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概念念的的管道綜合合合碰撞檢檢查軟軟件趙志安建研科技股份有有有限公司司[摘要]隨著科科技的發(fā)發(fā)展和和以人為為本設(shè)設(shè)計(jì)理念念在建建筑設(shè)計(jì)計(jì)中的的實(shí)踐，建建筑筑物功能能設(shè)計(jì)計(jì)更加人人性化化、舒適適化，為為創(chuàng)造室室內(nèi)環(huán)環(huán)境需要要的設(shè)設(shè)備管道道、電電氣設(shè)備備、電電氣布線(xiàn)線(xiàn)更加加復(fù)雜，在在一一些重點(diǎn)點(diǎn)區(qū)域域，如走走廊、管管道井、機(jī)機(jī)房房?jī)?nèi)管道道縱橫橫交錯(cuò)，由由于于受空間間限制制，加之之不同同專(zhuān)業(yè)分分別設(shè)設(shè)計(jì)，管管道與與管道、管管道道與設(shè)備備、管管道與結(jié)結(jié)構(gòu)等等碰撞問(wèn)問(wèn)題時(shí)時(shí)有發(fā)生生，很很難通過(guò)過(guò)幾次次圖紙匯匯審將將碰撞問(wèn)問(wèn)題全全部解決決。必必須利用用現(xiàn)代代科技提提供的的手段，綜綜合合各個(gè)專(zhuān)專(zhuān)業(yè)的的設(shè)計(jì)圖圖紙，自自動(dòng)檢查查，將將問(wèn)題解解決在在設(shè)計(jì)階階段，避避免在施施工階階段發(fā)生生沖突突，造成成不必必要的人人力物物力的浪浪費(fèi)。開(kāi)開(kāi)發(fā)的管管道綜綜合碰撞撞檢查查軟件基基于BIM概念，各各專(zhuān)專(zhuān)業(yè)對(duì)象象（管管道、閥閥門(mén)、設(shè)設(shè)備、結(jié)結(jié)構(gòu)梁梁等）均均以三三維參數(shù)數(shù)化數(shù)數(shù)據(jù)描述述，實(shí)實(shí)時(shí)顯示示各專(zhuān)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)對(duì)象象的三維維效果果，解決決設(shè)備備管道空空間碰碰撞問(wèn)題題，大大大提高高了設(shè)設(shè)計(jì)質(zhì)量量。[關(guān)鍵詞]管道道道碰撞管道綜合合碰碰撞檢查空調(diào)給排水電氣1引言在大型公共建筑筑筑中，空空調(diào)風(fēng)風(fēng)水系統(tǒng)統(tǒng)管道道設(shè)備、給給排排水管道道、消消防管道道、電電氣橋架架、電電氣母排排縱橫橫交錯(cuò)，在在一一些特殊殊區(qū)域域，如走走廊、管管道井、機(jī)機(jī)房房，管線(xiàn)線(xiàn)設(shè)備備更是密密如蜘蜘蛛網(wǎng)，由由于于受空間間限制制，加之之不同同專(zhuān)業(yè)分分別設(shè)設(shè)計(jì)，管管道與與管道、管管道道與設(shè)備備、管管道與結(jié)結(jié)構(gòu)梁梁等碰撞撞問(wèn)題題時(shí)有發(fā)發(fā)生，很很難通過(guò)過(guò)幾次次圖紙匯匯審將將碰撞問(wèn)問(wèn)題全全部解決決。最最后造成成設(shè)計(jì)計(jì)圖紙中中設(shè)備備管道空空間互互相占用用，到到施工過(guò)過(guò)程中中發(fā)現(xiàn)時(shí)時(shí)，已已造成一一定人人力物力力的浪浪費(fèi)，然然后靠靠設(shè)計(jì)變變更來(lái)來(lái)解決問(wèn)問(wèn)題，如如果與結(jié)結(jié)構(gòu)梁梁發(fā)生碰碰撞，解解決難度度和代代價(jià)會(huì)很很大。