基于BIM概念的管道综合碰撞检查软件

1、第三届工程建设计算机应用创新论坛论文集 上海.2011PAGE 基于BIM概念的管道综合碰撞检查软件赵志安 建研科技股份有限公司 摘要 随着科技的发展和以人为本设计理念在建筑设计中的实践，建筑物功能设计更加人性化、舒适化，为创造室内环境需要的设备管道、电气设备、电气布线更加复杂，在一些重点区域，如走廊、管道井、机房内管道纵横交错，由于受空间限制，加之不同专业分别设计，管道与管道、管道与设备、管道与结构等碰撞问题时有发生，很难通过几次图纸汇审将碰撞问题全部解决。必须利用现代科技提供的手段，综合各个专业的设计图纸，自动检查，将问题解决在设计阶段，避免在施工阶段发生冲突，造成不必要的人力物力的浪费。

2、开发的管道综合碰撞检查软件基于BIM概念，各专业对象（管道、阀门、设备、结构梁等）均以三维参数化数据描述，实时显示各专业设计对象的三维效果，解决设备管道空间碰撞问题，大大提高了设计质量。关键词 管道碰撞 管道综合碰撞检查 空调 给排水 电气 1 引言在大型公共建筑中，空调风水系统管道设备、给排水管道、消防管道、电气桥架、电气母排纵横交错，在一些特殊区域，如走廊、管道井、机房，管线设备更是密如蜘蛛网，由于受空间限制，加之不同专业分别设计，管道与管道、管道与设备、管道与结构梁等碰撞问题时有发生，很难通过几次图纸汇审将碰撞问题全部解决。最后造成设计图纸中设备管道空间互相占用，到施工过程中发现时，已造

3、成一定人力物力的浪费，然后靠设计变更来解决问题，如果与结构梁发生碰撞，解决难度和代价会很大。所以在设计阶段，应严把设计质量关，借助管道综合碰撞检查软件，避免类似情况发生。管道综合碰撞检查软件以BIM概念为基础，以各专业建立的模型数据为基础，各种对象具有多种属性，在设计阶段可以进行管道综合碰撞检查，显示三维模型，标示出碰撞位置，在施工过程中可以进行施工进度编制、施工过程模拟，在施工前可以让甲方了解施工后的效果，漫游任意指定的空间，在工程验收后,为运行管理提供了直观的系统布置，便于维修和运营。2管道综合碰撞检查软件的主要功能及其流程管道综合碰撞检查软件是集多个专业软件于一体的集成软件平台，主要功能

4、为在空间真实直观显示管道设备门窗墙梁柱（见图1）、多专业综合碰撞检查和单专业综合碰撞检查、多种方式显示碰撞位置、生成设备管道综合平面图、三维漫游和动画。当发生碰撞后，可以直接调用相关专业软件调整管道位置或标高.再次进行碰撞检查。流程图见图2。图 图1 CCHPD三维显示设备和管道图2 管道综合碰撞检查流程3 对象的分类和标示方法在管道综合碰撞检查中对象按照专业进行分类划分， PKPM系列软件包括建筑结构暖通空调给排水，建筑电气软件，具有一套独立的专业数据结构，可以在软件内部实现数据共享。管道综合碰撞检查软件直接读取本系列软件的数据，进行碰撞检查，对于AUTOCAD DWG图形格式的设备施工图，

5、需要另外一个独立的设备专业施工图数据提取软件，分别提取建筑、空调、给排水、电气等设备专业模型数据，自动将提取的设备专业数据转换为PKPM系列软件对应的数据格式，供管道综合碰撞检查软件使用，目前开发了建筑和电气专业的拾取转化软件。实体的程序描述采用数学类的方法，每个实体具有自己的ID号（标示号），同时具有另一个与其专业数据对应的附加类别号，用以描述实体的身份和与专业数据的对应关系，每个实体具有的属性分为两部分，一部分为几何属性，另一部分为专业物理属性，在进行碰撞检查运算时，只需要几何属性。而检查约束条件时，利用其专业物理属性。从而使碰撞检查过程简化为纯数学几何检查和检查约束两部分，利用约束条件可

6、以判断某实体的哪个面与另一实体的某个面是同一个面，该面是在实体的离散过程中产生的，客观实体外轮廓并无此面。图形显示采用OpenGL技术，根据专业情况，将实际设备管道自动分解和离散成可以显示和求交的实体，同时赋予ID号及其属性。4 实体处理设备专业施工图中包含大量管线和图块，这些图块代表着真实的设备或附件，如风机盘管、水泵、冷冻机、阀门、线槽、桥架等，在图形中它们分别代表不同实体，按照实体表示方法的不同将其分为规则实体和不规则实体，规则实体定义为可以使用数学方法描述的实体，如直风管（圆形或矩形）水管道同心变径管、柱子、梁等，包括拉伸体和旋转体，如柱体锥体立方体，另一类实体则为不规则实体，它们不能

