BIM 在高层建筑给排水管线综合排布应用

引言

高层建筑的功能多样，设有生活给水、消防给水、排水、热水供应等管线，管线繁多，管路繁杂。BIM 技术可以将各专业涉及的设备和管线之间的关系，以及管线的功能特性、相关各种物理参数、几何尺寸等有机组合，形成三维空间中的管线整体效果。借助 BIM 技术可以实现给排水管线的可视化设计和分析，在设计过程中就可以发现和解决问题；施工之前进行管线预安排，同时还可以运用 BIM 技术将每个专业都集中在同一个平台上协调工作，大大的提高了工作效率和工程质量。

1 高层建筑给排水管线综合排布的难点

1.1 管线密集，空间有限

高层建筑楼层的高度较为固定，但其楼内的给排水管线属于不同的类别，主要包括给水管、排水管、消防水管以及热水管等，并且不同管线之间的管径也有所不同。在对楼内的高、低压风管、电桥架等其它专业的管线进行组合配置时，需要设置在机房、管道井以及吊顶等部位。这些空间太过狭小，各类管线太多，很容易就会发生管线之间出现错综复杂的现象，容易出现拥挤不堪等问题。

1.2 专业协调困难

给排水管线综合排布涉及建筑、结构、给排水、电气、暖通等多个专业。不同的专业设计人员专注于自身的专业设计要求，无法进行充分的协调沟通。例如，给排水专业的管线走向会涉及到结构专业的梁柱位置和电气专业的电缆桥架的空间位置；不同的专业的设计标准和规范的不同，增加了各专业的协调难度，易引发设计矛盾、施工冲突等问题。

1.3 施工精度要求高

高层建筑给排水系统对施工精度要求较高。排水管道要有一定的坡度才能使水排放通畅，不能有积水、堵塞现象；给水管要按规定方法与管道连接，做到不渗不漏；消防管按消防规程规定的要求安装好、布置好其安装的位置及间距等，确保消防符合要求。在复杂的管线中，施工人员难于判断每条管线的空间位置及安裝要求，导致工程施工时发生偏差，影响到工程质量、使用安全。

2BIM 技术在给排水管线综合排布中的优势

2.1 三维可视化设计

基于 BIM 的三维可视化给排水管线模型，可以把原有的平面二维图纸中抽象的管线布置转换成具体的、具有空间关系的立体模型，方便设计人员和施工人员从不同的角度、不同的距离去查看管线模型，查看管线的走向、连接方式及空间位置关系，以及管线和其他专业的设备之间的相对位置。当需要时还可以直接把模型进行剖切、漫游，查看隐藏的空间布置。

2.2 碰撞检测与优化

BIM 软件有很好的碰撞检查功能，可以检查给排水管路与其他管道的碰撞情况或与结构等专业相碰的情况。三维建模后，把给排水管路模型和建筑模型、结构模型、电规院模型、暖通专业模型一同整合，在设定好碰撞检测规则和公差范围后，软件就会迅速地检测到所有碰撞点并自动生成碰撞报告（包含碰撞点、涉及到的构件名称、碰撞情况），设计人员根据检测结果就可以在施工前就做出相应的调整，避免因为管线碰撞影响到现场拆改及返工，降低了工程成本，缩短了工期。

2.3 参数化设计与修改

BIM 技术具备参数化设计特性，借助这一特性，能够将给排水管线模型中各类构件（如管子、管件、阀门等）的相关尺寸、材质以及规格等要素，以参数的形式进行确定与修改。当需要对管线做出调整变化时，只需改动相关参数，相关构件以及整个管线系统便会随之同步改变。在方案设计阶段，运用参数化设计，通过修改相关参数，能够快速生成多种管线布置方案，进而从中挑选出有效的方案，并对其进行改进与完善。

2.4 协同设计与信息共享

BIM 平台是各专业设计人员进行协同设计的平台。当进行某高层建筑给排水管线综合排布时，给排水、建筑、结构、电气、暖通等专业的设计人员可在同一个 BIM 模型中开展设计工作，通过 BIM 平台实时查看其他专业的设计情况以及发生的变化，进行设计上的信息交流。在这一阶段不同专业的人员可以及时交流彼此在设计时遇到的一些问题，寻求各种方案，保证各专业的设计方案能够协调统一。