所所以在設(shè)設(shè)計(jì)階階段，應(yīng)應(yīng)嚴(yán)把把設(shè)計(jì)質(zhì)質(zhì)量關(guān)關(guān)，借助助管道道綜合碰碰撞檢檢查軟件件，避避免類(lèi)似似情況況發(fā)生。管道綜合碰撞檢檢檢查軟件件以BIM概念為基基礎(chǔ)礎(chǔ)，以各各專(zhuān)業(yè)業(yè)建立的的模型型數(shù)據(jù)為為基礎(chǔ)礎(chǔ)，各種種對(duì)象象具有多多種屬屬性，在在設(shè)計(jì)計(jì)階段可可以進(jìn)進(jìn)行管道道綜合合碰撞檢檢查，顯顯示三維維模型型，標(biāo)示示出碰碰撞位置置，在在施工過(guò)過(guò)程中中可以進(jìn)進(jìn)行施施工進(jìn)度度編制制、施工工過(guò)程程模擬，在在施施工前可可以讓讓甲方了了解施施工后的的效果果，漫游游任意意指定的的空間間，在工工程驗(yàn)驗(yàn)收后,為運(yùn)行管管理理提供了了直觀(guān)觀(guān)的系統(tǒng)統(tǒng)布置置，便于于維修修和運(yùn)營(yíng)營(yíng)。2管道綜合碰撞撞撞檢查軟件件的的主要功功能及及其流程程管道綜合碰撞檢檢檢查軟件件是集集多個(gè)專(zhuān)專(zhuān)業(yè)軟軟件于一一體的的集成軟軟件平平臺(tái)，主主要功功能為在在空間間真實(shí)直直觀(guān)顯顯示管道﹑設(shè)備﹑門(mén)窗﹑墻﹑梁﹑柱（見(jiàn)圖1）、多專(zhuān)專(zhuān)業(yè)業(yè)綜合碰碰撞檢檢查和單單專(zhuān)業(yè)業(yè)綜合碰碰撞檢檢查、多多種方方式顯示示碰撞撞位置、生生成成設(shè)備管管道綜綜合平面面圖、三三維漫游游和動(dòng)動(dòng)畫(huà)。當(dāng)當(dāng)發(fā)生生碰撞后后，可可以直接接調(diào)用用相關(guān)專(zhuān)專(zhuān)業(yè)軟軟件調(diào)整整管道道位置或或標(biāo)高高.再次進(jìn)行行碰碰撞檢查查。流流程圖見(jiàn)見(jiàn)圖2。圖圖1CCCCHPD三維顯示示設(shè)設(shè)備和管管道圖2管道道道綜合碰撞撞檢檢查流程程3對(duì)象的分類(lèi)和和和標(biāo)示方法法在管道綜合碰撞撞撞檢查中中對(duì)象象按照專(zhuān)專(zhuān)業(yè)進(jìn)進(jìn)行分類(lèi)類(lèi)劃分分，PKPM系列軟件件包包括建筑﹑結(jié)構(gòu)﹑暖通空調(diào)﹑給排水，建建建筑電氣氣軟件件，具有有一套套獨(dú)立的的專(zhuān)業(yè)業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)，可可以在軟軟件內(nèi)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)現(xiàn)數(shù)據(jù)據(jù)共享。管管道道綜合碰碰撞檢檢查軟件件直接接讀取本本系列列軟件的的數(shù)據(jù)據(jù)，進(jìn)行行碰撞撞檢查，對(duì)對(duì)于于AUTOOCCADDWWG圖形格式式的的設(shè)備施施工圖圖，需要要另外外一個(gè)獨(dú)獨(dú)立的的設(shè)備專(zhuān)專(zhuān)業(yè)施施工圖數(shù)數(shù)據(jù)提提取軟件件，分分別提取取建筑筑、空調(diào)調(diào)、給給排水、電電氣氣等設(shè)備備專(zhuān)業(yè)業(yè)模型數(shù)數(shù)據(jù)，自自動(dòng)將提提取的的設(shè)備專(zhuān)專(zhuān)業(yè)數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換換為PKPM系列軟件件對(duì)對(duì)應(yīng)的數(shù)數(shù)據(jù)格格式，供供管道道綜合碰碰撞檢檢查軟件件使用用，目前前開(kāi)發(fā)發(fā)了建筑筑和電電氣專(zhuān)業(yè)業(yè)的拾拾取轉(zhuǎn)化化軟件件。