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BIM在机场航站楼管线综合设计中的应用

摘要：BIM以其直观性、协同性和参数、信息的多元应用在建筑设计中被逐渐使用。以某航站楼为例，介绍BIM系统在管线综合设计中的应用，对设计成果、BIM应用方向进行了探讨和评估，并总结了存在的不足和难点，提出了相应的解决措施。

1.工程简介

机场航站楼根据工艺要求，建筑呈现为层数少、单层面积大、空间高大的特点。相应的管线存在没有标准层，每平方米都不相同；主干管尺寸大；服务于出发层和到达层的管线均需设置于2层楼板下等特点。管线综合如果不够准确、合理，会造成旅客公共区域没有足够的空间高度，建设期间的拆改也将给建设方造成经济和工期方面的损失。因此航站楼管线综合设计相对于普通民用建筑更为繁琐、困难，也更为重要。

本文以南方某机场航站楼管线综合设计为例，对BIM在此方面的应用进行探讨，希望通过实际项目的应用，不断了解新的设计手段、可应用领域以及不同软件的优缺点等问题。此项目航站楼包括主楼、西指廊及连接廊三部分，平面呈“Ｌ”型，总建筑面积72097㎡。航站楼主体部分地上二层，二层楼层以下为混凝土框架结构，二层楼层以上为钢结构。

2.本项目BIM应用情况

2.1BIM应用的软件

AutoCAD2010-2013版本，64位操作系统；MagicCAD(forAutoCAD)2012.11版本，64位操作系统；NavisworksManager2012版本，64位操作系统。

2.2运用BIM技术的目的

通过BIM技术指导项目设计阶段的调整和优化，向施工环节传递“可延续使用”的BIM模型，以及和BIM模型相吻合的施工图。在施工环节直接使用设计环节传递的BIM模型，并在此基础上进行优化和深化设计（见图１）。

由于本项目中实现了BIM模型在设计环节和施工环节的“直接传递与延续使用”，使得在以往“设计一次建模，施工二次建模”项目中某些无法实现的BIM应用得以在本项目中进行尝试，如管道综合支吊架设计、安装工序模拟等方面的尝试。

2.3BIM设计在本工程中的模式

由于BIM模的全面应用在我院是首次，考虑到设计人员对软件不够熟悉，项目对时间和进度有比较严格的要求，因此本项目采用了专业设计团队与BIM技术团队有序配合的方式进行（见图２）。从实际效果来看，此模式的优点是：专业BIM团队软件熟悉、建模速度快；在二维图纸较完善、干管已初步综合的前提下，BIM团队建模后碰撞检查工作量少，优化模型效率高；缺点是在从二维图纸向三维转化过程中，部分工作重复；BIM团队不能100％地理解二维图纸并准确转化成3D模型，设计人员耗费大量时间进行校对。

3成果展示

3.1管线综合、碰撞检查

BIM团队根据平面设计图纸搭建BIM模型，进行碰撞检测和管线综合，并在此过程中利用BIM模型自动提取了大量的可自动更新的剖面图。在此工作过程中，对发现的问题及时反馈，指导设计团队对2设计团队与BIM团队配合工作流程图纸进行优化与调整。BIM技术的应用也为设计团队理解航站楼复杂的空间位置，以及关键节点的三维位置关系等提供了较大的帮助，为进一步优化（如空间的较大化利用等）提供了可能。

基于传统二维设计的管线综合在实际施工中由于管线碰撞引起的调整不会低于总工程量的10％，个别项目的改动量高达15％～20％。而应用BIM技术后，通过管线碰撞检查，及时调整碰撞点，较终实现零碰撞。图３～图５为几个典型碰撞点的调整实例。

3.2材料表统计对比

传统的二维设计中材料表统计是基于半人工模式的，不同专业不同系统由于设备与管线性质不同，统计的准确性也不尽相同。普遍而言，越小的管径和部件统计会越不准确，并且材料表统计需要耗费一定的人工与时间。施工单位拿到设计院的二维图纸同样要耗费一定的人工与时间来对材料表进行重新统计，以本项目为例，通常需要４个专业人员３～５d的时间。基于BIM的材料表是在模型搭建之后自动生成的，只要模型搭建准确完整，材料表就是准确的，不需要再另外耗费人工与时间进行统计。本项目是基于二维设计完成后进行的BIM模型搭建，我们对两种模式下的材料表进行了对比，得出的主要结论如下：

（１）干管差距不大，基本在±（5％～15％），支管差距较大，在±（20％～40％），个别高于±50％，原因在于传统统计方法中干管更多的是通过详细计算，而支管及末端管线更多依靠估算统计。

（２）本项目所用BIM软件只能统计水管与桥架，对于矩形管道如风管，无法做到准确自动统计，还需人工介入计算或者估算。

（３）在BIM模型中独立的对象都可以单独统计，如弯头、变径、三通等，但是未建模的内容就无法统计，如线缆、压力表、温度计、直饮水机、开关等。

（４）传统统计方式中材料考虑损耗，但是无法预计翻弯造成的材料增加，BIM方式可以精确地按综合过的情况统计，但无法计量损耗量。

（５）本项目使用的BIM软件材料统计与*现行的工程量统计规则不同，但是模型量对于施工单位投标和施工准备有较大的参考意义。

（６）前期BIM建模中的错误会导致生成的材料表错误。

3.3典型系统压力校核计算

压力校核计算在设计和施工过程中都有实际意义。设计中压力校核计算用于更精确地选定设备、对管线综合调整后的管线进行复核计算等，施工中用于精装修对系统末端设备调整后的复核计算、设备中标后的复核计算等。

