ABD应用于民建管线综合的探索与实践


   在建筑内部应用BIM,除了看采光、装饰、能量分析以外,很重要的一点就是提前解决管线碰撞的问题,也就是我们俗称的“管线综合”。大部分设计人认可管综能有效提升自己的技术实力,但不到迫不得已,谁都不愿意做管线综合。
   如果我们从BIM角度出发,审视管线综合问题,就会很快得出结论:建模容易,碰撞检测也不难,问题在于:管线综合怎么做,谁来做,做成什么样子?笔者以实际操作过的案例试图进行不太成熟的分析,希望与各位共同探讨分析。
   基于目前的设计现状,大多数人仍然基于2D的CAD绘图,不乏优秀的设计,同样存在有设计人凭着感觉走的状况。我们在此基础上进行新的尝试,以某项目为例,在ABD平台上完成管线综合。
   项目为改建项目,6层建筑,外带-1F的地下车库,结构主体已经完成,部分风管要求保留。要求将部分地下车库改造成设备房,层高4.5m,4F、5F改建成机房,层高3.6m,楼顶安装冷却塔,总体说来,除了楼顶相对简单,剩余的三层略为复杂,当然我说的复杂与我接触的项目比较少有关系。
   首先说一下各楼层涉及到的机械设备与管线与软件的选用。
   -1F:机组、CWS(空调冷却水供水管)、CWR(空调冷却水回水管)、B(冷塔补水管道)、CHWR(空调冷冻水回水管)、CHWS(空调冷冻水供水管)、JS(给水)、FL(空调废水)、DWHS(冷塔补水管道)、水箱、强电桥架、安防桥架、EA(普通排风)
   4F\5F :机柜、CHWR、CHWS、JS 、FL、CON(冷凝水)、PL(污水)、ZL(中水)、XL(消防)、ZPL(自喷淋)、R(冷媒管)、安防桥架、强电桥架、弱电桥架、EA、PY(排烟风管)、OA(新风管)
   楼顶:冷却塔、机组、强电桥架、安防桥架、CHWS、CHWR。
   软件的选用,桥架部分(强电、弱电、安防)采用了BRCM,其他部分采用了ABD update3。
   大致就是上面介绍的这些,4/5F机房设置了静音地板,地板下空间用于安装管道。由于是改建项目,空间便有了局限性,空间的局限来源于三部分,首先是地板下方,4F的静音地板高300mm,5F静音地板高400mm,地板本身厚度32mm,有需要保温的CHWR和CHWS,管径范围DN65~DN100,各自有19mm保温层,另有重力流的CON管道(DN40),管道安装需要支架,提高了管道安装及协调的难度;另一部分来源于顶部,由于结构已经施工完成,梁上就没有预留的孔洞,楼体内部梁的尺寸高度为750mm,这就要求管道必须在梁下而不能穿梁;剩下的就是人和设备,机柜底部设置300mm的支架,机柜自身也具有高度,二者高度范围内不应有管道,同时工作人员需要保证2.2m的通行高度。
   可以反算出顶部留给管道的空间:
   设置静音地板部分:H1=3.6-0.3-0.75-2.2=0.55m
   未设置静音地板部分:H2=0.85m
   当然这些数据并不是一开始都考虑到的,而是推进BIM过程中逐渐发现的。这些乏味的数据在后面还要再次提起。
   项目最初的要求是“做个BIM看看样子”,后来就成了“把碰撞情况给我看看”,之后便是“这个管道翻一下管道,那个桥架调一调”,然后成了 “直接给我改好了就行,让他们别碰”,最后 “告诉我你哪里调整了,最能在CAD平面图和立面图标注一下,我看不难,应该挺简单的”。
   
   我们回归正题,BIM的管线综合。将二维图纸转换成三维的模型,也就是翻模,只能创建信息模型而不构成生产力。但是通过实践可知,我们可以直接用BIM来做管线综合。
   BIM之于管线综合,主要分为三步:建立信息模型,解决管线碰撞问题,完成管线综合。管线碰撞和管线综合并不是独立的,后面应该会有更多的人证明:基于BIM,依靠各专业内部的沟通,并不会很快了结碰撞问题,仍需要单独的人来进行各专业的协调,所以,BIM层面的管线综合仍然非常考验工程师的水平,尤其需要极大的耐心。建立信息模型是碰撞检测和管线综合的基础,基础工作必须要做,而且必须做的准确,如实反映设计状况。
