BIM技術(shù)在市政道路給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

吳 瓊，辛 靜，王嘉毅

（中國(guó)市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

給排水工程是市政道路工程中必不可少的一環(huán)，多屬地下隱蔽工程，運(yùn)行時(shí)檢查維修難度較高，其質(zhì)量甚至直接影響整個(gè)工程的使用壽命。BIM技術(shù)作為未來(lái)設(shè)計(jì)的主流方向，其先進(jìn)的工作方式和高效、智能的特點(diǎn)逐漸在設(shè)計(jì)行業(yè)中凸顯。BIM技術(shù)能對(duì)整個(gè)市政道路進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，并模擬實(shí)現(xiàn)工程的數(shù)據(jù)整合，將其貫穿于市政道路設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行的全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)市政道路的集中化管理，能極大地提高工作效率。目前BIM技術(shù)在管線綜合優(yōu)化、參數(shù)設(shè)計(jì)、數(shù)字建模、施工模擬等方面應(yīng)用較廣，在市政道路給排水設(shè)計(jì)中使用BIM技術(shù)是發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 BIM技術(shù)概況

BIM（Building Information Molding）是以三維數(shù)字手段為基礎(chǔ)的建筑信息模型，用以表達(dá)詳盡的工程相關(guān)信息，目前國(guó)內(nèi)建筑領(lǐng)域主要使用的BIM軟件有ArchiCAD，Revit等。BIM技術(shù)可用于市政道路給排水設(shè)計(jì)領(lǐng)域，但在應(yīng)用過(guò)程中也出現(xiàn)了各種困難。BIM技術(shù)應(yīng)用要結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，錄入項(xiàng)目相關(guān)信息，對(duì)工程進(jìn)行三維建模，模擬施工動(dòng)畫(huà)，以供市政道路技術(shù)人員及施工人員參考。BIM技術(shù)可結(jié)合參數(shù)變化，預(yù)測(cè)施工風(fēng)險(xiǎn)并提出預(yù)防及解決的措施，其在市政道路給排水工程方面的應(yīng)用，規(guī)范了施工質(zhì)量及施工流程，能為完善市政給排水構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)及施工提供有效的參考依據(jù)。

2 BIM技術(shù)在市政道路給排水設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)

BIM技術(shù)是基于三維數(shù)字技術(shù)建立三維信息模型。對(duì)市政道路給排水工程的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行進(jìn)行建模，要從對(duì)所需信息識(shí)別采集開(kāi)始，明確信息的質(zhì)量要求，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)BIM模型的建立。BIM在給排水工程設(shè)計(jì)過(guò)程中有仿真性、可視化、協(xié)同性、自動(dòng)化及精確性等特點(diǎn)（見(jiàn)圖1）。

2.1 仿真設(shè)計(jì)，提高分析模擬能力

在市政道路給排水工程設(shè)計(jì)中，仿真設(shè)計(jì)能為后期的施工運(yùn)行提供良好的指導(dǎo)，可以幫助設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段就能直觀地感受到工程的實(shí)際效果，方便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行方案論證和調(diào)整，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，預(yù)防及消除工程隱患。BIM信息模型包含了豐富的信息，可為分析模擬提供數(shù)據(jù)支撐，以得出準(zhǔn)確的模型信息，提高設(shè)計(jì)、施工的工作效率及工程質(zhì)量。在市政道路給排水工程施工時(shí)，管道錯(cuò)綜復(fù)雜，施工難度大、周期長(zhǎng)，安裝時(shí)的準(zhǔn)確性和協(xié)調(diào)性難度大，而B(niǎo)IM技術(shù)的仿真設(shè)計(jì)提高了分析模擬的能力，為施工提供了直觀準(zhǔn)確的支撐，提高了設(shè)計(jì)和施工效率。

圖1 BIM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

2.2 可視化設(shè)計(jì)，明確表達(dá)設(shè)計(jì)意圖

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)只能反映二維空間要素，修改其中部分圖件后需一一修改其他相關(guān)圖紙。應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)，只需在系統(tǒng)整體布局中修改就能有效完成所有修改工作，不僅減少了設(shè)計(jì)工作量，保證了信息的準(zhǔn)確性，還能準(zhǔn)確地表達(dá)設(shè)計(jì)的意圖，建立完整可視化的三維數(shù)字模型，直觀地反映工程完工的效果（見(jiàn)圖2）。隨著市政道路工程的發(fā)展，城市復(fù)雜市政工程增多，差異性工程增加，導(dǎo)致給排水工程也出現(xiàn)越來(lái)越多的奇異構(gòu)筑物，此時(shí)BIM信息模型的可視化功能可以非常直觀地反映設(shè)計(jì)人員的意圖，幫助施工人員了解設(shè)計(jì)情況，提高施工效率和工程質(zhì)量。

