第1章管线综合概述 管线综合设计是在施工图设计阶段对机电各专业的设计方案进行优化，以使最终的设计成果满足现场施工安装的要求。随着时代的进步，人们对建筑物的功能要求不断提高，特别是在大型项目中，管线排布复杂，管线综合的价值也越来越重要； BIM技术的出现使管线综合的技术基础更加成熟。那么什么是BIM技术？管线综合如何与BIM相结合呢？ 基础理论.mp4 1.1BIM基础理论 1.1.1BIM的概念 近年来BIM在建筑行业的热度越来越高，在不同的阶段对BIM的理解也不尽相同，一般从狭义和广义两个角度理解BIM的涵义。 狭义BIM定义为建筑信息模型，即building information modeling，主要指利用信息化手段进行设计，例如三维建模、碰撞检查等。 随着BIM在工程中的不断应用与发展，BIM包含的内容也越来越广泛。广义BIM较准确的定义为building information management，已经不再局限于模型，而是基于建筑大数据的设计、施工以及运维等建筑全生命周期的管理过程。 BIM的核心是information(I)，即信息，构件的尺寸、材质、成本、厂商、安装时间等都属于信息的范畴； 模型是信息的载体，信息的完备性、准确性、可传递性是应用BIM的基础。 1.1.2BIM的特点 作为建筑行业的新技术，BIM与传统的设计、管理方式相比具有一些基本特点，包括操作可视化、信息完备性、信息协调性和信息互用性。 1. 操作可视化 与二维设计不同，BIM设计是基于三维模型的设计，设计过程不是绘图而是建模，设计成果能直观地展示出来。当然可视化并不局限于三维展示，传统的一些3D效果图也具有展示功能，其与BIM还有较大的不同； BIM的可视化更多是应用在碰撞检查、施工模拟、环境研究等可视化分析方面。 2. 信息完备性 BIM也是建筑的一个大数据库，将构件的名称、材质、性能、成本等按照一定的逻辑关系联结为统一的整体； 完整的建筑信息是模拟分析、施工管理、运维管理的前提条件。 3. 信息协调性 协调是模型自身的协调关系，包括模型数据的协调和实体构件的协调。传统二维设计中平面、立面、剖面都是相对独立的，不能进行统一的修改更新； 而基于BIM的设计一般为动态更新，与模型相关的信息均是统一整体，一处修改处处更新，从而保证了输出成果的一致性，可减少错、漏、碰、缺问题，减少后期变更，提高设计效率。 4. 信息互用性 信息互用也是协同的基础，BIM数据信息的互用包括不同专业的信息互用与不同阶段的信息互用。 不同专业的信息互用主要体现在协同设计方面，设计工作需要不同专业的设计师来共同完成，不同专业间存在一定联系。例如，建筑结构设计成果是机电设计的参考数据，机电设计时只需从建筑结构模型中获取需要的数据，然后进行设计即可，机电中的水、暖、电相关专业也需要互用信息，进行深化设计，以减少不同专业间的碰撞问题。 不同阶段的信息互用是在建设全生命周期实现信息的共享。从最原始的勘测数据至竣工验收数据的BIM信息均保持一致性。例如造价、施工均基于同一个模型开展，减少数据的重复输入，实现一模多用。 BIM模型的应用常常需要不同软件的数据交互，在信息传递过程中应保证数据不丢失。目前市面上的BIM相关软件大部分都支持IFC标准和XML标准的数据文件，方便了不同软件之间的数据传递。 1.1.3BIM在工程中的应用 项目周期一般分为前期规划、设计、施工、运维四个阶段，在不同阶段BIM应用的侧重点也不完全相同。我国BIM典型应用框架如图11所示。 图11我国BIM典型应用 1. 前期规划阶段 前期规划阶段是项目建设的初期，在前期阶段BIM的应用主要体现在项目规划、场地分析、投资估算等方面。 项目规划主要是初步建模，类似于草图设计，包括现状的建模(原始地形、原有建筑物、道路、河流、绿化等)和拟建建筑物的初步设计方案。 场地分析是基于规划的体量模型分析建筑物的环境情况，基于建筑物的位置与地质、水文、气象资料对建筑的容积率、绿化率、日照、风环境、热环境等进行分析。BIM也为绿色建筑设计提供了更直观的研究方法。 投资估算是在建设前期对成本进行控制，基于BIM模型的估算精度更高，对于项目的风险评估与成本控制有重要的作用。 2. 设计阶段 BIM早期主要应用在设计阶段。设计阶段的应用包括方案论证、可视化设计、协同设计、管线避让、工程量统计等。 