實(shí)體的程序描述述述采用數(shù)數(shù)學(xué)類(lèi)類(lèi)的方法法，每每個(gè)實(shí)體體具有有自己的ID號(hào)（標(biāo)示示號(hào)號(hào)），同同時(shí)具具有另一一個(gè)與與其專(zhuān)業(yè)業(yè)數(shù)據(jù)據(jù)對(duì)應(yīng)的的附加加類(lèi)別號(hào)號(hào)，用用以描述述實(shí)體體的身份份和與與專(zhuān)業(yè)數(shù)數(shù)據(jù)的的對(duì)應(yīng)關(guān)關(guān)系，每每個(gè)實(shí)體體具有有的屬性性分為為兩部分分，一一部分為為幾何何屬性，另另一一部分為為專(zhuān)業(yè)業(yè)物理屬屬性，在在進(jìn)行碰碰撞檢檢查運(yùn)算算時(shí)，只只需要幾幾何屬屬性。而而檢查查約束條條件時(shí)時(shí)，利用用其專(zhuān)專(zhuān)業(yè)物理理屬性性。從而而使碰碰撞檢查查過(guò)程程簡(jiǎn)化為為純數(shù)數(shù)學(xué)幾何何檢查查和檢查查約束束兩部分分，利利用約束束條件件可以判判斷某某實(shí)體的的哪個(gè)個(gè)面與另另一實(shí)實(shí)體的某某個(gè)面面是同一一個(gè)面面，該面面是在在實(shí)體的的離散散過(guò)程中中產(chǎn)生生的，客客觀(guān)實(shí)實(shí)體外輪輪廓并并無(wú)此面面。圖圖形顯示示采用用OpennGGL技術(shù)，根根據(jù)據(jù)專(zhuān)業(yè)情情況，將將實(shí)際設(shè)設(shè)備管管道自動(dòng)動(dòng)分解解和離散散成可可以顯示示和求求交的實(shí)實(shí)體，同同時(shí)賦予ID號(hào)及其屬屬性性。4實(shí)體處理設(shè)備專(zhuān)業(yè)施工圖圖圖中包含含大量量管線(xiàn)和和圖塊塊，這些些圖塊塊代表著著真實(shí)實(shí)的設(shè)備備或附附件，如如風(fēng)機(jī)機(jī)盤(pán)管、水水泵泵、冷凍凍機(jī)、閥閥門(mén)、線(xiàn)線(xiàn)槽、橋橋架等，在在圖圖形中它它們分分別代表表不同同實(shí)體，按按照照實(shí)體表表示方方法的不不同將將其分為為規(guī)則則實(shí)體和和不規(guī)規(guī)則實(shí)體體，規(guī)規(guī)則實(shí)體體定義義為可以以使用用數(shù)學(xué)方方法描描述的實(shí)實(shí)體，如如直風(fēng)管管（圓圓形或矩矩形）﹑水管道﹑同心變徑徑管管、柱子子、梁梁等，包包括拉拉伸體和和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體，如如柱體體﹑錐體﹑立方體，另另另一類(lèi)實(shí)實(shí)體則則為不規(guī)規(guī)則實(shí)實(shí)體，它它們不不能用簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的的數(shù)學(xué)公公式描描述，只只能用用參數(shù)法法定義義其主要要特征征屬性，其其他他部位近近似描描述，如如制冷冷機(jī)、水水泵、閥閥門(mén)、風(fēng)風(fēng)機(jī)、換換熱器等等設(shè)備備形狀千千姿百百態(tài)