BIM技術(shù)在市政道路雨水管網(wǎng)工程施工過程中的逆向設(shè)計(jì)及應(yīng)用探索

亢秀山 曾賽堂 喬則淳 白琚

市政道路的地下往往需要埋設(shè)各種雨水管道、盲溝、電纜線路、通信管道及其相應(yīng)的構(gòu)筑物等管網(wǎng)設(shè)施，其各自的專業(yè)設(shè)計(jì)在局部難免發(fā)生沖突。此外，各類管線及構(gòu)筑物標(biāo)高的不同也要求施工組織安排需要有科學(xué)合理的先后順序。在處理沖突及安排施工順序的過程中，BIM技術(shù)就起到了十分重要的作用。本文章以成金簡(jiǎn)快速路SG4標(biāo)段項(xiàng)目的雨水管網(wǎng)工程為例，介紹了根據(jù)二維圖紙逆向設(shè)計(jì)的過程，以及施工過程中雨水管網(wǎng)三維建筑信息模型的實(shí)際應(yīng)用，或可為其他工程的施工提供一些經(jīng)驗(yàn)。

一、工程概況

成金簡(jiǎn)（成都～金堂～簡(jiǎn)陽(yáng)）快速路是成都市中心城區(qū)與東進(jìn)片區(qū)連接的重要通道，是市域交通“五環(huán)二十五射”高快路網(wǎng)和東進(jìn)區(qū)域“四縱八橫”快速路網(wǎng)體系的重要組成部分。其SG4標(biāo)段起于沱江東側(cè)的五福大道，由西向東沿淮州新城規(guī)劃線位緊鄰毗河供水工程行進(jìn)，止于金堂縣與簡(jiǎn)陽(yáng)市交界處的回龍村，路線全長(zhǎng)4.151km，采用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)并配套市政設(shè)施。

本道路出水口以沱江和楊溪河為主，其中K35+800～K36+845段雨水順坡自東向西排入沱江；K36+845～K37+400段雨水近期通過道路邊溝排入楊溪河，遠(yuǎn)期同經(jīng)四路一同接入雨水管網(wǎng)；K37+400～K37+873.9段接入經(jīng)二路匝道雨水管（自西向東順坡排放）；K38+117.5～K38+447.0雨水順坡自西向東排入楊溪河；K38+940～K38+950.518雨水順坡自東向西排入楊溪河。

道路共有三種（五條）隔離帶：中央分隔帶4m、主車道兩側(cè)的側(cè)分帶各4.5m、輔道兩側(cè)的機(jī)非隔離帶各3.75m。每條隔離帶內(nèi)均設(shè)碎石盲溝一條，且機(jī)非隔離帶內(nèi)設(shè)雨水檢查井和雨水管。

二、雨水管網(wǎng)建模

1.設(shè)計(jì)情況

道路兩側(cè)機(jī)非隔離帶內(nèi)設(shè)雨水管和雨水檢查井；由中分帶邊緣、側(cè)分帶邊緣的雨水口匯集的路面雨水通過雨水連接管流入雨水檢查井內(nèi)，并通過雨水管排出線外（此時(shí)雨水連接管串聯(lián)著雨水口和雨水檢查井）；此外，機(jī)非隔離帶的碎石盲溝直接接入雨水檢查井中，道路中分帶、側(cè)分帶的碎石盲溝中的水通過盲溝檢查井收集，并由同一橫斷面內(nèi)的雨水連接管排入雨水檢查井中（此時(shí)雨水連接管同時(shí)串聯(lián)盲溝檢查井、雨水口及雨水檢查井）。

2.建筑位置信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

雨水管網(wǎng)的簡(jiǎn)化模型即“井——管段——井”。因此，僅需分類統(tǒng)計(jì)出各種井的坐標(biāo)位置、井頂面標(biāo)高及該處設(shè)計(jì)地面標(biāo)高、井的埋深、管段起終點(diǎn)處管內(nèi)底標(biāo)高、管徑這些建筑信息，即可據(jù)此描繪出雨水管網(wǎng)的建筑信息模型。在統(tǒng)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意根據(jù)不同類別的井進(jìn)行編號(hào)命名，避免混淆?？筛鶕?jù)《建筑給水排水制圖標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50106-2010）第4.4.5條進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

（1）雨水檢查井及雨水管位置信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

關(guān)于雨水檢查井的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，由設(shè)計(jì)文件中《雨水檢查井表》即可得出；而雨水管的管徑及管內(nèi)底標(biāo)高則需從設(shè)計(jì)文件《雨水縱斷面圖》中摘錄統(tǒng)計(jì)出來。