采用BIM进行设计是基于三维模型的设计，设计成果是统一的数据库，便于进行分析，可减少大量人工计算的工作量，如结构计算、工程量统计等。 3. 施工阶段 施工阶段的BIM应用可为复杂施工过程提供解决方案，应用点包括碰撞检查、施工进度模拟、施工图深化、场地布置、复杂节点拼装模拟、质量与进度监控、物料跟踪等。 施工阶段的BIM应用主要依赖的是BIM模型，在设计模型的基础上进行深化设计，可以直观地展示设计成果，指导现场施工； 在建造过程中不断完善模型信息，形成最终的竣工模型，竣工模型也是精度相对较高的BIM模型。 4. 运维阶段 建筑物的运维阶段的周期较长。BIM运维管理能实现资源的优化配置，减少维护成本其主要的应用点包括竣工模型管理、资产管理、建筑系统分析、灾害应急模拟等。 将BIM技术与物联网技术相关联，对建筑的内部环境进行实时监测，是未来智能建筑的发展方向。 BIM在机电工程中的应用.mp4 1.2BIM在机电工程中的应用 机电工程类别较多，管线排布密集，是施工中的难题。BIM在机电工程的应用点包含三维建模、模型深化设计、可视化表现和预制加工等。 1.2.1三维建模 三维建模是在完成建筑结构模型的基础上，建立给排水、暖通、电气的模型。目前直接用三维进行设计的项目相对较少，大部分还是采用传统的设计方法，然后将图纸转换为三维模型，也就是翻模； 创建准确的三维模型是应用BIM技术的基础。 市面上的机电建模软件以及翻模插件种类繁多，如Revit、MagiCAD、Rebro等，Autodesk公司研发的Revit软件，是目前主流的建模软件之一，具有建筑、结构、机电专业的建模功能，操作简单，可满足大部分工程项目的建模需求。本书将采用Revit来讲解BIM模型创建的基本方法。 1.2.2模型深化设计 模型深化是将各专业的模型进行整合，完成碰撞检查，并通过检查报告中的问题调整管线布局，得到最终的满足使用功能和安装要求的模型文件，然后基于模型创建指导施工的施工图。模型的深化设计主要包含碰撞检查和管线综合调整两部分。 碰撞检查一般包括模型的自检和不同专业间的综合碰撞检查。根据设计图纸创建的模型往往具有较多的碰撞问题，基于三维模型能清晰地查看碰撞。常用的BIM建模软件也具有碰撞检查功能，可以快速检测模型中的碰撞问题。对于专业间的碰撞检查可采用第三方模型整合软件，如比较常用的Navisworks，将检测结果输出为碰撞报告，作为管线综合调整的依据。 管线综合调整是将碰撞位置的管线按照一定的要求进行重新布局，包括高度的调整、平面位置调整、局部管线避让等方法，调整后的管线就是最终安装完成后的效果，这也是BIM所见即所得这一特点的体现。 深化设计还包含一些细节的设计，例如支吊架的布置、墙体的开洞、套管添加等，最终根据创建的模型创建施工图纸。 1.2.3可视化表现 可视化表现是最直观地展示设计成果的一种方式，具体包含静态可视化和动态可视化。 静态可视化是将模型以图片或局部三维模型的形式进行展示，将构件进行剖切、标注等，比如复杂节点的展示； 动态可视化即动态的三维展示，包括漫游动画、施工模拟等，将构件按照施工工序进行安装，模拟实际安装时的步骤，用于指导现场施工。 1.2.4预制加工 创建的管道模型仅仅是设计方案，在安装时还需要考虑构件的运输、配件是否可采购等因素，当管道过长时，还应按照规范对管段进行拆分，使其满足现场的安装要求。 从BIM模型提取管段及配件的信息，指导工厂预制加工，可以减少现场对管段的切割，从而减少材料浪费，降低成本。 管线综合BIM 应用框架.mp4 1.3管线综合BIM应用框架 1.3.1管线综合的概念 管线综合也就是机电深化设计的过程，即在图纸文件或模型文件中，将建筑空间内的各专业管线、设备进行汇总，并根据专业的功能特点、安装工艺、运维管理要求，结合建筑结构设计及精装设计的限制条件，对管线和设备进行综合调整。 管线综合的内容主要包括碰撞检查分析、冲突协调，目的是避免管线与周围环境的碰撞，解决管道平面布局、立体交会的冲突，以及安装顺序上的矛盾。 1.3.2管线综合基本流程 由于BIM在设计阶段的应用还处于初级阶段，目前的管线综合大部分是基于原有的二维设计图纸进行的，一般采用先翻模，后检测，再调整的工作流程。管线综合流程如图12及图13所示。 图12分包管线综合流程图 图13总包管线综合流程图 提示： 图12和图13中的分包与总包不局限于项目的承包形式，也可理解为单专业和全专业。 1. 