，變變化多多樣，必必須在在顯示的的真實(shí)實(shí)性和可可計(jì)算算性之間間進(jìn)行行取舍，從從碰碰撞檢查查的可可計(jì)算性性看，設(shè)設(shè)備的每每個(gè)局局部都應(yīng)應(yīng)離散散成一個(gè)個(gè)個(gè)實(shí)實(shí)體，但但這樣樣會(huì)造成成描述述設(shè)備的的實(shí)體體非常多多，檢檢查的計(jì)計(jì)算速速度和顯顯示速速度變得得很慢慢，無(wú)法法接受受，必須須從專(zhuān)專(zhuān)業(yè)實(shí)際際出發(fā)發(fā)進(jìn)行簡(jiǎn)簡(jiǎn)化。實(shí)實(shí)際工程程中，設(shè)設(shè)備碰撞撞檢查查沒(méi)有必必要連連小到制制冷機(jī)機(jī)表盤(pán)﹑電機(jī)散熱熱肋肋片﹑螺釘都要要檢檢查，所所以設(shè)設(shè)備的處處理采采用實(shí)體體描述述和貼圖圖相結(jié)結(jié)合的方方法，在在顯示的的外輪輪廓實(shí)體體上面面粘貼一一張?jiān)O(shè)設(shè)備照片片，既既解決了了檢查查設(shè)備輪輪廓的的碰撞問(wèn)問(wèn)題，又又增加了了設(shè)備備顯示的的真實(shí)實(shí)感，減減少了了實(shí)體個(gè)個(gè)數(shù)，在在處理實(shí)實(shí)體分分類(lèi)時(shí)，盡盡量量處理成成規(guī)則則實(shí)體，減減少少運(yùn)算量量，提提高顯示示速度度。大大大提高高了顯示示速度度。制冷冷機(jī)顯顯示效果果見(jiàn)圖圖3。管道綜合碰撞檢檢檢查涉及及的專(zhuān)專(zhuān)業(yè)多，處處理理的圖形形量大大，應(yīng)盡盡量減減少實(shí)體體個(gè)數(shù)數(shù)，避免免顯示示速度過(guò)過(guò)低，無(wú)無(wú)法使用用，實(shí)實(shí)體的描描述還還必須與與碰撞撞檢查計(jì)計(jì)算模模型相適適應(yīng)。各各種圖形形顯示示技術(shù)都都要求求將真實(shí)實(shí)的三三維實(shí)體體用一一定的數(shù)數(shù)學(xué)方方式描述述為能能夠被顯顯示技技術(shù)識(shí)別別的實(shí)實(shí)體，如如何合合理地用用數(shù)學(xué)學(xué)方法描描述各各種形式式的管管道﹑設(shè)備等實(shí)實(shí)體體，是軟軟件能能否實(shí)用用的關(guān)關(guān)鍵。圖3制冷機(jī)顯示示效效果圖4設(shè)備附件件圖圖庫(kù)在軟件中建有豐豐豐富的設(shè)設(shè)備附附件圖庫(kù)庫(kù)，圖圖庫(kù)中的的對(duì)象象按照其其表現(xiàn)現(xiàn)形式分分類(lèi)，即即按照畫(huà)畫(huà)法和和控制參參數(shù)分分類(lèi)，當(dāng)當(dāng)用戶(hù)戶(hù)需要擴(kuò)擴(kuò)充產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，從從庫(kù)庫(kù)中選擇擇對(duì)應(yīng)應(yīng)產(chǎn)品，輸輸入入相應(yīng)參參數(shù)即即可擴(kuò)充充產(chǎn)品品庫(kù)。5碰撞檢查計(jì)計(jì)算算管道碰撞檢查計(jì)計(jì)計(jì)算的目目的就就是確定定實(shí)體體間在空空間的的相對(duì)關(guān)關(guān)系，是是否互相相碰撞撞，計(jì)算算方法法就是實(shí)實(shí)體求求交。