建筑给水排水中三维设计的应用

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0引言

随着建筑行业的不断发展，外形及结构复杂的建筑越来越多，功能要求也日趋多样化、复杂化。在当前工程设计中，以二维平面设计为主的设计方法虽然最终可以实现建筑功能，但设计期间各专业间相互协调配合的过程较繁琐，给排水、暖通、电气等设备专业的管道在有限的空间里相互碰撞的情况也给施工阶段留下了隐患。为了满足各类大型工程建设的需要，伴随着计算机技术的发展，各类三维设计软件（如AutoCADcivil3D、ProE、CATIA、Microstation、PDMS、天正等）在工程设计领域逐渐得到重视和应用。本文以用Microstation系列三维设计软件设计的某办公建筑为例，对三维设计在建筑给水排水中的应用予以简单介绍。

1项目概况

该项目位于杭州，为地下一层，地上建筑十四层，建筑高度54.2m，总建筑面积约7.3万m2，是一幢现代化的高层办公楼。给水排水专业设计内容包括给水系统、排水系统、消火栓系统、喷淋系统以及太阳能热水系统。从设计角度而言，该项目并不复杂，但该项目是将三维设计技术应用于工民建领域的早期尝试，对今后工民建项目的三维设计具有积极的示范作用。

2三维设计流程

用于给水排水专业的Microstation系列三维设计软件，主要由公共平台软件、专业应用软件和碰撞检查软件等组成。给排水专业进行三维设计流程大致如下：

（1）准备阶段。根据初步设计制定本专业的三维设计计划。利用公共平台软件制定工程项目的设计文件目录结构（如图1、图2）。在设定好项目设计文件以后，利用专业设计软件设置制图规则，如系统、图层、颜色和线型等等，在完成以上基本设置后三维设计的前期准备工作就算全部完成了。

（2）设计阶段。在进行三维设计时不必像二维平面设计一样向建筑、结构等相关专业索要条件图，三维设计平台是一个协同设计平台，各专业的模型在建好后都存在于已设置的项目目录文件内，并以只读的形式共享给各专业，需要的专业可以在公共平台自由参考。我们将所需的建筑、结构等相关专业的模型参考到本专业设计文件内就可以开始本专业的三维设计了。

（3）碰撞检查阶段。对于一个建筑系统来说，它涵盖了建筑、结构、给排水、暖通、电气等各专业，在有限的建筑空间里给排水、暖通、电气等各设备专业的管线纵横交错，虽然在协同设计过程中可以减少碰撞，但由于各专业对方案的不定期调整，专业管道间的碰撞仍然不可避免。此时，可以根据项目需要，用三维设计碰撞检查软件对给排水专业各系统的管道以及其它专业的管线和设备进行碰撞检查。碰撞检查时可将给排水专业和其它相关专业文件分别作为碰撞检查的检查对象和参照对象，如果检查对象与参照物之间有碰撞，会被捕捉并记录下来，供设计人员审核是否需要修改。这一过程简单快速，极大地减轻了设计人员和校核人员的工作负担，可以避免在各专业完成图纸设计以后再进行单独的管线综合设计，对于提高设计质量和提高生产效率都十分有利。

（4）制图阶段。目前工程设计领域用于建筑项目的施工图纸仍以二维平面图纸为主，因此，在完成项目三维设计以后还须将三维设计成果转化为平面图纸才能交付业主用于施工。Microstation系列三维设计软件中的切图功能及其与我们常用的CAD制图软件的良好兼容性为三维设计成果转化成平面施工图设计产品提供了保障。三维设计软件的切图功能可以实现在任何位置切出相应平面、立面及剖面图纸，并且在生成平面图纸时软件会自动将给排水专业管线转换成单线条，将给排水附件（如消火栓、喷头、阀门等）转换成符合国家制图标准规定的平面符号。就是利用三维设计软件的切图功能抽出来的标准层消火栓及给排水平面图。生成平面图纸以后再辅以尺寸标注、文字说明等等就可以作为施工图产品交付业主。

3三维设计优势与不足

3.1三维设计的优势

（1）三维设计过程实质是在计算机上进行虚拟的工程施工，设计师所想即所得，通过三维设计建立的模型就是建筑在建好后的实际情况，可提前解决施工时可能遇到的问题。

（2）三维设计能够直观而形象地表现出建筑的外观和构造，给排水等专业设计师们能更清楚地了解建筑师的设计理念及设计意图，配合建筑师更好地完善建筑功能。在三维设计过程中给排水、暖通、电气等各设备专业间设备及管线的空间相对位置表达更精确，能更充分地利用建筑空间层高。

（3）整个过程实现了协同设计、无纸化校审，三维软件中附带的漫游动画等功能将所设计的内容以三维实体的形式展示，更直观地表达了给排水设备与其它专业间的空间位置。由此可帮助工程设计及施工人员加深对建筑构造及专业间的认识。

3.2三维设计存在的问题及解决办法

三维设计在拥有众多优点的同时也存在很多局限性：

（1）三维设计是在三维空间中进行专业设计，需要通过多视口、多视角在空间中不停旋转切换以满足设计需要。因此，项目的设计周期较传统平面设计周期长，对于建筑行业要求设计、施工都要快的行业现状有一定的局限性。三维设计周期较长一方面需要我们进一步熟悉并提高三维设计软件应用技能，同时也应让市场适应三维设计速度，现在建筑市场放缓的当下正是逐步试点推行三维设计的大好时机。

（2）Microstation系列三维设计软件无模拟计算功能。在给排水专业的三维模型中包含有给排水的全部设备及管道信息，但这些信息在三维设计成果转换为平面图纸的过程中除统计材料以外别无用处。现在建筑对节能、节水、节材具有更高的要求，若三维设计软件带有模拟计算功能，运用设计时所输入的设备、管材、管径等参数信息模拟给水、排水系统相关运行工况，并对设备选型和管道管径等提出优化建议，无疑会使三维设计有更好的前景。

（3）三维空间中横管与立管是相对概念，同一系统的管道所在图层和颜色自然也相同。在抽取平面图纸以后同一系统的立管和横管也均处于同一图层，拥有相同的颜色，往往导致打印蓝图时立管不易查看。若切图工具在将横管变成单线时赋予0.53mm或0.7mm的线宽即可减少平面图纸的后期加工时间，这在技术层面也是可以做到的。

（4）三维设计软件对办公硬件有较高要求，会在一定程度上增加设计院的办公成本。但三维设计后除了可产生平面图纸以外，尚有三维模型可作为设计产品一并售与业主，可弥补办公成本的增加。

4结语

三维设计与传统平面设计相比能更准确真实的展示建筑环境，为建筑系统各专业提供了更好的空间环境，尽管在现阶段的应用中还存在一些不足，但随着相关设计辅助工具的开发以及三维设计软件的完善，相信三维设计的优势（尤其在设计一些大型的复杂工程时）会更加明显。通过该项目的实践，我们认为三维设计是符合现代建筑发展的一种新的设计理念与技术，能够拥有良好的发展前景，将会是未来工程设计的趋势。

作者：胥标 刘锐 单位：中机中联工程有限公司 中国水电顾问集团华东勘测设计研究院