圖2 基于BIM技術(shù)的可視化設(shè)計(jì)

2.3 協(xié)同設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)效率

隨著城市建設(shè)發(fā)展，市政道路給排水工程規(guī)模越來(lái)越大、設(shè)計(jì)難度越來(lái)越高、設(shè)計(jì)內(nèi)容越來(lái)越細(xì)、涉及專(zhuān)業(yè)越來(lái)越廣，僅靠個(gè)人、個(gè)別部門(mén)已無(wú)法及時(shí)、高效地完成給排水工程的設(shè)計(jì)工作。BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同人員、不同專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計(jì)，當(dāng)設(shè)計(jì)人員對(duì)其中的部分內(nèi)容做了修改后，其余設(shè)計(jì)人員能及時(shí)地看到修改內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)信息模型的實(shí)時(shí)更新；同時(shí)，BIM技術(shù)還可以設(shè)置協(xié)同權(quán)限，避免不同專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人員對(duì)其他專(zhuān)業(yè)的失誤操作，當(dāng)要修改其他專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)時(shí)，需要本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的確定才可修改，從而實(shí)現(xiàn)多人、多專(zhuān)業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)，極大地提高了設(shè)計(jì)效率。

2.4 參數(shù)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化修改

在給排水工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員采用相同的數(shù)據(jù)庫(kù)和建模軟件，能實(shí)現(xiàn)工程的設(shè)計(jì)、創(chuàng)新和維護(hù)。在對(duì)工程參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)修改時(shí)，能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)引擎位置合理協(xié)調(diào)，呈現(xiàn)工程所有合理狀態(tài)。比如在給排水設(shè)計(jì)中，對(duì)消火栓的布置狀況進(jìn)行修改后，在消防設(shè)計(jì)及消火栓等的布置及數(shù)量均產(chǎn)生了合理的修改；在對(duì)管道的水力參數(shù)進(jìn)行修改后，能實(shí)現(xiàn)管道其余部分合理的自動(dòng)化修改等。

2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，精確計(jì)算工程量

在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，市政道路的給排水工程量采用斷面方法估算，這種算法不僅浪費(fèi)時(shí)間、誤差較大，而且易產(chǎn)生錯(cuò)誤，在實(shí)際的修改中也很復(fù)雜，如在對(duì)圖紙進(jìn)行修改后需重新統(tǒng)計(jì)所有的材料，工作量很大，嚴(yán)重影響了設(shè)計(jì)效率。BIM技術(shù)應(yīng)用于給排水設(shè)計(jì)中，其模型具有精確的幾何數(shù)據(jù)，可以精確統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)度、面積、體積等工程量，精確計(jì)算道路工程中所需的土方工程量，并能精確地將需用的數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來(lái)，不需要人工統(tǒng)計(jì)，減少了人為誤差，同時(shí)也提高了設(shè)計(jì)的工作效率和準(zhǔn)確率。

3 BIM技術(shù)在市政道路給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 在管線綜合優(yōu)化中的應(yīng)用

市政道路給排水工程設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，大多屬于地下隱蔽工程，涉及了電力、天然氣、管道等多個(gè)系統(tǒng)，與給排水系統(tǒng)縱橫交錯(cuò)，因此在設(shè)計(jì)中要綜合考慮各方面的因素，保證給排水系統(tǒng)管線的布設(shè)與其他系統(tǒng)互不影響，方便后期維護(hù)和施工。利用BIM技術(shù)可以直觀地顯示地下管線的三維位置及布設(shè)情況，幫助設(shè)計(jì)人員了解地下各管線之間的交叉情況、距離遠(yuǎn)近等，避免了對(duì)其他系統(tǒng)的影響，同時(shí)也方便設(shè)計(jì)人員對(duì)管線設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

3.2 在參數(shù)設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

BIM技術(shù)建模是建立在大量的數(shù)據(jù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員運(yùn)用BIM技術(shù)可以構(gòu)建擬建工程的三維模型，進(jìn)行工程量明細(xì)、水力計(jì)算等；當(dāng)設(shè)計(jì)人員調(diào)整部分參數(shù)時(shí)，軟件可以自動(dòng)調(diào)整其他相關(guān)參數(shù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足。例如在市政道路給排水設(shè)計(jì)中，平面位置參數(shù)的調(diào)整會(huì)影響空間數(shù)量參數(shù)的變化，利用BIM技術(shù)對(duì)工程量明細(xì)表進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，極大地節(jié)省了統(tǒng)計(jì)時(shí)間，提高了準(zhǔn)確性和工作效率，也提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，有利于設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。

