基于BIM的滤池管道碰撞检测实例应用

基于BIM的滤池管道碰撞检测实例应用

韩亚爽

中国水利水电第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310000

摘要：近年来，BIM技术广泛应用于指导现场施工，展现了出了很多优势。本文基于BIM的综合管线碰撞检测对公司海外项目——圭亚那自来水厂项目的滤池管线进行实例分析，验证三维模型对现场施工的实际指导意义。通过对错综复杂的管道的碰撞检测，进一步实现设计方案的优化，及时指导管材采购计划及现场安装进度的调整，实现BIM技术与现场实际施工相结合的新方法。

关键词：自来水厂；滤池；管道；碰撞检测

引言

圭亚那自来水厂项目包含三个水厂共三座滤池的建设，三座滤池规模不同，涉及的管道较多，因此管道的采购及安装是工程建设的重点之一。本文针对其一滤池进行管线的碰撞检测，将BIM技术在实际施工中进行应用，验证其对现场施工的指导意义。基于BIM的虚拟化施工，其建模本身不消耗施工资源，却可以根据可视化效果了解施工的过程及完成的结果，可以较大程度地降低返工率和管理成本，降低风险，增强管理者对施工过程的控制能力[1]。通过BIM的碰撞检测，可及时发现在建或拟建构筑物的各类管道间及管道与结构间的碰撞问题，从而优化设计，保证采购和安装的准确性。

1三维模型创建

建筑模型的创建是碰撞检测分析的基础，正确无误的模型也是检测结果准确的保障，建模之前应首先熟悉各专业图纸，保证建模的准确性。本文利用Bentley软件，根据设计结构图纸，按照1：1比例创建滤池结构模型，如图1-1所示。结构模型按照浇筑顺序，分4仓浇筑，浇筑过程中预留出管道安装的孔道。按照工艺图纸创建工艺管线模型，如图1-2。将两个模型参考到同一个模型里，得出整体模型图，见图1-3。

图1-1  滤池结构模型图                       图1-2  滤池工艺管线图

图1-3  滤池整体模型图

在建立出整体模型后，可以通过BIM系统的碰撞检查功能对管道的布设的合理性进行检查，根据碰撞检测结果，再对管线的布设再进行调整和修改。

2 碰撞检测

在Bentley里进行系统自动碰撞检测，找出管道之间以及管道与结构之间所有的碰撞点。该滤池模型的碰撞类型分为两类：一类是工艺管线之间的碰撞；另一类是管线与结构之间的碰撞。

2.1管线之间碰撞检测

滤池工艺管线高低错落，种类繁多，管径大小不一，设计时可能存在不同管道之间的碰撞问题，该项目滤池工艺管道类型及数量见表2-1。

表2-1  圭亚那UDS供水项目滤池工艺管道表

碰撞有硬碰撞与软碰撞之分，硬碰撞是指实体与实体之间交叉碰撞，这里即管线间的交叉，是绝对不允许出现的；软碰撞指实体间并无交叉，但预设或预留的间距和空间无法满足安装、维修等相关施工的要求[2]。软碰撞可以根据实际情况进行工艺调整或协调。

因圭亚那位于赤道低压区，热带雨林气候，全年平均温度在24-32 ℃之间，不存在保温层的覆盖，仅考虑管道外径最外沿及管道端头法兰最外沿不发生碰撞即可，可以设置规则，并设定外围容差。外围容差根据需要取值，本次实验取0 mm。检测过程中，管道最外沿间距小于该值则认定为碰撞。经检测，不同管道之间不存在交叉和碰撞，无需进行调整。

2.2 管线与结构之间的碰撞检测

结构设计时要考虑到后期工艺管道的安装，需要预留管道洞口，结构图纸中洞口的位置，决定了最终管道安装的位置，BIM模型的碰撞检测可以检查出洞口预留位置的准确性，避免后面安装位置对不上的情况。另外，碰撞检测另一个重要的作用还在于管线与结构重要构件之间的碰撞检测，如管线与结构物柱体或者梁体出现的碰撞，如若出现此类情况应立即与管线设计师进行沟通，重新安排管线的排布。

通过结构与管道碰撞检测共发现17处碰撞，均为硬碰撞。归类总结为下表：

表2-2  滤池结构与管道碰撞统计表

碰撞位置图见图2-1~图2-4。从图中可以看出清晰看出，红色显示为滤池结构碰撞部位，蓝色显示为管道碰撞部位。视图分为三种可视效果，可满足试验者的观看需求，第一种显示：显示冲突、环境和背景，即冲突及碰撞明显，其他部分淡显；第二种显示：显示冲突及环境，隐藏背景。第三种显示：显示冲突，隐藏环境和背景。如图3-1，碰撞位置图中整体图片为第一种显示效果，局部放大图为第三种显示效果。图3-2~图3-4均为第三种显示，清晰可见碰撞部位。