   我们必须承认,BIM之于设计,并不是万能的,现阶段BIM也并没有革掉2D的命。任何设计都是基于简单的元素,雏形于脑海,跃然于纸上,修缮成实体,是一个渐进的阶段,BIM也并不会即刻提升设计师的设计水平。对于任何一个项目,质量好坏与水平高低取决于设计人的段位,依赖于设计人用心与否,依赖于各专业之间的配合与协调,依赖于管线综合部分的空间分配。一些人听了另一些人关于BIM的理解,认为BIM无所不能,可上九天揽月,可下五洋捉鳖,但是最起码BIM没法给你焖个饼不是?BIM有其优势,也有其不足,希望理性看待,同其他万物进化一样,属于曲折式前进,螺旋式上升。BIM也需要做大量的前期工作,最核心的依然是人,而不是软件,BIM项目同样需要规范的操作流程,提高工作效率。
   
   回到项目自身,结合自身经验,分析一下我们提到的三步。
   首先是模型的构建
   不是每个专业一开始就必须要把模型做的很精细,这样既花费了大量精力,后期也不便于调整,个人推荐“简笔画”思路:定位准确,尺寸齐全,不管好不好看和材质有无,这些都可以后期处理。建模始终以目标为导向,这个目标就是便于完成管线综合,反推回来就是满足便于调整的需求即可,需求仅规格、尺寸。
   各专业建模建议分主次,分先后。以本项目为例,一切基于结构主体,结构专业先行,创建标高轴网,完成本专业墙、梁、板、柱、门、窗的构建,像不像不打紧,规格尺寸对更重要。
   结构专业完成模型构建后,其他专业完成自身专业的模型构建,不同的管道放在不同Part里,便于后期调整。考虑到Bentley软件强大的参考功能,建议一种管道新建一个model,既便于管理,又方便修改,也能降低后期碰撞检测的工作量。这一阶段各专业只负责本专业的模型创建,暂不考虑其他专业的情况,即便已经看到发生了碰撞,也不适宜在该阶段自作主张的去调整,不要打乱该阶段的工作节奏,后期会有管线综合人员提出建议,你负责提出可调整的量即可。
   各专业完成建模以后,就是模型的拼装与组合,这一阶段相对简单,模型均基于结构模型完成,使用参考功能完成即可。
   第二步:管线碰撞检测
   Clash Detection,工具的调用及其使用都不复杂。我们经常在会议上看到某某单位使用碰撞检测解决了成千上万处碰点,我们会关心这个数量“成千上万”的来源,也会好奇怎么产生的。实际上面对这么多的碰撞点,我们会有很多的疑问。
   如果暂时搁置这些疑问,继续探讨碰撞检测与管线综合的关系,就会发现,这两者是一体的,碰撞发生后需要进行管线调整,调整之后需要重新审视管线关系,过程的反复就是管线综合。
   在实际工程中为了提高工作效率,避免不必要的资源及精力消耗,我们必须梳理一下工作流程,选择合适的工作方式及方法。
   进行碰撞检测之前,我们需要考虑几个问题:1、和谁去碰撞检测,2、先对谁进行碰撞检测,3、先解决谁的问题,4、怎么解决问题
   技术路线本质上都是一样的:发现问题,分析问题,解决问题。而这三者是基于需求而产生的,即项目要求或者工程实际需要,我们会制定一些规则,规则的产生会对组成元素产生约束,就是常说的“宜、应、不宜、不应、禁止”。
   以本项目为例,作为改建项目,要求不破坏既有梁和柱,保留已有的部分风管,其他管线布置合理。延伸一下就是,在限定的空间内,管线布置满足空间距离要求,方便安装与检修,布局美观大方。进一步分析,就是顶部看梁,平面看柱,地板下空间合理分配,中间保证工作人员通行。这些要求就构成了我们前面提到的第4点“怎么解决问题”,属于反向推导,按此逻辑我们就会回到前3点。而技术路线的三板斧“发现、分析、解决”也是在这4点中深度应用的。
   对于前面的4点,这个问题貌似很简单:要先跟自己碰一下,自己没问题再去跟其他一切元素去碰一下,看看有没有问题,有问题解决问题。
   “老铁,你说的没毛病”
   如果自己操刀过一个项目,就会发现并不简单,碰撞数量远超想象,调整量随之而来。根据个人浅薄的经验,建议还是分层次分阶段,根据项目需求,进行碰撞检测和管线调整,完成管综。
   那,我们该怎么做管线碰撞检测呢?
