基于BI M技术的建筑工程碰撞检查及优化研究

张晨

（广西柳州市城市建设投资发展集团有限公司，广西 柳州545002）

1 引言

大量的工程实践表明，建筑工程领域资源的浪费率长期居高不下。有的浪费是不可避免的，但通常情况下大部分浪费都是设计变更或者返工所导致的[1]。图纸设计不够精细，或者是现场施工时随意变更，导致主体结构或者专业管线在空间上产生冲突，因而不得不进行修改或者返工，会造成经济与工期的双重浪费。进行碰撞检查旨在避免上述情况的发生，通过BIM 系统对多专业之间进行信息模型协调审查与碰撞，可解决建筑、结构以及专业管线之间的问题和矛盾，对整个工程进行优化。

2 基于BI M系统的碰撞检查

2.1 BI M技术发展简介

1975 年，查理·伊斯特曼提出的建筑描述系统被认为是BIM 的前身，即以数据转换为基础，在三维建筑信息模型与二维平面图纸之间建立关联，在进行图纸修改时只需要在三维模型中进行操作，二维平面图纸就会同步自动更新[2，3]。近年来，计算机技术的飞速发展，硬件与软件水平大幅度提高，BIM技术在建筑领域内得到了很大的重视，应用面很广泛。BIM 理念首次被引入中国是在2004 年，在引进的最初阶段发展速度缓慢，到2010 年才开始在建筑工程领域快速发展，并得到了政府的扶持。BIM 技术在国内最开始主要使用在建筑工程上，如上海世博会的部分场馆以及上海中心大厦等工程。

BIM 技术的应用是建立在强大的硬件与软件系统的基础上的，由于国内对BIM 技术研究起步较国外晚，没有成熟的核心软件系统，所以目前所使用的BIM 软件均为从国外引进的，常用的软件有4 种，如表1 所示。

表1 BI M常用软件

2.2 碰撞检查

碰撞检查是指对整个工程建设期间所有的专业及专业之间可能会出现的冲突提前进行发现并说明，分为硬碰撞与软碰撞2 种。其中，硬碰撞是指实体之间在空间上产生的交叉碰撞；软碰撞又称为间隙碰撞，是指实体并未产生空间上的交叉碰撞，但是实体之间的空间距离与要求不符，如空间过小导致作业面受限安装不变，或者是不符合相应的强制性要求，存在安全隐患，如强电与燃气管线之间的距离不够。就目前碰撞检查的发展现状而言，主要是针对硬碰撞进行检查。通常情况下，安装工程是碰撞问题的高发区，常见的碰撞问题有专业设备管线之间的碰撞、管线与主体结构之间的碰撞以及结构主体之间的碰撞。

3 碰撞检查与优化

3.1 设计阶段的碰撞检查

3.1.1 碰撞检查方法

1）传统方法

在建筑工程设计工作中，传统的碰撞检查方法是将各专业的设计图纸打印之后，将图纸互相叠放，选取一个公共的参照点对图纸进行对照检查，所有的工作由人工来完成。不仅仅效率低，图纸的准确性也难以保证。随着电脑技术的发展，设计工作开始应用辅助设计软件来完成，进行碰撞检查时采用电子图纸来进行，对准确性有了一定的提升，但由于检查的实施主体依旧是人，因此，在效率提升方面并没有多大改进，而且对于检查人员的专业素养要求很高。由于采用二维图纸来构建三维模型，对于常规形状的建筑物进行碰撞检查尚能适用，但是对于结构复杂的建筑物适用效果就会大打折扣。

2）BIM 方法

运用BIM 方法直接在三维模式下进行碰撞检查，工作效率与精确性都有保障，而在进行结构复杂的建筑物的碰撞检查时优势更加明显。在设计阶段不需要将大量的时间及精力投入在碰撞检查工作中，可以在空间优化、管线布置与节能设计上下更多的工夫。

3.1.2 协同设计

在设计阶段，以BIM 系统为基础，各相关专业设计人员可相互配合进行协同设计，对于在设计过程中结构之间以及结构与管线间的冲突可提前发现，协同设计的流程如图1 所示。