图2-1  废水管水平管段法兰与结构底板的碰撞（碰撞01）

图2-2  废水管竖管与结构的碰撞（碰撞02）

图2-3  空气管水平管段与顶板结构梁的碰撞（碰撞03）

图2-4  空气管竖直管段与顶板的碰撞（碰撞04）

2.3 设计调整

管线等的碰撞问题，根据检测出的时间不同，可以在项目不同阶段分别进行调整。发现问题的早晚，决定了调整方案的不同，不同阶段的调整方案同时也对整个项目设计、采购及工期有着密切的影响。原则是越早发现，各种不必要的资源消耗及投入就会越少，采取的措施也越经济。

2.3.1设计阶段的碰撞检测

设计阶段的碰撞检测是最有效最经济的检测，可以直接对各专业的设计图纸进行检验，及早发现各专业之间的不协调因素，及时调整设计图纸，优化设计方案，从源头解决碰撞问题，避免后期遇到采购、安装及设计变更等问题。

2.3.2采购阶段碰撞检测

采购阶段的碰撞检测，可以为管件的采购提供依据，尤其是一些定制管件，对材质有特殊要求或规定尺寸的管道，若在安装阶段才发现问题，如长度不够，尺寸不符等，既耽误工程进度，还浪费施工资源造成不必要的财产损失。此时发现问题，可及时对工艺管道进行设计变更，修改采购计划。

2.3.3施工阶段的碰撞检测

施工阶段的碰撞检测可以在结构主体建设过程中，正确的预留出管道安装的位置，避免开孔位置有偏差，或者忘记、遗漏预留孔道等，避免施工返工或破坏结构等问题。

经上述分析可得，及早的进行碰撞检测，可及时发现在建或拟建构筑物的各类管道间及管道与结构间的碰撞问题，还可以避免很多施工中可能出现的不必要的问题，从而保证采购和安装的准确性。既节约施工资源，又不耽误施工进度。且建模本身并不消耗施工资源，也不会增加管理成本。是一项绿色可行的管理手段。并且可视化还可以展示施工过程及项目建成后的效果，增强管理者对施工过程的控制能力。

3 碰撞原因及检测的必要性分析

3.1协调性

在设计时，往往由于各专业设计师之间的沟通不到位，而出现各专业之间的碰撞问题。例如滤池结构复杂，加上工艺管线布置密集、高低错落，由于施工图纸是专业各自绘制在各自的施工图纸上的，真正施工过程中，可能在布置管线时正好在此处有结构设计的梁等构件在此妨碍着管线的布置，这种就是施工中常遇到的碰撞问题，BIM的协调性服务就可以帮助处理这种问题，也就是说BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调。

3.2模拟性

模拟性并不是只能模拟设计出的建筑物模型，还可以模拟现阶段还未开始施工的事物。可以根据施工的组织设计模拟实际施工，从而确定合理的施工方案来指导施工。

对于设计来说，最终空间的营造和管线的排布有非常直接的关系，传统二维设计中多是通过绘制剖面的管线综合图来完成，但这些剖面只解决了该位置的管线排布，而实际中管线都是连通的，某一位置的管线布置情况并不能代表其它位置排布的合理性。同时，各类管线及建筑结构主体之间还存在着管线与管线间和管线与结构间的碰撞等设计问题。BIM借助直观的三维模型，能够预先检测出图纸中的碰撞问题，帮助减少设计中的错误，从而提高设计质量和项目执行效率。

3.3可视化效果

可视化对本项目的作用非常大，利用BIM技术，让以往的线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示在人们的面前。通过BIM可视化，避免了管道的碰撞，从而保证了采购和安装的准确性。在BIM建筑信息模型中，由于整个过程都是可监视的，所以，可视化的结果不仅可以用来做效果图的展示及报表的生成，更重要的是，项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。

结语

为了促进工程的顺利开展，在BIM系统中导入工艺管道及构筑物的信息，生成合理的建筑模型，进行施工模拟，有效的检测碰撞位置与碰撞类型，有依据的预留结构洞口位置，合理定制及采购管道，规划安装进度。基于此，BIM技术与施工的结合可以有效的评估设计是否合理，不同专业是否协调，可以极大程度的简化施工交底流程，提高效率。避免在安装阶段，才发现问题，耗用人力、物力资源去协调施工，同时还能有效的避免在施工的过程中产生设计变更问题。

参考文献

[1]李应来.BIM技术在城市地下综合管廊中的研究与应用[J].安徽建筑,2021,28(07):154-155.

[2]杨东伟.Bently在垃圾电厂管线碰撞检测的应用[J].建筑节能(中英文),2021,49(03):39-42.