   如果我们先跳过这一环节,假装我们进展很顺利,完成了管线碰撞检测。
   发现的问题是:碰了!管线跟承重结构碰了,跟非承重的墙体碰了,跟门窗洞口碰了,与桥架和风管碰了,跟其他管线碰了。
   我们看到碰撞结果时感到困惑,为什么真的有成百上千处碰撞?这也是我们提到的第二步:分析问题。找出问题的来源与成因,便于下一步解决问题。
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   如图所示,出现碰撞的原因可以归结为几部分:最大的因素就是设计人的水平,如果丝毫不在意有无结构梁柱,贴着楼板走,自然每根梁交叉的范围内都要碰撞,所以设计人用不用心很重要,如果是在3D环境里面绘图,该问题能及时避免,但是2D环境中,很容易忽略该问题;其次就是设计人的失误,基本是体现在水平方向上与柱发生了碰撞,或者类似于预留洞口的计算产生了偏离,也就是他知道可能会碰撞,也做了准备,但在细节把控上失手了;最后一种常见也比较棘手,就是专业之间的交叉。我们前面提到各专业完成自己本专业的模型,拼装后审视,实际上在2D环境里也会有人来做管综,当多个专业拼装到一起时,同样会头大,只有集成所有专业后,才会发现管网布置的复杂性,也就导致我们需要一个人专门来进行管线调整,对接各方进行协调和资源调配,完成管线综合。
   我们进一步分析碰撞的成因,碰撞来源于跟结构的碰撞,跟门窗及非承重墙的碰撞,与其他管线的碰撞。其中跟结构的碰撞和门窗墙体的碰撞是“成千上万处”的主力,跟梁体的碰撞属于明显的设计不用心,需要将相应的高度下调,与墙体的碰撞属于预留洞口,而预留洞口的设置可以留在最后调整,之所以这样建议,是因为如果管线调整,预留的洞口必然要跟进调整,相当于调一动二,同样,与墙体的碰撞也不是第一步该检测的,对于跟门窗的碰撞,一部分属于布局问题,比如管线可以平移到周边,躲避开门窗,另一部门原因可能是空间不够,民建内部的门多在2.1m左右,并不算太高。针对与其他管线的交叉碰撞,原因很多,多专业之间的配合和协调容易出现纰漏,可能是空间不够,可能只考虑了本楼层的情况,而管道是要延伸到下一楼层的,比如排水管。还有一种“未碰撞”的情况也要引起重视,管线布置没有与其他管道发生碰撞,但是设计的不合理,也要进行调整,如下图所示。
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   第三步:管线综合
   我们要解决的问题总结起来是管线碰撞,解决方式为保留固定不动的,调整可调节的。无论是新建还是改扩建,首先应该明确哪些是不能动的;哪些是能调整,但是尽可能少调整的;便于调整但需要确定调整阈值的。
   固定不能动的基本为承重的梁柱,应避免管线发生碰撞及穿过,同时预留一定的安装空间。尽量少调整的包括重力流管线,另外一种就是压力流但是调整之后会有较大影响的,比如风管增减节点会导致沿程阻力变化,随即可能影响到噪音高低,这一类管道在高程上尽量保持原有设计的平顺,水平方向上可以整体平移,但尽可能减少节点数量的增减。工程中调节最多的就是“可调整管线”,这类管线包括常规的压力流管道,再就是桥架这种非压力流,可调并不代表无限制,正如我们刚讨论过的:地板下的空间是限定了的,只能想办法去避让;除去工作人员的通行高度,顶部的可调空间也是限定的,在空间紧张的改扩建项目,只能想办法穿插,结果可能就是实用而不美观。
   对于新建项目,当层高足够,管线自然可以分层罗列,这也是现在很多厂站设计人员的“新思路”:给你设计足够的层高。但是,真的需要这么高的净空吗?更大的空间不仅带来了更高的投资额,同时运营期间的采暖通风能耗也会增加。很多单位都不愿意承接改扩建,除了项目自身风险外,难度大也是一方面。