7、用简单的数学公式描述，只能用参数法定义其主要特征属性，其他部位近似描述，如制冷机、水泵、阀门、风机、换热器等设备形状千姿百态，变化多样，必须在显示的真实性和可计算性之间进行取舍，从碰撞检查的可计算性看，设备的每个局部都应离散成一个个实体，但这样会造成描述设备的实体非常多，检查的计算速度和显示速度变得很慢，无法接受，必须从专业实际出发进行简化。实际工程中，设备碰撞检查没有必要连小到制冷机表盘电机散热肋片螺钉都要检查，所以设备的处理采用实体描述和贴图相结合的方法，在显示的外轮廓实体上面粘贴一张设备照片，既解决了检查设备轮廓的碰撞问题，又增加了设备显示的真实感，减少了实体个数，在处理实体分类时，尽量

8、处理成规则实体，减少运算量，提高显示速度。大大提高了显示速度。制冷机显示效果见图3。管道综合碰撞检查涉及的专业多，处理的图形量大，应尽量减少实体个数，避免显示速度过低，无法使用，实体的描述还必须与碰撞检查计算模型相适应。各种图形显示技术都要求将真实的三维实体用一定的数学方式描述为能够被显示技术识别的实体，如何合理地用数学方法描述各种形式的管道设备等实体，是软件能否实用的关键。 图3制冷机显示效果 图4设备附件图库在软件中建有丰富的设备附件图库，图库中的对象按照其表现形式分类，即按照画法和控制参数分类，当用户需要扩充产品时，从库中选择对应产品，输入相应参数即可扩充产品库。5 碰撞检查计算管道碰撞

9、检查计算的目的就是确定实体间在空间的相对关系，是否互相碰撞，计算方法就是实体求交。在确定计算方法时，应考虑适应客观物体形状描述的需要，为此将计算方法分为解析求解和离散求解，解析求解适应能用数学方程描述的实体之间求解，例如圆锥体和圆柱体、圆柱体和立方体，该方法要求求交的每个实体都能用数学方程描述，利用计算机求解高阶三维方程，求解速度快，但适应性差。离散求解就是将一个任意形状的实体离散成多个能用数学方程描述的实体，然后 求解，该方法适应性强，计算速度慢，计算结果有一定误差，计算误差大小取决于离散方法，但对于实际工程来说，计算误差能满足工程需要。可见碰撞检查过程可以归结为离散实体，解析求解。在实际应

10、用过程中，软件可以根据不同工程需要，进行碰撞检查设置，主要包括： 5.1专业设置选择要参与碰撞检查的专业，如建筑、空调、给排水、电气专业。软件可以同时进行多专业综合碰撞检查，还可以设置要检查的专业分项内容。对于单专业综合碰撞检查只需选择本楼层本专业内容即可。图5 专业设置图6 分项设置5.2碰撞检查时的楼层设置为了加快计算速度，每次一般选择一个楼层，考虑到专业画图习惯的不同，必须能同时检查相邻楼层之间的管道设备，例如空调设备管道通常在本层表示，而给排水专业本层表示的许多排水管道其物理位置在下一层，在碰撞检查时，需要设置是否检查相邻楼层。、5.3 保温层厚度设定在专业管道设计中，管道保温属性一般

11、不输入，一般在施工说明中规定哪些管道保温及各专业管道保温厚度，模型数据中没有相应信息，为适应此种情况，软件提供快速设置管道保温厚度的方法，以便在检查中考虑保温后的情况。6 模型数据编辑修改管道碰撞检查完成后，会在三维显示图中将碰撞的管道、设备、建筑结构构件用显著颜色标注出来，将本次检查的所有碰撞位置，管道设备种类在左侧的列表中全部显示出来。当选取左侧列表中的某个具体碰撞位置时，碰撞实体在图面上居中放大显示，供设计人员检查。如果需要调整碰撞位置的设备管道布置，直接调用各专业模型布置软件，进行模型数据的编辑修改，然后再次进行碰撞检查，直至满意为止。7 辅助功能6.1 最小间距检查和查询在设计规范或

12、标准中，从安全考虑规定了不同设备管道之间的最小距离，如水暖管道与电气专业的桥架、母排有最小间距要求，可以根据专业之间设定的最小间距要求，检查最小间距是否满足设计要求，也可以同时检查管道设备是否遮挡墙上安装的插座、开关等。操作方法是点取任意两个实体，显示最小间距。 6.2 设备管道综合平面图管道综合的结果应该能在设备管道密集的地方，局部生成多专业的管道综合平面图，并进行位置、管道标注，该图作为各个专业设计的依据，避免相互碰撞。8 三维漫游和动画三维漫游就是由使用者指定任意路径、视角和显示速度，程序自动沿着所指定的路径，按照设定的显示速度，显示观察到的空间设备管道三维安装效果，使人感觉如同身临现场观察不同部位的安装情况，事先了解工程完工后的安装效果。动画可以描述设备管道的安装过程，如制冷机如何从吊装口搬进，垂直吊运，如何移动到指定位置就位并连接管道，将安装进度和安装的全过程展现出来。9 结论基于BIM理念的管道综合碰撞检查软件，对于设计、施工和运营都有