基于BIM概念的管道綜合碰撞檢查軟件

1、第三屆工程建設(shè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用創(chuàng)新論壇論文集 上海.2011PAGE 基于BIM概念的管道綜合碰撞檢查軟件趙志安 建研科技股股份有限限公司摘要隨隨著科技技的發(fā)展展和以人為為本設(shè)計(jì)計(jì)理念在在建筑設(shè)設(shè)計(jì)中的的實(shí)踐，建筑物物功能設(shè)設(shè)計(jì)更加加人性化化、舒適適化，為為創(chuàng)造室室內(nèi)環(huán)境境需要的的設(shè)備管管道、電電氣設(shè)備備、電氣氣布線更更加復(fù)雜雜，在一一些重點(diǎn)點(diǎn)區(qū)域，如如走廊、管道井、機(jī)房內(nèi)管道縱橫交錯(cuò)，由于受空間限制，加之不同專業(yè)分別設(shè)計(jì)，管道與管道、管道與設(shè)備、管道與結(jié)構(gòu)等碰撞問題時(shí)有發(fā)生，很難通過幾次圖紙匯審將碰撞問題全部解決。必須利用現(xiàn)代科技提供的手段，綜合各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)圖紙，自動檢查，將問題解決在設(shè)計(jì)階段，

2、避免在施工階段發(fā)生沖突，造成不必要的人力物力的浪費(fèi)。開發(fā)的管道綜合碰撞檢查軟件基于BIM概念，各專業(yè)對象（管道、閥門、設(shè)備、結(jié)構(gòu)梁等）均以三維參數(shù)化數(shù)據(jù)描述，實(shí)時(shí)顯示各專業(yè)設(shè)計(jì)對象的三維效果，解決設(shè)備管道空間碰撞問題，大大提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。關(guān)鍵詞管道碰碰撞 管道綜綜合碰撞撞檢查 空調(diào) 給排排水 電氣1 引言在大型公共共建筑中中，空調(diào)調(diào)風(fēng)水系系統(tǒng)管道道設(shè)備、給排水水管道、消消防管道道、電氣氣橋架、電電氣母排排縱橫交交錯(cuò)，在一些些特殊區(qū)區(qū)域，如如走廊、管管道井、機(jī)機(jī)房，管管線設(shè)備備更是密密如蜘蛛蛛網(wǎng)，由于受受空間限限制，加加之不同同專業(yè)分分別設(shè)計(jì)計(jì)，管道道與管道道、管道與與設(shè)備、管道與與結(jié)構(gòu)梁梁等碰

3、撞撞問題時(shí)時(shí)有發(fā)生生，很難難通過幾幾次圖紙紙匯審將將碰撞問問題全部部解決。最后造成設(shè)計(jì)圖紙中設(shè)備管道空間互相占用，到施工過程中發(fā)現(xiàn)時(shí)，已造成一定人力物力的浪費(fèi)，然后靠設(shè)計(jì)變更來解決問題，如果與結(jié)構(gòu)梁發(fā)生碰撞，解決難度和代價(jià)會很大。所以在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)嚴(yán)把設(shè)計(jì)質(zhì)量關(guān)，借助管道綜合碰撞檢查軟件，避免類似情況發(fā)生。管道綜合碰碰撞檢查查軟件以以BIMM概念為為基礎(chǔ)，以各專業(yè)建立的模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，各種對象具有多種屬性，在設(shè)計(jì)階段可以進(jìn)行管道綜合碰撞檢查，顯示三維模型，標(biāo)示出碰撞位置，在施工過程中可以進(jìn)行施工進(jìn)度編制、施工過程模擬，在施工前可以讓甲方了解施工后的效果，漫游任意指定的空間，在工程驗(yàn)收后,為運(yùn)行

4、管理提供了直觀的系統(tǒng)布置，便于維修和運(yùn)營。2管道綜合合碰撞檢檢查軟件件的主要要功能及及其流程程管道綜合碰碰撞檢查查軟件是是集多個(gè)個(gè)專業(yè)軟軟件于一一體的集集成軟件件平臺，主要功能為在空間真實(shí)直觀顯示管道設(shè)備門窗墻梁柱（見圖1）、多專業(yè)綜合碰撞檢查和單專業(yè)綜合碰撞檢查、多種方式顯示碰撞位置、生成設(shè)備管道綜合平面圖、三維漫游和動畫。當(dāng)發(fā)生碰撞后，可以直接調(diào)用相關(guān)專業(yè)軟件調(diào)整管道位置或標(biāo)高.再次進(jìn)行碰撞檢查。流程圖見圖2。圖圖1 CCHHPD三三維顯示示設(shè)備和和管道圖2 管道綜綜合碰撞撞檢查流流程3對象的分分類和標(biāo)標(biāo)示方法法在管道綜合合碰撞檢檢查中對對象按照照專業(yè)進(jìn)進(jìn)行分類類劃分，PPKPMM系列軟軟