建立建筑结构模型 建筑结构模型是管线综合的参照文件，一般在管线综合之前应提供建筑结构的模型，如未提供则需要根据建筑结构图纸建模。 2. 管线综合任务规划 首先熟悉项目任务，根据项目要求确定建模的精度，一般施工模型要求的建模深度为LOD30至LOD400(关于模型精度参考第2章内容)。不同的模型精度要求的工作量也不一样，精度越高则工作量越大。 任务拆分需考虑项目的大小和建模的便捷性等因素，一般按照建筑楼层或分区对各专业模型进行拆分，根据工作量大小及工期要求配备人员并组织分工，并制订进度计划，以保证设计任务按时按量完成。 管线综合的成果最终需整合到一起，选择合适的协同工作的方式有利于模型整合； 以Revit为例，常用的协同方式有链接和工作集，对其使用方法和适用情况将在第3章进行详细阐述。考虑到计算机的性能和工作量的大小，在管线综合时常常将这两种方式进行组合来建模，以提高建模效率。 3. 创建BIM模型 项目负责人定制适合本项目的样板文件及建模标准，以保证最终的成果满足管线综合的要求； 各专业BIM工程师根据任务分配和进度计划创建模型，并相互沟通协调，定期核查实际进度与计划进度的偏离情况，尽可能保证模型按计划完成，而不影响整体的进度。 4. 单专业模型自检 单专业模型自检是检测专业内的模型碰撞问题，如给水管道的碰撞问题、排风管与送风管之间的碰撞问题、管线与建筑结构构件的碰撞问题。 一般情况下需编写碰撞报告，并将问题报告发送至原设计单位，由原设计单位进行修改后，再根据修改反馈意见来完善模型。 5. 管线综合调整 管线综合调整是将已解决的单专业碰撞问题的模型整合为一个整体，然后检测不同专业间的模型碰撞问题，并根据问题报告对管线布局方案进行优化； 最终基于调整完成的模型创建施工图纸、模拟动画、展示节点等成果，用于现场施工。 6. 管线综合成果整理 将各专业的阶段性设计成果、深化后的BIM模型、碰撞报告、深化后的施工图等文件打包，供验收交付使用； 此外，建模过程中的其他成果也需要进行整理，如整理进度计划，查看原有的进度规划和任务安排与实际的进度是否有较大的差别，以及未完成任务的原因有哪些，这些资料也是宝贵的经验，为以后的类似项目任务规划提供参考依据。 本章小结 管线综合可以为项目中管线排布提供解决方案，利用BIM技术的可视化可以发现二维图纸中难以发现的错、漏、碰、缺问题，并基于BIM模型对设计方案进行优化，对于减少材料浪费、节省成本、保证工期有重要意义。 第2章管线综合项目依据 管线综合的前期准备工作十分重要，需熟悉项目的任务要求以及相应的标准规范，才能使最终提交的成果满足管线综合的目的； 建模过程中需参考一些文件来展开工作，主要包括原始设计文件、BIM建模标准、交付验收要求等。 原始设计文件.mp4 2.1原始设计文件 2.1.1图纸资料 1. 检查图纸资料 目前管线综合一般采用设计单位出的二维图纸进行翻模并做深化设计。图纸资料中一般包含总说明、平面图、系统图、图例等。建模前应检查图纸是否完善，如果缺少图纸或图纸内容不完善，需及时和原设计单位协调解决。 2. 图纸处理 常用的图纸是使用CAD创建的dwg文件，图纸资料也是统一的整体。由于CAD版本或者使用的插件不同，在打开图纸时可能出现字体缺失、部分图元不可见等情况，需将字体替换或下载相应的字体文件并载入到CAD安装目录的字体文件夹中。 原始设计图纸可通过天正软件进行处理，包括对图纸的分解、图层的处理、局部导出等，图纸导出方式如图21所示。一般将图纸导出为较低版本，并编制图纸清单，以方便建模使用和变更记录。 图21图纸导出 2.1.2建模任务书 建模任务书是建模的要求说明，包含了建模需要完成的工作任务、完成的时间、需提交的资料等，它也是建模的重要依据，在任务书中也应包含各个专业的建模精度要求； 同时规定设计采用的软件及版本，以避免软件选择不同导致的不可交互或交互时数据丢失。 如果管线综合由第三方BIM咨询服务机构完成，则任务书中更应提供详细的管线综合设计说明，作为合同的组成内容。 2.1.3其他设计文件 1. 效果图 效果图是直观展示设计成果的文件。传统的效果图虽然与BIM有一定差别，但也是指导建模的参考资料。 效果图主要有两方面的作用。一方面，对于复杂节点的设计可参考效果图，以理解设计意图； 另一方面，基于设计图纸进行BIM模型搭建，与效果图进行对比，检测设计文件与效果图中是否一致。 2. 