3.3 在數(shù)字建模方面的應(yīng)用

在給排水工程BIM建模過(guò)程中，首先區(qū)分出管道類(lèi)型，收集已有管線資料，了解其基本信息；然后構(gòu)建三維數(shù)字模型，對(duì)模型進(jìn)行可視化及碰撞檢測(cè)工作，對(duì)涉及交叉問(wèn)題的管線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整；最后利用BIM技術(shù)統(tǒng)計(jì)各工程量及所需材料、施工機(jī)械配置等，對(duì)不同屬性的材料進(jìn)行分類(lèi)，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能，提高了給排水設(shè)計(jì)的工作效率和準(zhǔn)確率，能預(yù)防和消除安全隱患，為施工提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

3.4 在施工模擬方面的應(yīng)用

給排水工程不同于普通的建筑工程，屬于地下隱蔽工程，施工環(huán)境比較惡劣，不確定因素較多。而B(niǎo)IM技術(shù)的應(yīng)用，給原本不確定因素較多的管道施工提供了可視化模擬，同時(shí)可以引入時(shí)間維度，能幫助工作人員合理地安排工程進(jìn)度，有效地規(guī)劃施工和安裝進(jìn)度；對(duì)各種不確定因素進(jìn)行模擬，還能減少施工中的設(shè)計(jì)變更問(wèn)題，增加各分包工程的協(xié)同作業(yè)，提高施工效率。

4 BIM技術(shù)在市政道路給排水設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

4.1 BIM技術(shù)對(duì)硬件要求高

BIM技術(shù)建模過(guò)程中需要諸多參數(shù)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大容量的數(shù)據(jù)，這對(duì)計(jì)算機(jī)硬件及設(shè)計(jì)軟件的要求很高。目前給排水設(shè)計(jì)軟件多是在建筑BIM建模軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，每個(gè)專(zhuān)業(yè)分項(xiàng)工程的數(shù)據(jù)庫(kù)都很大，在建模過(guò)程中對(duì)處理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)的硬件要求較高，需要配置專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)支撐設(shè)計(jì)工作。

4.2 BIM模型權(quán)限的問(wèn)題

雖然BIM技術(shù)在不同專(zhuān)業(yè)、人員的協(xié)同設(shè)計(jì)方面有巨大的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于集合型的管線設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，其在信息模型權(quán)限釋放和獲取方面比較復(fù)雜，相關(guān)專(zhuān)業(yè)的權(quán)限的獲取和釋放都需要通過(guò)平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行確認(rèn)生效。

4.3 BIM技術(shù)人才匱乏問(wèn)題

目前，大部分給排水設(shè)計(jì)人員主要使用ArchiCAD進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)BIM技術(shù)相應(yīng)軟件的應(yīng)用較少，原因主要是設(shè)計(jì)人員本身的工作設(shè)計(jì)習(xí)慣影響和對(duì)BIM技術(shù)軟件的熟悉程度不高，以及設(shè)計(jì)任務(wù)的復(fù)雜程度高。并且，BIM建模技術(shù)相關(guān)的課程、教育培訓(xùn)相對(duì)較少，BIM其他軟件也無(wú)法與廣泛使用的ArchiCAD圖件完美融合，導(dǎo)致BIM技術(shù)人才相對(duì)匱乏。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，BIM技術(shù)在市政道路給排水工程中的規(guī)模化應(yīng)用是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著當(dāng)下城市建設(shè)的快速發(fā)展，市政道路給排水設(shè)計(jì)的地位愈發(fā)重要，BIM三維數(shù)字建模技術(shù)在給排水工程設(shè)計(jì)中優(yōu)點(diǎn)明顯，不但能提升設(shè)計(jì)人員的工作效率，減少人員誤差，還能降低設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省工作時(shí)間；同時(shí)還能提供準(zhǔn)確的工程量計(jì)算等功能，針對(duì)不同的給排水設(shè)計(jì)問(wèn)題給出合理的解決措施；通過(guò)建立可視化模型，能為工程施工提供準(zhǔn)確的依據(jù)，引領(lǐng)給排水設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展潮流，增加設(shè)計(jì)施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。