5、件包括括建筑結(jié)構(gòu)暖通空空調(diào)給排水水，建筑筑電氣軟軟件，具具有一套套獨(dú)立的的專業(yè)數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)，可以以在軟件件內(nèi)部實(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)據(jù)共享。管管道綜合合碰撞檢檢查軟件件直接讀讀取本系系列軟件件的數(shù)據(jù)據(jù)，進(jìn)行行碰撞檢檢查，對對于AUTTOCAAD DDWG圖形格格式的設(shè)設(shè)備施工工圖，需需要另外外一個(gè)獨(dú)獨(dú)立的設(shè)設(shè)備專業(yè)業(yè)施工圖圖數(shù)據(jù)提提取軟件件，分別別提取建建筑、空空調(diào)、給給排水、電電氣等設(shè)設(shè)備專業(yè)業(yè)模型數(shù)數(shù)據(jù)，自自動將提提取的設(shè)設(shè)備專業(yè)業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為PKPPM系列軟軟件對應(yīng)應(yīng)的數(shù)據(jù)據(jù)格式，供供管道綜綜合碰撞撞檢查軟軟件使用用，目前前開發(fā)了了建筑和和電氣專專業(yè)的拾拾取轉(zhuǎn)化化軟件。實(shí)體的程序序描述采采用數(shù)學(xué)學(xué)類

6、的方方法，每每個(gè)實(shí)體體具有自自己的ID號（標(biāo)標(biāo)示號），同同時(shí)具有有另一個(gè)個(gè)與其專業(yè)數(shù)數(shù)據(jù)對應(yīng)應(yīng)的附加加類別號，用用以描述述實(shí)體的的身份和和與專業(yè)業(yè)數(shù)據(jù)的的對應(yīng)關(guān)關(guān)系，每每個(gè)實(shí)體體具有的的屬性分為為兩部分分，一部部分為幾幾何屬性性，另一一部分為為專業(yè)物物理屬性性，在進(jìn)進(jìn)行碰撞撞檢查運(yùn)運(yùn)算時(shí)，只只需要幾幾何屬性性。而檢檢查約束束條件時(shí)時(shí)，利用用其專業(yè)物物理屬性性。從而而使碰撞撞檢查過過程簡化化為純數(shù)數(shù)學(xué)幾何何檢查和和檢查約約束兩部部分，利利用約束束條件可可以判斷斷某實(shí)體體的哪個(gè)個(gè)面與另另一實(shí)體體的某個(gè)個(gè)面是同同一個(gè)面面，該面面是在實(shí)實(shí)體的離離散過程程中產(chǎn)生生的，客客觀實(shí)體體外輪廓廓并無此此面。圖圖

7、形顯示示采用OpeenGLL技術(shù)，根根據(jù)專業(yè)業(yè)情況，將將實(shí)際設(shè)設(shè)備管道道自動分分解和離離散成可可以顯示示和求交交的實(shí)體體，同時(shí)時(shí)賦予ID號及其其屬性。4 實(shí)體處處理設(shè)備專業(yè)施施工圖中中包含大大量管線線和圖塊塊，這些些圖塊代代表著真真實(shí)的設(shè)設(shè)備或附附件，如如風(fēng)機(jī)盤盤管、水泵、冷凍機(jī)機(jī)、閥門門、線槽槽、橋架架等，在圖形形中它們們分別代代表不同同實(shí)體，按照實(shí)體表示方法的不同將其分為規(guī)則實(shí)體和不規(guī)則實(shí)體，規(guī)則實(shí)體定義為可以使用數(shù)學(xué)方法描述的實(shí)體，如直風(fēng)管（圓形或矩形）水管道同心變徑管、柱子、梁等，包括拉伸體和旋轉(zhuǎn)體，如柱體錐體立方體，另一類實(shí)體則為不規(guī)則實(shí)體，它們不能用簡單的數(shù)學(xué)公式描述，只能用參數(shù)法