（2）雨水口及雨水連接管位置信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

關(guān)于雨水口及雨水連接管的相關(guān)信息，須根據(jù)需要從設(shè)計(jì)文件中搜集：雨水口的坐標(biāo)由CAD版《排水平面圖》中相應(yīng)的圖塊坐標(biāo)信息批量統(tǒng)計(jì)而來，并同時(shí)對(duì)圖塊進(jìn)行批量編號(hào)命名和標(biāo)記，以做到圖中的井與坐標(biāo)數(shù)據(jù)的一一對(duì)應(yīng)；《排水工程設(shè)計(jì)說明》中規(guī)定了雨水口的埋深及井頂?shù)铰访娴木嚯x，雨水口處設(shè)計(jì)地面（即路面）標(biāo)高可通過雨水口所在的橫斷面圖紙計(jì)算得到，亦可將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入道路測(cè)量計(jì)算軟件后通過雨水口坐標(biāo)得出；雨水連接管由于其坡度同路面橫坡，且《排水工程設(shè)計(jì)說明》中規(guī)定了其管徑及管內(nèi)底標(biāo)高到路面的距離，因此這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)即可得到。

（3）碎石盲溝及盲溝檢查井位置信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

關(guān)于碎石盲溝及盲溝檢查井的相關(guān)信息，需要根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求加以處理方可得到：為了使盲溝精確地布置在三處隔離帶的中央位置，要根據(jù)《逐樁坐標(biāo)表》中提供的逐樁坐標(biāo)使用CAD軟件繪出各樁點(diǎn)并連接成多段線即為中分帶盲溝中心線，根據(jù)《路基設(shè)計(jì)表》確定出每小段樁號(hào)間的側(cè)分帶、機(jī)非隔離帶盲溝的偏距，并據(jù)此將中分帶盲溝中心線偏移得出側(cè)分帶、機(jī)非隔離帶的二維多段線。最后使用CAD軟件的腳本插件拾取各盲溝多段線上的頂點(diǎn)坐標(biāo)即為小段樁號(hào)間盲溝的“井坐標(biāo)”，此“井”各尺寸均為0，僅在需要布置盲溝檢查井處統(tǒng)計(jì)出設(shè)計(jì)文件《路基、路面排水工程設(shè)計(jì)圖（中央分隔帶設(shè)計(jì)圖）》要求的盲溝檢查井頂面標(biāo)高、設(shè)計(jì)地面標(biāo)高、井的埋深，并且盲溝管徑及管內(nèi)底標(biāo)高可以計(jì)算得出。

需要注意的是，依此法得出的機(jī)非隔離帶碎石盲溝僅有尺寸為0的“井”，故應(yīng)對(duì)其CAD二維多段線重設(shè)頂點(diǎn)處理。由于設(shè)計(jì)文件規(guī)定機(jī)非隔離帶碎石盲溝直接接入雨水檢查井中，故重設(shè)的頂點(diǎn)坐標(biāo)應(yīng)同雨水檢查井坐標(biāo)一致。

最后，考慮到中、側(cè)分帶碎石盲溝接入雨水管網(wǎng)的方式，需在每個(gè)有盲溝檢查井的斷面上修改雨水連接管的建筑信息（增加或打斷雨水連接管），使得碎石盲溝與雨水檢查井協(xié)調(diào)成系統(tǒng)地結(jié)合在一起。

3.各構(gòu)件模型的創(chuàng)建

本項(xiàng)目共有15種型號(hào)的雨水檢查井、2種雨水口、1種盲溝檢查井、8種管徑的Ⅱ級(jí)鋼筋混凝土管、3種管徑的Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土管和1種型號(hào)的盲溝打孔波紋管。創(chuàng)建構(gòu)件時(shí)，雨水檢查井、雨水口、盲溝檢查井各創(chuàng)建一個(gè)構(gòu)建模型，并根據(jù)其各自不同型號(hào)的尺寸差異設(shè)置好模型可變參數(shù)，后續(xù)管網(wǎng)建模時(shí)給定參數(shù)即可獲得不同型號(hào)的構(gòu)件；管道構(gòu)件則使用軟件的MEP系統(tǒng)并設(shè)置好不同的規(guī)格參數(shù)即可。

4.雨水管網(wǎng)模型建立

有了2.2中的位置信息及2.3中構(gòu)建的模型，只需將相應(yīng)的構(gòu)件調(diào)整好參數(shù)放置于其位置上即可。由于工作量繁雜且要求精確，故可采用腳本插件對(duì)海量表格數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終繪制成型。此時(shí)，若已將上述數(shù)據(jù)根據(jù)《建筑給水排水制圖標(biāo)準(zhǔn)》的要求制成《xx管道高程表》，并根據(jù)插件要求格式制成《xx坐標(biāo)表》，則可以利用插件直接識(shí)別表中數(shù)據(jù)。進(jìn)行繪制時(shí)，插件將調(diào)用已繪制好的相應(yīng)構(gòu)件模型，根據(jù)識(shí)別到的位置數(shù)據(jù)將整個(gè)雨水管網(wǎng)項(xiàng)目的三維信息模型繪制出來。