在在確定定計(jì)算方方法時(shí)時(shí)，應(yīng)考考慮適適應(yīng)客觀(guān)觀(guān)物體體形狀描描述的的需要，為為此此將計(jì)算算方法法分為解解析求求解和離離散求求解，解解析求求解適應(yīng)應(yīng)能用用數(shù)學(xué)方方程描描述的實(shí)實(shí)體之之間求解解，例例如圓錐錐體和和圓柱體體、圓圓柱體和和立方方體，該該方法法要求求求交的的每個(gè)實(shí)實(shí)體都都能用數(shù)數(shù)學(xué)方方程描述述，利利用計(jì)算算機(jī)求求解高階階三維維方程，求求解解速度快快，但但適應(yīng)性性差。離離散求解解就是是將一個(gè)個(gè)任意意形狀的的實(shí)體體離散成成多個(gè)個(gè)能用數(shù)數(shù)學(xué)方方程描述述的實(shí)實(shí)體，然然后求求解，該該方法法適應(yīng)性性強(qiáng)，計(jì)計(jì)算速度度慢，計(jì)計(jì)算結(jié)果果有一一定誤差差，計(jì)計(jì)算誤差差大小小取決于于離散散方法，但但對(duì)對(duì)于實(shí)際際工程程來(lái)說(shuō)，計(jì)計(jì)算算誤差能能滿(mǎn)足足工程需需要?？煽梢?jiàn)碰撞撞檢查查過(guò)程可可以歸歸結(jié)為離離散實(shí)實(shí)體，解解析求求解。在在實(shí)際際應(yīng)用過(guò)過(guò)程中中，軟件件可以以根據(jù)不不同工工程需要要，進(jìn)進(jìn)行碰撞撞檢查查設(shè)置，主主要要包括：：5.1專(zhuān)業(yè)設(shè)置置置選擇要參與碰撞撞撞檢查的的專(zhuān)業(yè)業(yè)，如建建筑、空空調(diào)、給給排水水、電氣氣專(zhuān)業(yè)業(yè)。軟件件可以以同時(shí)進(jìn)進(jìn)行多多專(zhuān)業(yè)綜綜合碰碰撞檢查查，還還可以設(shè)設(shè)置要要檢查的的專(zhuān)業(yè)業(yè)分項(xiàng)內(nèi)內(nèi)容。對(duì)對(duì)于單專(zhuān)專(zhuān)業(yè)綜綜合碰撞撞檢查查只需選選擇本本樓層本本專(zhuān)業(yè)業(yè)內(nèi)容即即可。圖5專(zhuān)業(yè)設(shè)置圖6分項(xiàng)設(shè)置置5.2碰撞檢查查查時(shí)的樓樓層設(shè)設(shè)置為了加快計(jì)算速速速度，每每次一一般選擇擇一個(gè)個(gè)樓層，考考慮慮到專(zhuān)業(yè)業(yè)畫(huà)圖圖習(xí)慣的的不同同，必須須能同同時(shí)檢查查相鄰鄰樓層之之間的的管道設(shè)設(shè)備，例例如空調(diào)調(diào)設(shè)備備管道通通常在在本層表表示，而而給排水水專(zhuān)業(yè)業(yè)本層表表示的的許多排排水管管道其物物理位位置在下下一層層，在碰碰撞檢檢查時(shí)，需需要要設(shè)置是是否檢檢查相鄰鄰樓層層。、5.3保溫層層層厚度設(shè)設(shè)定在專(zhuān)業(yè)管道設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)中，管管道保保溫屬性性一般般不輸入入，一一般在施施工說(shuō)說(shuō)明中規(guī)規(guī)定哪哪些管道道保溫溫及各專(zhuān)專(zhuān)業(yè)管管道保溫溫厚度度，模型型數(shù)據(jù)據(jù)中沒(méi)有有相應(yīng)應(yīng)信息，為為適適應(yīng)此種種情況況，軟件件提供供快速設(shè)設(shè)置管管道保溫溫厚度度的方法法，以以便在檢檢查中中考慮保保溫后后的情況況。