基于BIM技术的建筑管线综合排布优化分析

基于BIM技术的建筑管线综合排布优化分析

梁孝彤

天元建设集团有限公司  山东临沂  276000

摘要：传统建筑综合管线在建造过程中的粗放式管理模式，不仅效率低下，而且极易造成资源的浪费，文章通过利用BIM技术的优势，结合相关编程软件建立项目管理系统，为建筑项目的综合管线设计搭建互通、协调、统一的信息管理平台。

关键词：BIM技术；建筑管线；综合排布；优化分析

1综合管线设计

建筑项目是一个涉及多个专业的综合工程，建筑中的各种管线，如：给排水、电力等错综复杂，然而目前各专业之间沟通严重不足，各专业设计与施工中都缺乏协调。由于CAD软件的局限性，设计的成果均为二维的图纸，导致设计人员在设计过程中对于空间结构缺乏总体考虑，往往会出现两个主要问题：①管道与结构构件（如：墙、柱）的交叉点处，往往不能预留管线的孔洞；②综合管线在空间中出现交叉。这两个问题不仅加大了返工的概率，而且降低了施工效率、增大了施工难度。目前解决上述问题的主要方式为利用人工首先将二维的平面图纸转化为三维图纸，人为进行判别，然后再将不合理的地方进行修改，或者将不同专业的图纸首先透绘在透明的图纸上，然后将各专业图纸叠加在一起，再利用人工逐一判别，但人工判别不仅效率低下，而且工作单一、重复，面对大型工程庞大的管线系统，管线往往成千上万条，仅仅依靠人工进行判别和修改，不仅耗时费力，而且由于人工的疏忽与其他原因，人工判别和修改往往不能保证一次性将所有的问题管线全部解决，需要修改多次才能找到所有问题。随着BIM技术的推广与使用，利用BIM技术良好的可视性、精确性，将图纸中各种管线的信息变成模块信息，结合C++等，利用相应算法，编制程序，对图纸中的模块进行碰撞检测，从而检验出有矛盾的地方，进而对有矛盾处进行重新安置。从而在不利用人工的情况下，对图纸中不合理处进行逐个修改。在整个系统中，对于综合管道的碰撞检测就成为了整个系统最关键的技术。目前，碰撞检测中应用最为广泛的两种算法分别为层次包围盒法和空间分割法，层次包围盒法实质为将管道周围空间作近似模拟，以模拟空间代替实际管道来进行检测。而空间分割法是将空间规则划分后，把管道线路划入不同空间单元格中来进行相交检测。两种算法都有其优势与缺点。

2创建平台系统

2.1集成算法

空间分割法和层次包围盒法是动态碰撞检测所采用的主要两种方法，空间分割法在实体分布较为均匀而且实体数量分布不稠密的情况下，效果较好，但在使用这种方法时，如何对子单元格的尺寸进行界定仍是一个比较难以解决的问题。如果划分过粗，检测效率会提高，但准确率和精度却不理想，如果划分过细，虽然提高了检测精度和正确率，但会极大降低检测速度和提高检测设备硬件的要求。层次包围盒法检测效率高、速度快，能在运算量较小的情况下对实体进行检测，将确实不相交的实体快速剔除，但层次包围盒法在对形状复杂的大量管道进行检测时，却因为包围盒形状并不能代表真实实体的形状而表现不好。因此，为了利用上述两种方法的优点，将其结合起来进行检测。首先利用空间分解法对图纸中相关内容进行空间划分，每个空间均匀划分为大小相等的几个子空间，将图纸之中各个实体按照空间位置划分入每个子空间内，然后对空间进行迭代分解，对分解后的实体进行两两碰撞检测，若已构建的模型数达到已设定的阈值则结束运算。然后，再利用层次包围盒法进行对可能相交管道进行粗略检测，将不相交的实体快速甄别、剔除，粗略检测后可疑相交的，最后对可疑相交管道进行精确检测。对于确实相交的实体，检测标注出来。

2.2程序算法

程序采用C++作为程序开发语言，实现对BIM信息的读取、重建和处理，以最简单的两个矩形实体相交为例，首先对两个实体所在空间进行划分，划分后获得若干个实体组，然后对各实体组进行遍历检测，然后对于可能相交的实体组进行空间分析，先用近似性和紧密性较差的空间去包围可能相交的实体，进行粗略检测，在检测后，再次对筛选后的疑似相交实体进行三角形精确碰撞。从而将确实相交的实体检测出来，最终输出在Excel表格中。

图1程序算法流程图

3工程实例

本文以某8层办公楼项目为例，该办公楼建筑总面积为13722.48m2，地上8层，地下1层。占地面积为1524.72m2，主楼体总高为34.17m。其建筑主要用于商用办公，是一幢集办公、会议、餐饮、休闲于一体的综合性办公大楼，人员流动较大，主体采用框架结构，

图2办公楼立体图

图3办公楼综合管线图

为适应大量人员同时办公以及大流量人群进出，建筑物内部设计暗装风机管盘加新风系统，冬季供热、夏季供冷、消防等各种管线，办公楼立体图见图2所示。办公楼内管道系统包括通风管道、电力管线、输气管道、消防管道、空调管道。各种管线错综复杂，在设计阶段，将各专业管线纳入到同一个BIM模型中来，具体管线见图3所示。将设计图纸经过处理后，导入到建立的系统对办公楼管线进行检测，最终结果导出在Excel表格中，此次共检测出22处相交处，根据所检测出的管道编号进行查找，结果显示所检测出的结果均发生了碰撞，说明程序具有很好准确性。对设计图进行多次人工判别，最终显示结果与程序检测结果一致。再次人为改动3处后重新进行检测，发现所有改动处均能够被准确检测出来。表明程序具有很好的可靠性。检测结果见图4、图5所示。

图4Excel输出结果

图5检测出的管线碰撞处

实例证明，程序具有良好的准确性和可靠性，能够在设计阶段就将一些设计不合理和矛盾的地方检测出来，从而避免在施工阶段才发现设计问题，提高了图纸质量，在一定程度上减少了因为设计缺陷而导致的返工和资源浪费。

4结语

通过建筑项目实例表明，基于BIM技术的综合管道优化设计程序，能够在短时间内对复杂综合管线的冲突与矛盾处进行检测，从而在设计阶段就将一些有冲突的、矛盾的管线进行处理，相比于人工进行处理，不仅节省了时间，而且避免了遗漏和错误的判别，是一种方便、快捷、高效的综合管线设计优化的方法。

参考文献

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