图1 基于BI M的协同设计工作流程

3.1.3 碰撞检查在协同设计中的应用

在协同设计过程中，碰撞检查贯穿整个过程。通过进行碰撞检查能够使各专业在进行设计时能够有效地联系在一起，在设计过程中就可以对方案进行优化以及同步更新。在协同设计中碰撞检查承担的是制约与平衡的角色，促使各专业之间达到“求同存异”的结果。随着设计工作的不断深入，通过碰撞检查进行各专业之间的协调，对发现的各种冲突进行解决，在设计阶段将碰撞问题解决，避免在施工过程中进行重大变更甚至是返工，能够降低工程建设成本，并有效地缩短建设周期。

3.1.4 碰撞检查在协同设计中的意义

基于BIM 技术为基础进行协同设计是未来设计工作的发展趋势。不同于以往各专业之间的线形协同模式，基于BIM 技术的协同模式能够加强各专业之间的沟通，使设计工作更加快速、高效、精确。而进行碰撞检查是协同设计中的关键工作，是决定协同设计有效实施的关键因素，使各专业之间的协作更加有效。以BIM 技术为基础，对设计人员提供三维设计界面，提高碰撞检查的便捷性与准确性，能够有效地提高设计工作的质量，明显提高建筑项目的品质。

3.2 施工阶段的碰撞检查

3.2.1 施工阶段碰撞检查的实质

在现代建筑领域内，BIM 技术的应用越来越广泛，采用BIM 技术进行建模能够有效地对施工过程中的碰撞进行避免。实质上就是采用BIM 技术对施工过程进行模拟，在这个过程中发现潜在的问题，达到节约投资、缩短工期的目的。与此同时，还能够有效地提高施工的质量与效率。

3.2.2 施工阶段的碰撞检查应用及其优势

在进行结构复杂的大型建筑物施工时，通过利用BIM 技术对施工过程中的碰撞进行检查具有很大的优势。采用BIM模型对建筑物的施工工程进行模拟，同时可对模型进行审核，在这个过程中能够发现一些在设计阶段被忽视的问题，这些问题与标准规范并无较大关系，却与专业有很紧密的关系。与传统的碰撞检查方法比，采用BIM 技术在施工阶段进行碰撞检查具有以下优势：

1）通过BIM 技术可将所有专业的模型整合在一起，然后对专业本身以及与其他专业之间进行全面的碰撞检查。由于模型是基于建筑物的实际尺寸来搭建的，相比于传统图纸能够将更深层次的问题清楚地展现出来。

2）能够彻查不同专业之间存在的冲突问题，并将这些问题反馈给相应的专业设计人员，由其对问题进行解决，基本可以将产生的碰撞消除。

3）可以对管线的定位及标高进行明确的标注，并清楚地将楼层高度分布情况表现出来，能够非常容易地发现在二维平面里难以发现的问题，有效地避免碰撞问题的发生。

4）采用BIM 技术不仅能够输出传统的二维平面图纸以及局部剖面图，还可以采用漫游等方式来对模型进行观察，可视性更强。

3.2.3 碰撞优化解决方案

依据专业的不同，将碰撞分为以下5 种类型：标高性、路由性、工艺性、空间性及美观性。其中，前3 类会对工期产生影响，后2 类主要是影响成品的美观性。当结构之间产生碰撞的时候，修改次要结构的设计来满足主要结构的需求。当结构与管线之间产生碰撞的时候要对管线进行优化设计来避开结构。管线之间产生碰撞的时候要遵循以下原则：重力管道优先于压力管道；大管径管道优先于小管径管道；不易弯折管道优先于易弯折管道；永久管道优先于临时管道；现有管道优先于新建管道；检修困难管道优先于检修方便管道。

4 结语

由于建筑工程本身的专业性与复杂性，在实施过程中容易出现碰撞问题，对工程的质量与进度都会产生很大的影响，采用BIM 技术可对碰撞问题有效地避免与解决。采用协同设计来加强各专业之间的联系，使碰撞问题在设计阶段就得到解决，提高设计工作的效率及准确性，避免因未及时发现碰撞问题在施工阶段产生重大变更或者返工。在施工阶段进行碰撞检查可查漏补缺，及时发现一些在设计阶段忽略的问题，及时提出解决方案，提高施工效率与质量。随着BIM 技术的不断发展，其在建筑工程领域的应用将会越来越广泛。