3BIM 在高层建筑给排水管线综合排布应用案例

3.1 项目概况

某超高层商业综合体项目的总建筑面积达到了 25 万平方米，高度为 200 米，整个项目拥有地下三层以及地上四十五回层的高度，建筑类型较为丰富，由商业、办公、酒店等多业态组成；该建筑项目内部各项给排水系统管线数量较多，内部管线的空间布置难度较大。本项目综合给排水系统包含生活给水系统、生活热水系统、消火栓系统、自动喷水灭火系统、排水系统等，管线数量众多，安装难度大。

3.2BIM 技术应用过程

3.2.1 建立 BIM 模型

项目团队使用 Revit 软件依据各专业的设计图纸创建相应的建筑、结构、给排水、电气、暖通等专业的模型；对于给排水管线建模，严格按照图纸设计参数设置管道、管件、阀门等构件，保证建模结果的准确性，建立完善的族库（包括各种规格型号的给排水管材、管件、设备），提升建模效率。

3.2.2 碰撞检测与优化

合并所有的专业模型，通过 Revit 对所有管线及设备进行了碰撞检查，在碰撞检测的过程中发现在给排水管线中，共有 236 个碰撞点，涉及到结构梁柱、电气桥架、通风风管等碰撞点。经组织项目相关专业设计人员进行协调会讨论解决碰撞问题。对于给排水管道与结构梁柱发生碰撞时，将给排水管道避让，调整管道走向绕过梁柱；对于与电气桥架发生碰撞的部分则根据“有压管让无压管”的原则，将给排水管道标高低于电气桥架的位置。经过多次调整、检测、碰撞处理后消除了所有的碰撞点。

3.2.3 管线综合排布优化

消除了碰撞之后的给排水管线综合排布优化。将设备层、管道井空间的给水管道、热水管道放在上层，排水管道放在下层；同时为了满足排水管道的坡度要求，在管道井内将给排水管道按单层布置，保证排水管道的坡度。将给排水管线沿着吊顶方向排布，使其与通风空调风管、电气桥架排布同向，避免其交叉，利用 BIM 模型可视化进行比选不同排布方式后的最优排布方式，实现空间利用率的最大化。

3.2.4 施工模拟与交底

BIM 模型可以对 4D 施工模拟，将施工进度计划与三维模型相结合，模拟给排水管线的安装过程；从模拟发现某层楼的管道井施工空间狭小，存在部分管道的安装顺序不合理，可能影响后续施工，项目部及时地调整了施工顺序并优化了施工方案；在施工前，通过 BIM 模型向施工人员进行了详细的技术交底，包括管线安装位置、连接方式、施工要点等，让施工人员对于整个施工任务有了更加深入了解施工任务。

3.3 应用效果

3.3.1 减少施工冲突

利用 BIM 技术提前进行管线碰撞检查及优化，主动解决 236 项管线碰撞点问题，避免现场施工中拆改、返工，减少材料损耗和工期延误。据不完全统计，由于消除施工冲突节约成本约 60 万左右，节约工期 20 天。

3.3.2 提高施工效率

施工模拟和技术交底使施工人员更好地理解施工方案，减少了施工过程中的错误和疑惑，提高了施工效率。与传统施工方式相比，该项目给排水管线安装施工效率提高了 30% 左右。

3.3.3 优化管线布局

通过使用 BIM 技术综合排布优化后，给排水管线排布布置合理；利用空间大；管线排列整齐有规律，利于后期维修管理。借助于 BIM 平台的协同设计功能，各专业间实现无缝衔接，能在设计阶段进行及时的信息共享和协调工作，及时解决设计矛盾，提高设计质量和设计效率。

4 结语

对于高层建筑的给排水管线综合排布，BIM 技术通过三维可视化设计、碰撞检测及优化、参数化设计、协同设计等功能，有效解决其存在的各种问题，使设计更加合理、出图更加快速，大大提高设计质量、施工效率，减少工程造价以及工程风险。

参考文献：

[1]李忠武，云增良.BIM 技术在建筑给排水设计中的应用[J].建筑与预算，2022，（06）：37-39.

[2]张琳.BIM 技术在建筑给排水设计中的应用分析[J].工程与建设，2022，36（01）：82-83+86 .