的局限，并且使用起来并不是那么方便。以本次工程为例，随着模型内管线的增多，模型对机器的符合也越来越大，3D视图内的漫游观察变得越来越慢，种种软件的限制因素这时候都体现了出来。但Navisworks就可以轻松地解决这些问题。
图 5.2 运行碰撞检测的结果
6.根据检测结果深化设计
通过碰撞检测得到的报告书，得到如下结果（其中测试一为管线与土建发生的碰撞，测试二为机电自身发生的碰撞）：
图 6.2 机电-机电碰撞报告书
可以看出设计给出的初版机电图纸中，管线与土建部分仅发生39处碰撞，考虑到预留预埋部分，其在今后施工过程中的影响微乎其微；而管线自身（通风系统、强弱电、给排水等）存在155处碰撞，通过3D漫游排查，问题主要为风管标高与电缆桥架、给水管道的标高未进行调整，设计阶段并未考虑风管自身的体积，导致风管占用大量管线位置。
通过Navisworks的3D概览及漫游功能，定位发生碰撞和可能发生碰撞的区域，将以上结果标识出来与设计进行沟通，由设计最终确定管线需要修改的部分，并以设计变更的形式下发。所有的深化工作均在人防施工前完成，提高了后期工作效率。
7结论
本文首先通过对BIM的概述引入题目，之后详细介绍了民用住宅人防工程中的MEP安装事项，分析了采用BIM进行管线综合设计的优势，再使用Navisworks碰撞检测，为人防工程中MEP的深化设计做了分析，发现了会产生硬碰撞和软碰撞的区域，通过施工现场与设计的沟通，优化了部分管线的排布，避免了在人防施工过程中的返工情况。
与传统管线综合方法SCOP相比，使用BIM的碰撞检测更方便、快捷、准确。考虑到人防工程特殊的功能要求，使用BIM进行机电深化时，无论从工期还是成本上，都能取得不错的效益，同时也能保证人防施工完成后建筑区域的整体性和密封性；同时，目前施工行业专业分包在人防工程的相关的施工资质普遍不足，施工工艺及质量水准普遍偏低，由此来看，不论是未来还是现在，积极采用BIM技术进行深化设计势在必行。
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论文作者:孙胜凯
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/20
标签：管线论文; 机电论文; 人防论文; 建筑论文; 工程论文; 模型论文; 专业论文; 《建筑学研究前沿》2018年第29期论文;