8、定義其主要特征屬性，其他部位近似描述，如制冷機(jī)、水泵、閥門、風(fēng)機(jī)、換熱器等設(shè)備形狀千姿百態(tài)，變化多樣，必須在顯示的真實(shí)性和可計(jì)算性之間進(jìn)行取舍，從碰撞檢查的可計(jì)算性看，設(shè)備的每個(gè)局部都應(yīng)離散成一個(gè)個(gè)實(shí)體，但這樣會造成描述設(shè)備的實(shí)體非常多，檢查的計(jì)算速度和顯示速度變得很慢，無法接受，必須從專業(yè)實(shí)際出發(fā)進(jìn)行簡化。實(shí)際工程中，設(shè)備碰撞檢查沒有必要連小到制冷機(jī)表盤電機(jī)散熱肋片螺釘都要檢查，所以設(shè)備的處理采用實(shí)體描述和貼圖相結(jié)合的方法，在顯示的外輪廓實(shí)體上面粘貼一張?jiān)O(shè)備照片，既解決了檢查設(shè)備輪廓的碰撞問題，又增加了設(shè)備顯示的真實(shí)感，減少了實(shí)體個(gè)數(shù)，在處理實(shí)體分類時(shí)，盡量處理成規(guī)則實(shí)體，減少運(yùn)算量，提高顯

9、示速度。大大提高了顯示速度。制冷機(jī)顯示效果見圖3。管道綜合碰碰撞檢查查涉及的的專業(yè)多多，處理理的圖形形量大，應(yīng)應(yīng)盡量減減少實(shí)體體個(gè)數(shù)，避避免顯示示速度過過低，無無法使用用，實(shí)體體的描述述還必須須與碰撞撞檢查計(jì)計(jì)算模型型相適應(yīng)應(yīng)。各種種圖形顯顯示技術(shù)術(shù)都要求求將真實(shí)實(shí)的三維維實(shí)體用用一定的的數(shù)學(xué)方方式描述述為能夠夠被顯示示技術(shù)識識別的實(shí)實(shí)體，如如何合理理地用數(shù)數(shù)學(xué)方法法描述各各種形式式的管道道設(shè)備等等實(shí)體，是是軟件能能否實(shí)用用的關(guān)鍵鍵。圖3制冷機(jī)機(jī)顯示效效果圖4設(shè)備附附件圖庫庫在軟件中建建有豐富富的設(shè)備備附件圖圖庫，圖圖庫中的的對象按按照其表表現(xiàn)形式式分類，即即按照畫畫法和控控制參數(shù)數(shù)分類，當(dāng)當(dāng)

10、用戶需需要擴(kuò)充充產(chǎn)品時(shí)時(shí)，從庫庫中選擇擇對應(yīng)產(chǎn)產(chǎn)品，輸輸入相應(yīng)應(yīng)參數(shù)即即可擴(kuò)充充產(chǎn)品庫庫。5 碰撞檢檢查計(jì)算算管道碰撞檢檢查計(jì)算算的目的的就是確確定實(shí)體體間在空空間的相相對關(guān)系系，是否否互相碰碰撞，計(jì)計(jì)算方法法就是實(shí)實(shí)體求交交。在確確定計(jì)算算方法時(shí)時(shí)，應(yīng)考考慮適應(yīng)應(yīng)客觀物物體形狀狀描述的的需要，為此將計(jì)計(jì)算方法法分為解解析求解解和離散散求解，解解析求解解適應(yīng)能能用數(shù)學(xué)學(xué)方程描描述的實(shí)實(shí)體之間間求解，例例如圓錐錐體和圓圓柱體、圓圓柱體和和立方體體，該方方法要求求求交的的每個(gè)實(shí)實(shí)體都能能用數(shù)學(xué)學(xué)方程描描述，利利用計(jì)算算機(jī)求解解高階三三維方程程，求解解速度快快，但適適應(yīng)性差差。離散散求解就就是將一一

11、個(gè)任意意形狀的的實(shí)體離離散成多多個(gè)能用用數(shù)學(xué)方方程描述述的實(shí)體體，然后后求解，該該方法適適應(yīng)性強(qiáng)強(qiáng)，計(jì)算算速度慢慢，計(jì)算算結(jié)果有有一定誤誤差，計(jì)計(jì)算誤差差大小取決決于離散散方法，但但對于實(shí)實(shí)際工程程來說，計(jì)計(jì)算誤差差能滿足足工程需需要?？煽梢娕鲎沧矙z查過過程可以以歸結(jié)為為離散實(shí)實(shí)體，解解析求解解。在實(shí)實(shí)際應(yīng)用用過程中中，軟件件可以根根據(jù)不同同工程需需要，進(jìn)進(jìn)行碰撞撞檢查設(shè)設(shè)置，主主要包括括：5.1專業(yè)業(yè)設(shè)置選擇要參與與碰撞檢檢查的專專業(yè)，如如建筑、空空調(diào)、給給排水、電電氣專業(yè)業(yè)。軟件件可以同同時(shí)進(jìn)行行多專業(yè)業(yè)綜合碰碰撞檢查查，還可可以設(shè)置置要檢查查的專業(yè)分分項(xiàng)內(nèi)容容。對于于單專業(yè)業(yè)綜合碰碰撞檢