5.道路各節(jié)點(diǎn)面的繪制

為了便于安排施工組織順序，可繪制道路各節(jié)點(diǎn)面以供參考，較為重要的如路面、路床頂面及路床底面。BIM應(yīng)用軟件中如無路基路面相關(guān)繪制功能，則可依據(jù)2.2中各坐標(biāo)點(diǎn)的設(shè)計(jì)地面標(biāo)高以及設(shè)計(jì)文件中的路面坐標(biāo)及標(biāo)高來創(chuàng)建地形圖即為路面圖，相應(yīng)的路床頂、路床底等節(jié)點(diǎn)面可依據(jù)路面圖及結(jié)構(gòu)厚度向下偏移得出。

三、三維建筑信息模型的施工應(yīng)用

1.碰撞檢查

本工程雨水管網(wǎng)及盲溝等地下管道設(shè)施較多，利用三維建筑信息模型可方便地排查出管線碰撞的部位，并與設(shè)計(jì)單位溝通解決問題。例如：本項(xiàng)目原設(shè)計(jì)的側(cè)分帶盲溝波紋管與雨水連接管有少許沖突，且考慮到雨水連接管的混凝土滿包基礎(chǔ)后，沖突更加明顯。因此我方積極同設(shè)計(jì)單位溝通，在施工之前即調(diào)整設(shè)計(jì)使碰撞得以避免。

2.水流方向檢查

根據(jù)三維建筑信息模型中管道上顯示的坡度等信息可得知水流方向，將此水流方向與《排水工程設(shè)計(jì)說明》進(jìn)行對(duì)比，來檢查是否滿足設(shè)計(jì)要求，若有疑問則與設(shè)計(jì)單位溝通解決。如本項(xiàng)目中，發(fā)現(xiàn)橋臺(tái)位置雨水連接管坡度與設(shè)計(jì)說明相反，以雨水檢查井YN68、YS68兩處的雨水連接管為例，設(shè)計(jì)文件要求此處雨水口匯集的路面雨水應(yīng)通過雨水連接管流入雨水檢查井YN68、YS68內(nèi)，然后接入經(jīng)二路匝道雨水管，但按照設(shè)計(jì)要求，依道路縱坡設(shè)置雨水連接管，這就導(dǎo)致了設(shè)計(jì)水流方向是從雨水檢查井向雨水口流去，最終會(huì)造成排水不暢。因此我方征得設(shè)計(jì)同意后，將此處雨水連接管反坡設(shè)置，保證了橋臺(tái)位置排水的暢通。

3.科學(xué)合理地進(jìn)行施工組織

雨水管網(wǎng)模型建立完成并繪制了路面、路床頂面、路床底面等節(jié)點(diǎn)面圖形后，地下管網(wǎng)相對(duì)于道路結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系變得清晰明了。通過這樣的信息模型，可以向施工員、施工班組進(jìn)行形象生動(dòng)的技術(shù)交底，并幫助施工員安排出科學(xué)合理的施工組織、施工計(jì)劃，能夠在節(jié)約項(xiàng)目成本的同時(shí)有效縮短工期。

4.項(xiàng)目成本測(cè)算

由于BIM應(yīng)用軟件具有生成明細(xì)表或類似的功能，所以建模完成后可以很方便地對(duì)此分部分項(xiàng)工程進(jìn)行分門別類的工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)。這大大節(jié)約了項(xiàng)目的商務(wù)計(jì)算工作量，也能夠向項(xiàng)目決策者提供更為準(zhǔn)確、及時(shí)和直觀的成本信息。

四、結(jié)語(yǔ)

利用BIM技術(shù)進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)與建模在市政道路的雨水管網(wǎng)工程施工中可以起到十分積極有效的作用，它使得真實(shí)環(huán)境下的施工在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中得到了預(yù)演，且可以直觀地觀察到設(shè)計(jì)三維效果圖，并以此進(jìn)行設(shè)計(jì)上的查漏補(bǔ)缺和施工上的合理安排，非常具有現(xiàn)實(shí)意義。但是，本文章中逆向設(shè)計(jì)與建模過程的工作量十分龐大，或與筆者選取的BIM應(yīng)用軟件不恰當(dāng)、不適用于市政道路地下管網(wǎng)有關(guān)，但仍應(yīng)關(guān)注到：市政管網(wǎng)等地下設(shè)施在進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)時(shí)，施工圖設(shè)計(jì)文件涉及專業(yè)分類較多（除本文介紹的雨水管網(wǎng)外，還有通信、照明、交安等），故數(shù)據(jù)過于分散且數(shù)據(jù)所需的中間處理環(huán)節(jié)較多，這些都導(dǎo)致了工作量的激增。因此更適用于此類項(xiàng)目的BIM應(yīng)用軟件及更多的正向設(shè)計(jì)文件是很有必要的。