本项目是通过BIM模型对调整后的系统（管线、末端设备调整）进行压力校核计算，以确定较初选定的设备（风机、水泵等）是否需要调整，结果见图６、图７。

3.4安装工序模拟

以地下室机房区域为例进行基于Navisworks的安装工序模拟，帮助施工方提前规划和制定分包工作的工序，避免二次拆装。基于设计方提供的BIM模型，施工方可以进一步在管线密集、工序复杂的位置自行模拟。

3.5综合支吊架设计

本项目尝试了管线综合支吊架设计，包括支吊架的布置与选型结果的校核计算。BIM地方，使得模型的实际应用程度大大提高；对于支吊架选型结果的校核计算，在预留余量的情况下对选型成果的安全度和实用性提供了*，解决了以往项目中支吊架设计全凭经验，余量过大造成材料浪费的问题。见图８、图９。

3.6漫游动画、效果图制作

基于3D模型可以制作漫游动画、安装工序模拟动画等，在与业主沟通、指导施工和项目展示宣传方面具有很大优势。

4效果评估

4.1BIM设计与应用过程中的主要价值

BIM的价值与应用对于设计方、施工方、较终运营方来说是不同的，这里依托本项目主要从设计方角度对BIM的意义和不足进行评价。

4.1.1BIM模型的直观性

通过搭建3D模型直观地反应机电设备和管线与土建结构之间的关系，管线与管线之间的关系，模拟了建成后的效果。意义有如下几点：

①帮助机电设计人员理解复杂的建筑空间；

②更好地利用建筑空间来进行管线综合，以达到较优的效果；

③真实应管线与设备所需空间，避免在施工中出现安装空间不足的现象；

④发现和解决管线碰撞问题，实现零碰撞；

⑤模拟工序，减少返工，合理安排材料与工人进场。

4.1.2BIM设计的协同性

传统设计方式中的配合是通过各专业间不断互提资料来实现。对于大型项目来说，互提资料数量多、版本混乱、内容丢失等造成的责任不清以及替换底图增加的工作量都是不容小视的设计管理问题。通过协同设计，在统一的平台下共同工作，改动实时调整，对于提高设计效率有很大价值。

4.1.3BIM中的参数与信息的多元应用

BIM对于建筑业来说较大的意义不应是图形的三维化，而是附加在3D模型上的信息。这里所指信息包含在两个范畴，一个范畴是指模型中每个对象与自身参数的一一对应，通过对参数的调整可以实现模型中对象的自动修改；另一个范畴是对模型中的信息加以提取和加工，例如材料表统计、压力校核计算。BIM中的参数与信息使得BIM模型成为一个多维化成果，也成为一个开放的、多用途的平台。

BIM模型从设计方开始搭建，不断加入需要的信息后向下传递给施工方和较终运营方，每个使用方可以根据自己的需要对信息参数进行不同的添加和提取，满足各自的需求。

4.2BIM设计与应用过程中的主要问题及应对措施

在应用BIM设计过程中，我们也发现了一些问题，经过设计团队与BIM团队的讨论，初步提出了解决方案。

4.2.1设计周期长

由于BIM设计是基于3D模型设计，需要建立一个完整、真实的三维模型，对所有管线、设备除了三维尺寸和定位外还需要附加参数和信息，设计人员的工作量较常规设计增加；此外在进行管道碰撞检测后，需要频繁调整模型和图纸，这些原因使得BIM设计所需的时间远大于常规设计周期。

4.2.2设计变化导致修改工作量大且更易出错

BIM的模型对象需要更多的参数和信息，因此设计过程中的改动需要修改的内容就较传统二维设计更繁杂，且更易出错和遗漏，而机电专业设计受各专业的影响改动在所难免。从本项目运用BIM设计的实际情况总结，3D设计更适合在设计基本完成并不进行较大修改后开始。

4.2.3BIM模型的应用范围对设计周期有巨大的影响

如果对BIM模型的使用只局限于管线综合、碰撞检查、空间可视性等方面，即主要使用BIM中的3D功能，模型搭建可以比较粗略，对象的附加参数和信息可暂不设定或对准确性放松要求，每个机电系统也可以只搭建主要设备和主干管而忽略一定尺寸的支管、末端设备或中间不重要的设施。这是目前大多数工程设计阶段使用BIM辅助二维设计的做法，这样的BIM模型不作为较终交付和传递信息使用，因此设计用时较短，但是忽略了大量BIM的多维效用和意义。

如果想应用BIM模型进行更深入的数据提取和应用，则需要把模型搭建得非常详细和准确。比如材料表统计应用，前期对对象赋予了错误的属性信息就会导致后期统计的错误，而且不易查找和修改。再如系统压力校核应用需要整个系统完整封闭、全部设备正确，否则无法进行计算。

如果BIM模型需要传递给较终运营方用于管理和设备维护，则需要将所有较终采购的设备信息输入模型，所需时间和精力将更庞大。

4.2.4应对措施

（１）与BIM团队建立长期合作关系，便于理解设计人员的设计意图及图纸表现形式。

（２）对设计人员进行BIM软件培训，由合作方式逐渐转化为设计人员直接利用BIM软件绘制图纸。

（３）根据较终应用的深度，简化BIM模型，减少模型搭建时间及后期修改工作量。

5结论

BIM对于建筑工程的意义是有目共睹的，也是行业的发展趋势。从本项目来说，对于BIM模型的产出成果，设计院和施工方都予以了肯定，但是与传统设计方法比较，设计院为此付出了更多的人力与物力。从设计院的角度来说，如何在获得BIM多维信息好处的同时不丧失设计效率，是选择采用何种软件的首要考虑。

（作者：田菁葛惟江*民航机场建设集团公司）