12、查查只需選選擇本樓樓層本專專業(yè)內(nèi)容容即可。圖5專業(yè)設(shè)設(shè)置圖6 分項(xiàng)項(xiàng)設(shè)置5.2碰撞撞檢查時(shí)時(shí)的樓層層設(shè)置為了加快計(jì)計(jì)算速度度，每次次一般選擇擇一個(gè)樓樓層，考考慮到專專業(yè)畫圖圖習(xí)慣的的不同，必必須能同同時(shí)檢查查相鄰樓樓層之間間的管道道設(shè)備，例例如空調(diào)調(diào)設(shè)備管管道通常常在本層層表示，而而給排水水專業(yè)本本層表示示的許多多排水管管道其物物理位置置在下一一層，在在碰撞檢檢查時(shí)，需需要設(shè)置置是否檢檢查相鄰鄰樓層。、5.3 保保溫層厚厚度設(shè)定定在專業(yè)管道道設(shè)計(jì)中，管管道保溫溫屬性一一般不輸輸入，一一般在施施工說明明中規(guī)定定哪些管管道保溫溫及各專專業(yè)管道道保溫厚厚度，模模型數(shù)據(jù)據(jù)中沒有有相應(yīng)信信息，為為適應(yīng)此

13、此種情況況，軟件件提供快速速設(shè)置管管道保溫溫厚度的的方法，以便在檢檢查中考考慮保溫溫后的情情況。6模型數(shù)據(jù)據(jù)編輯修修改管道碰撞檢檢查完成成后，會會在三維維顯示圖圖中將碰碰撞的管管道、設(shè)設(shè)備、建建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件用用顯著顏顏色標(biāo)注注出來，將將本次檢檢查的所所有碰撞撞位置，管管道設(shè)備備種類在在左側(cè)的的列表中中全部顯顯示出來來。當(dāng)選選取左側(cè)側(cè)列表中中的某個(gè)個(gè)具體碰碰撞位置置時(shí)，碰碰撞實(shí)體體在圖面面上居中中放大顯顯示，供供設(shè)計(jì)人人員檢查查。如果果需要調(diào)調(diào)整碰撞撞位置的的設(shè)備管管道布置置，直接接調(diào)用各各專業(yè)模模型布置置軟件，進(jìn)進(jìn)行模型型數(shù)據(jù)的的編輯修修改，然然后再次次進(jìn)行碰碰撞檢查查，直至至滿意為為止。7輔

14、助功能能6.1 最最小間距距檢查和和查詢在設(shè)計(jì)規(guī)范范或標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)中，從從安全考考慮規(guī)定定了不同同設(shè)備管管道之間間的最小距距離，如水暖管管道與電電氣專業(yè)業(yè)的橋架架、母排排有最小小間距要要求，可可以根據(jù)據(jù)專業(yè)之之間設(shè)定定的最小小間距要要求，檢檢查最小小間距是是否滿足足設(shè)計(jì)要要求，也也可以同同時(shí)檢查查管道設(shè)設(shè)備是否否遮擋墻墻上安裝裝的插座座、開關(guān)關(guān)等。操操作方法法是點(diǎn)取取任意兩兩個(gè)實(shí)體體，顯示示最小間間距。6.2 設(shè)設(shè)備管道道綜合平平面圖管道綜合的的結(jié)果應(yīng)應(yīng)該能在在設(shè)備管管道密集集的地方方，局部部生成多多專業(yè)的的管道綜綜合平面面圖，并并進(jìn)行位位置、管管道標(biāo)注注，該圖圖作為各各個(gè)專業(yè)業(yè)設(shè)計(jì)的的依據(jù)，避避免相互互碰撞。8 三維漫漫游和動動畫三維漫游就就是由使使用者指指定任意意路徑、視視角和顯顯示速度度，程序序自動沿沿著所指指定的路路徑，按按照設(shè)定定的顯示示速度，顯顯示觀察察到的空空間設(shè)備備管道三三維安裝裝效果，使使人感覺覺如同身身臨現(xiàn)場場觀察不不同部位位的安裝裝情況，事事先了解解工程完完工后的的安裝效效果。動畫可以描描述設(shè)備備管道的的安裝過過程，如如制冷機(jī)機(jī)如何從從吊裝口口搬進(jìn)，垂垂直吊運(yùn)運(yùn)，如何何移動到到指定位位置就位位并連接接管道，將將安裝進(jìn)進(jìn)度和安安裝的全全過程展展現(xiàn)出來來。9結(jié)論基于BIMM理念的管道綜綜合碰撞撞檢查軟軟件，對對于設(shè)計(jì)計(jì)、施工工和運(yùn)營營都有實(shí)實(shí)際