参照模型文件 管线综合主要是对机电各专业进行深化设计，是基于土建模型做管线避让，如果已有建筑结构模型时，则无须再建土建模型，可直接使用已完善的土建模型，从而减少大量的建模工作量。 BIM建模标准.mp4 2.2BIM建模标准 2.2.1BIM标准 目前的BIM相关标准相对较少，与其他建筑相关标准类似，BIM标准分为国家标准、地方标准、企业标准三大类，不同的行业还有相应的行业标准。目前的国家标准还不成熟，但随着BIM的应用推广将逐渐完善。 1. 国家标准 国家标准是BIM应用与推广的方向指南，如《建筑信息模型应用统一标准》，编号为GB/T 51212—2016，自2017年7月1日起实施； 《建筑信息模型分类和编码标准》，编号为GB/T 51269—2017，自2018年5月1日起实施。 国际上的标准用于指导BIM模型及相关BIM软件的开发，如IFC(数据模型)、IFD(数据字典)、IDM(数据处理)。对于工程中的实际应用需参考国家标准，国家标准中规定了一些主要的技术要求，可作为国内BIM应用的指南。 2. 地方标准 地方标准是根据地方特色和国家政策制定的BIM应用指南。目前的地方标准较少，大部分都是基于国家标准和地方特色发布的指导文件。 3. 企业标准 企业标准是企业在BIM应用过程中总结的一些经验，并结合国家的指导文件制定的BIM应用标准，是BIM应用落地的具体参照依据； 不同企业有不同的标准规范，如BIM咨询单位、设计单位、施工单位及开发商都可能有自己公司的标准。 在进行管线综合设计时，应确定采用的标准，以此作为建模的参考依据。 2.2.2命名规范 模型的命名规范是管理BIM模型的重要依据，参照某企业的模型命名规范，可采用如下的命名方式： 项目编号_项目简称_阶段_专业_分区/系统_楼层_描述.文件格式 项目编号是可选项，与设计序列无关，专业可采用英文缩写或汉语拼音的缩写，如表21所示。 表21专业简写参考表 专业代码专业代码 建筑AR给排水JPS 结构ST暖通NT 土建TJ电气DQ 幕墙MQ机电JD 2.2.3模型深度要求 根据模型的设计阶段选择不同的建模精度，使模型既能满足BIM应用的要求，又避免过度的建模。建模时常采用LOD(level of detail，详细级别)来衡量模型深度等级，将建模的精度分为5个级别，从LOD100~LOD500详细程度越来越高。模型深度等级划分及描述如表22所示。 表22模型深度等级划分及描述 等级(LOD)使 用 阶 段描述 100方案设计阶段具备基本形状，粗略的尺寸和形状，包括非几何数据，仅线、面积、位置 200初步设计阶段近似几何尺寸、形状和方向，能够反映物体本身大致的几何特性。主要外观尺寸不得变更，细部尺寸可调整，构件宜包含几何尺寸、材质、产品信息等 续表 等级(LOD)使 用 阶 段描述 300施工图设计阶段物体主要组成部分必须在几何上表述准确，能够反映舞台灯实际外形，保证不会在施工模拟和碰撞检查中产生错误判断，构件应包含几何尺寸、材质、产品信息等。模型包含的信息量与施工图设计时的CAD图纸上的信息量保持一致 400施工阶段详细的模型实体，最终确定模型尺寸，能够根据模型进行构件的加工制造，除包含几何尺寸、材质、产品信息外，还应附加模型的施工信息，包含生产、运输、安装等方面 500竣工验收阶段除了最终确定的模型尺寸外，还包括其他竣工资料提交时所需的信息，如工艺设备的技术参数、产品说明书、操作手册、保养及维修手册、售后信息等 表22描述了不同深度的模型要求，不同专业也有更详细的要求，管线综合设计属于施工图设计阶段，即应满足LOD300的模型深度要求。管线综合涉及给排水、暖通、电气专业的建模要求，参照表23~表26中的要求。 表23给排水专业模型深度 深度LOD100LOD200LOD300LOD400LOD500 管道只有管道类型、管径、主管标高有支管标高加保温层，管道进设备机房1m 阀门不表示绘制统一的阀门按阀门的分类汇总 附件不表示统一的形状按类别绘制 仪表不表示统一规格的仪表按类别绘制 卫生器具不表示简单的体量具体的类别形状及尺寸 设备不表示有长、宽、高的简单体量具体的类别形状及尺寸产品批次，生产日期，运输进场日期，施工安装日期，操作单位 管道技术参数、厂家、型号等信息 按实际阀门的参数绘制(厂家、型号、规格等) 按实际项目中要求的参数绘制(厂家、型号、规格) 将产品的参数添加到构件中(厂家、型号、规格等)