   确立好解决问题的思路以后,我们继续分析前面4点,就容易得出结论,过程是顺其自然的,想要得出结论就要从结论往前推导:谁相对重要就要先解决谁。以本工程为例,重力流的管线为PL、FL、CON、R,其中CON和R量大,占位多,与其他专业交叉多,优先对这两种进行碰撞检测。
   以CON为例,首先分析空间占位的合理性,作初步调整,之后是与结构(梁柱)进行碰撞,根据检测结果回调管线,问题解决后与其他专业的管线碰撞,再回溯刚才的步骤:检测,回调,检测,完成,依据我们前面提到的解决思路进行修改。管线的避让原则基本都是一致的,压力流让重力流,小管让大管。最后才是与建筑组件(墙、门、窗)碰撞,得到结果,优先调节与门窗的碰撞,与墙体的碰撞可以放到最后调整。
   CON完成以后,针对第二种管道进行碰撞检测和管线调整,步骤与刚才一致,完成调节后,并不是马上进行第三种管线的调节,而是再重复一遍CON与其他元素的碰撞检测,有问题再回调,这是容易忽略的一步。后面的各种管线碰撞,都要反复重复这些步骤,工作量比较大,而且很需要耐心,这也是为什么不到迫不得已,都不愿做管综的原因:风险大、任务重、工期紧,还要当背锅侠。
   下图列举了5F楼层的组装架构和碰撞检测系列,其中碰撞检测是可以以model为单位,通过参考的形式直接进行,这样也就是前面建议某楼层某种管道直接新建一个model的原因。
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   碰撞检测可以快速的发现问题,较2D更直观,可以根据现象去分析问题,但解决问题还是要靠人,人是工程设计最核心的要素,而不是软件。
   碰撞检测以其显著的优点有助于推进管综进度,但是同样面临一个问题:碰撞检测报告。成百上千个碰撞点时,你要描述谁跟谁碰了,还要给予定位,一般通过轴网辅以截图,就出现了发现问题容易,描述问题难的状况。
   那么,我们真的需要一个检测报告吗?这也是我们要讨论的一个点:我们是让设计人之间自行协调完成管综还是专人进行管综设计?即便拥有了PW,依然做不好管综的原因在哪里?个人建议还是专人进行管综设计,设计人出于自身工作量的考量,会尽可能避免自己的管线被修改和调整,就容易出现各说各话的情况。当专人负责管综时,负责人只需要征询设计人意见:是否可以这么调?给我不能调整的理由,我也可以给你你必须调整的原因。先完成总体的管线综合,对于细部的阀门管件由设计人再去丰富。
   另外该项目的特点就是,软件种类数尽可能降低。一方面是ABD可以独立完成民建的需求,BRCM做桥架也是杠杠滴,另外一个原因就是:方便修改,参考里面激活就是。涉及的软件越多,误操作的可能性也就越大。当然这是有个大前提的:ABD就是针对厂站管道的专业设计软件,MS再香,有时候在专业环境里面还是要靠专业软件。
   最后附几张做完的管线图。(6F太简单,不放了,放上来的未调整调制及配色,凑合看吧)
5F 管线综合图(无机柜及梁柱)
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5F 管道细部
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4F 建筑及管线集成
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4F 管线仰视
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4F 管线俯视
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-1F 管线细部
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-1F 轴侧
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