6模型數(shù)據(jù)編輯輯輯修改管道碰撞檢查完完完成后，會(huì)會(huì)在在三維顯顯示圖圖中將碰碰撞的的管道、設(shè)設(shè)備備、建筑筑結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件用用顯著著顏色標(biāo)標(biāo)注出出來(lái)，將將本次次檢查的的所有有碰撞位位置，管管道設(shè)備備種類(lèi)類(lèi)在左側(cè)側(cè)的列列表中全全部顯顯示出來(lái)來(lái)。當(dāng)當(dāng)選取左左側(cè)列列表中的的某個(gè)個(gè)具體碰碰撞位位置時(shí)，碰碰撞撞實(shí)體在在圖面面上居中中放大大顯示，供供設(shè)設(shè)計(jì)人員員檢查查。如果果需要要調(diào)整碰碰撞位位置的設(shè)設(shè)備管管道布置置，直直接調(diào)用用各專(zhuān)專(zhuān)業(yè)模型型布置置軟件，進(jìn)進(jìn)行行模型數(shù)數(shù)據(jù)的的編輯修修改，然然后再次次進(jìn)行行碰撞檢檢查，直直至滿(mǎn)意意為止止。7輔助功能6.1最小間間間距檢查查和查查詢(xún)?cè)谠O(shè)計(jì)規(guī)范或標(biāo)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)中，從從安安全考慮慮規(guī)定定了不同同設(shè)備備管道之之間的的最小距距離，如如水暖管管道與與電氣專(zhuān)專(zhuān)業(yè)的的橋架、母母排排有最小小間距距要求，可可以以根據(jù)專(zhuān)專(zhuān)業(yè)之之間設(shè)定定的最最小間距距要求求，檢查查最小小間距是是否滿(mǎn)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)計(jì)要求求，也可可以同同時(shí)檢查查管道道設(shè)備是是否遮遮擋墻上上安裝裝的插座座、開(kāi)開(kāi)關(guān)等。操操作作方法是是點(diǎn)取取任意兩兩個(gè)實(shí)實(shí)體，顯顯示最最小間距距。6.2設(shè)備管管管道綜合合平面面圖管道綜合的結(jié)果果果應(yīng)該能能在設(shè)設(shè)備管道道密集集的地方方，局局部生成成多專(zhuān)專(zhuān)業(yè)的管管道綜綜合平面面圖，并并進(jìn)行位位置、管管道標(biāo)注注，該該圖作為為各個(gè)個(gè)專(zhuān)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)的的依據(jù)，避避免免相互碰碰撞。8三維漫游和和動(dòng)動(dòng)畫(huà)三維漫游就是由由由使用者者指定定任意路路徑、視視角和顯顯示速速度，程程序自自動(dòng)沿著著所指指定的路路徑，按按照設(shè)定定的顯顯示速度度，顯顯示觀(guān)察察到的的空間設(shè)設(shè)備管管道三維維安裝裝效果，使使人人感覺(jué)如如同身身臨現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)觀(guān)察察不同部部位的的安裝情情況，事事先了解解工程程完工后后的安安裝效果果。動(dòng)畫(huà)可以描述設(shè)設(shè)設(shè)備管道道的安安裝過(guò)程程，如如制冷機(jī)機(jī)如何何從吊裝裝口搬搬進(jìn)，垂垂直吊吊運(yùn)，如如何移移動(dòng)到指指定位位置就位位并連連接管道道，將將安裝進(jìn)進(jìn)度和和安裝的的全過(guò)過(guò)程展現(xiàn)現(xiàn)出來(lái)來(lái)。9結(jié)論基于BIM理念念的的管道綜合合合碰撞檢檢查軟軟件，對(duì)對(duì)于設(shè)設(shè)計(jì)、施施工和和運(yùn)營(yíng)都都有實(shí)實(shí)際意義義，在在施工前