1 基于BIM技术的建筑施工技术分析

1.1 管线碰撞检测

碰撞检测是BIM技术在管线综合设计优化过程的基础应用，在三维模型的基础上，通过设置特定的碰撞规则，利用计算机软件进行筛选，针对性地识别建筑给排水管线与管线之间、管线与构件之间是否存在不满足设计规范的情况，通过碰撞冲突报告中的显示命令定位碰撞点并进行修改，其相较于传统碰撞检测存在的优势为可在模型中对所有专业的设计进行协调，且效率较高，如表1所示。

1.2 管线综合优化

管线综合优化主要包括管线避让优化与管线深化设计2个部分。管线避让优化的任务是对于管线碰撞检测中出现的冲突点，按照施工规范和管线避让原则进行修改和调整；管线深化设计是结合空间舒适度和施工检修标准2个条件来对管线空间布局进行优化的一个过程，其任务是合理布置及协调建筑给排水等专业管线、压缩管线空间布局，提高建筑空间利用效率，避免出现设计问题而影响施工过程^[4]。管线避让优化的基本原则如表2所示。

表1 碰撞检测效果对比分析

表2 管线避让优化原则

1.3 施工过程模拟

现代智慧型建筑综合管线排布的复杂性，使其更需要合理安排施工顺序，如重力管道需要有一定的坡度，最先安装，其他管道对其避让，通过BIM技术对建筑给排水关键施工节点编制施工工序，各专业共同协商，确定最为合理的施工顺序，并与施工进度计划相关联，形成动态模拟的施工过程，实现先模拟再建造的可能，消除潜在设计缺陷，对于及时发现施工方案中存在的问题、优化施工工序有着直接的帮助，易于实现不同施工方案的分析比选^[5]。

2 基于BIM技术的建筑施工优化应用

2.1 项目概况

某建筑项目建设用地为140亩（1亩≈666.67 m²），总建筑面积为154 188 m²。新建1幢综合楼、1幢23 368 m²的门诊楼、1幢科研教学综合行政中心、1幢相关附属配套用房。

2.2 BIM模型构建

利用BIM技术对此项目的结构、建筑、给排水、暖通、电气等专业进行全面建模，模型精度LOD等级为300，包括各相关构件的数量、大小、形状、位置和方向等精确信息。以建筑给排水为例，对建筑给排水族文件进行参数化创建，一般包括尺寸、文字、编号、材质等信息，主要为系统族、构件族与内建族3种。族的创建是数字化仿真过程，无论是构件族，还是内建族，都是基于构件信息在族编辑器中完成其样式、尺寸、材质等参数的设定以及形状的编辑。由于建筑给排水工程项目复杂、机械设备众多，其所需族文件种类会更多，结构也更复杂，具有代表性的给排水族文件包括管道、弯头、三通、阀门、法兰、水泵、水箱、消火栓、地漏、卫浴设备等。通过CAD软件建立标高和轴网以及绘制管道，最终形成建筑给排水专业模型。该建筑项目部分建筑给排水、暖通及结构模型如图1所示。

图1 该建筑项目部分建筑给排水、暖通及结构模型

2.3 碰撞检测应用

对于传统建设项目设计模式，各专业包括建筑、结构、暖通、机械、电气、通信、消防等设计之间的矛盾冲突极易出现且难以解决。本文利用BIM可视化三维模型，对该建筑项目的各专业系统进行空间协调、消除碰撞冲突，最大限度地减少设计过程中的“错漏碰缺”问题，做到方案最优化。通过BIM集中建模和模型问题筛选，总共发现图纸及专业间碰撞问题396个，分为11个专业碰撞类型，包括消火栓与电梯按键门立管碰撞、水管立管与梁碰撞、风管立管与风井墙梁碰撞、水管和桥架穿风井与风管立碰撞、风管与人防门位置冲突等，如图2所示。

图2 该建筑项目的图纸及专业间碰撞问题

2.4 管线综合优化应用

针对已发现管线和构筑物等综合碰撞问题，BIM技术可快速定位冲突管道，再根据管线碰撞原则及项目需求，快速实现管线避让优化，从而能够实现设计方案零冲突。如建筑给排水与电气专业碰撞，图3为一处给水管道与电缆桥架的碰撞，该生活水管从2段高度不一致的电缆桥架中间穿过，不可避免地存在一定的碰撞问题，由于给水管道为有压，而桥架不易翻弯，所以可通过将该生活冷水管局部向上翻弯对该处多段电缆桥架整体进行避让。

图3 给水管道与电缆桥架优化前后对比示意图

2.5 施工过程模拟、技术交底及漫游应用

2.5.1 施工过程模拟

通过形成4D施工进度模型，直观展示建筑给排水等专业管线施工进度计划安排的施工内容，实现进度模型一体化。以给排水施工为例，建筑给排水施工模拟最重要的目的就是对建造过程进行预演，发现实际施工过程中可能需要做出的设计变更或者将要出现的施工问题，对其进行优化解决。优化后继续模拟，形成一个模拟施工和问题解决的过程，直到解决完施工计划过程可能预见的问题，最后用于实际指导施工，降低后续实际施工中出现问题的可能性，保障建筑给排水施工过程的顺利进行。

2.5.2 可视化技术交底

此建筑项目各专业交叉多，机械设备较为复杂，对土建结构、暖通、水电等要求极其严格，因此，对专业重难点及细部构造进行详实的可视化技术交底迫在眉睫。利用BIM模型设计信息数据库，对净高、细部构造以及各专业进行了详细的技术交底，为设计与施工人员进行有效对接提供了强有力的平台，获取信息的效率相较于传统CAD图纸大大提高。

2.5.3 模型漫游

基于BIM技术的三维动态漫游是其重要的一个应用，是对建筑场景的虚拟仿真，可直观地反映设计细节以及真实效果。在招投标阶段较多用于效果展示，在设计阶段可用来检测设计缺陷、空间不足，在竣工阶段可作为竣工文件移交业主方，用于展示项目工况以及后期运行维护。漫游效果展示了该建筑行政楼走廊给排水、暖通及电力系统整体布局，包括各类管线排布、复杂节点安装，如图4所示。

图4 该建筑项目综合管廊模型漫游

3 结束语

基于BIM技术的设计施工综合应用研究，可以在现代智慧化建筑设计与施工全过程管理中发挥更加广泛、更大范围的综合作用。BIM技术在现代智慧化建筑设计施工中能实现建筑各专业的信息集成，提高信息传递效率；实现建筑综合管线优化与净高监测过程的自动化、程序化运行，减少相应深化设计过程的工作量，有效缩短施工工期，减少设计变更。

本研究完成了基于BIM技术的现代智慧化建筑设计施工综合应用实例，通过碰撞检测、管线优化降低了设计过程中的专业间冲突点；利用可视化技术交底及模型漫游改变了传统粗放式的施工过程，使其更加精益化。未来将BIM技术与现代智慧化建筑运维相结合，通过流量监测、水压监测、设备监测、数据处理等方面提高运维效能，实现绿色建筑低碳环保。