基于BIM技術(shù)的陜西不同地勢農(nóng)村給排水研究

羅林，蘭景賢，丁恩習，池小昌

（西安培華學院，陜西 西安 710125）

1 陜西農(nóng)村排水現(xiàn)狀及存在問題

1.1農(nóng)村排水現(xiàn)狀

中央和相關(guān)部門針對農(nóng)村環(huán)境治理和生活污水處理先后制定出臺了《農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動方案》《關(guān)于加快制定地方農(nóng)村生活污水處理排放標準的通知》《農(nóng)村生活污水處理設施水污染物排放控制規(guī)范編制工作指南（試行）》《農(nóng)村生活污水處理工程技術(shù)標準》一系列政策文件，根據(jù)各地區(qū)不同社會經(jīng)濟和環(huán)境的發(fā)展現(xiàn)狀，加快推進農(nóng)村人居環(huán)境整治，進一步提升農(nóng)村人居環(huán)境水平，科學合理確定和分類制定農(nóng)村生活污水的排水方式、排放去向和相關(guān)污染物控制指標等提出了明確的規(guī)定，并已有包括陜西省在內(nèi)以及30個省（區(qū)、市）印發(fā)了地方標準規(guī)范。

1.2 農(nóng)村排水存在問題

水是生命之源，供水管網(wǎng)的建設與當?shù)鼐用竦纳钣盟|(zhì)量和農(nóng)田灌溉用水保障息息相關(guān)。此外，陜西大部分農(nóng)村僅有雨水管渠，無污水管網(wǎng)，各農(nóng)戶廚房污水直接排至雨水管渠，家用衛(wèi)生間基本也是在旱廁旁設化糞池，定期住戶自行雇傭人員清掏。雖然有農(nóng)廁改造工程，但也往往流于形式，并沒有建立污水管網(wǎng)與污水處理系統(tǒng)。

因此，研究適合陜西地貌的農(nóng)村污水排放處理系統(tǒng)，可以保護農(nóng)村周邊水體不受污染，改善土壤環(huán)境，也可為推進美麗宜居鄉(xiāng)村建設提供參考。

2 陜西農(nóng)村不同地勢排水的研究方向

2.1 村落分布特征

陜西主要的地勢村落可分為：陜北丘陵溝壑區(qū)、關(guān)中平原、陜南秦巴山區(qū)等。在丘陵溝壑區(qū)，因其地貌環(huán)境深處千溝萬壑，不同坡地以及不同坡向、不同坡位的氣候條件也不相同，人們長期與環(huán)境作斗爭，在關(guān)中平原區(qū)，因西高東低的地勢特點以及降雨時空分布不均勻的氣候特點，導致農(nóng)民在生活用水和農(nóng)業(yè)灌溉用水方面產(chǎn)生不便。在秦巴山區(qū)水資源的優(yōu)勢與當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展一直不相匹配，深處山區(qū)，當?shù)刎S富的水資源卻沒有被充分利用，在南水北調(diào)工程中，受經(jīng)濟和環(huán)境的雙重制約，水資源開發(fā)不協(xié)調(diào)。

2.2 農(nóng)村污水排放問題

在2019年4月中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布《農(nóng)村生活污水處理工程技術(shù)標準（2019）》要求農(nóng)村生活污水收集采用分流制，農(nóng)村生活污水收集及排放系統(tǒng)包括農(nóng)村庭院內(nèi)的用戶污水收集系統(tǒng)，農(nóng)戶庭院外的污水收集系統(tǒng)和污水處理設施出水排水系統(tǒng)。污水管道及其坡度也要根據(jù)排水量及其流速確定，而污水管道設計也有明確規(guī)定。

農(nóng)村生活污水的排放方式主要有：通過污水集水管道排入周圍的河道、通過明溝排入周圍的河道、直接潑灑到地面等三種方式。大部分農(nóng)村生活污水都是粗排放型，很少有完善的污水管道收集系統(tǒng)，房屋與房屋之間的污水排放并沒有集合到一起，大多數(shù)都是以個體排放為主?；径际菦]有經(jīng)過任何處理，直接由明溝暗渠等渠道排入周圍河流。據(jù)調(diào)查，農(nóng)村住房大部分都是自建房，房內(nèi)的排水系統(tǒng)并不完善，污水管道和雨水管道并沒有詳細的區(qū)分，排水分流管道材料和管徑不標準，未按圖紙和規(guī)范施工現(xiàn)象普遍存在。在考慮到經(jīng)濟成本下，給水管道尺寸不符合要求的情況時常發(fā)生，所以日積月累，農(nóng)村自建房漏水和滲水現(xiàn)象頻頻發(fā)生。污水處理技術(shù)選擇不到位，現(xiàn)階段適用于農(nóng)村污水處理主要有MBR、綜合生物處理、凈化槽等三種工藝，很多村落并沒有因地制宜地選擇污水處理技術(shù)，導致環(huán)境的污染。

2.3 小管徑排水系統(tǒng)

小管徑排水系統(tǒng)，通常指水管內(nèi)徑不超過200 mm，主要用于收集截留池的粗過濾或化糞池給水中水池部分等的排水系統(tǒng)。該排水系統(tǒng)具有管徑較小、連接附屬設備簡單等特點，使其在不同農(nóng)村的不同地勢下更具適用性。中國在城市建設中利用小管徑排水系統(tǒng)較多，但農(nóng)村對于小管徑排水系統(tǒng)的應用還是比較欠缺。因此，研究通過對不同地勢的農(nóng)村村落的排水情況進行其特點分析，并根據(jù)現(xiàn)有的排水設計規(guī)范—《建筑給排水設計規(guī)范》和《室外排水設計規(guī)范》，為不同類型農(nóng)村使用小管徑排水提供方案，以改善農(nóng)村排水現(xiàn)狀。利用BIM技術(shù)創(chuàng)建管內(nèi)流體體積模型，模擬不同地勢下重力流對排水管道的壓強，分析其在不同流速下對管壁產(chǎn)生的壓力規(guī)律，為構(gòu)建符合農(nóng)村排水特點及農(nóng)村經(jīng)濟情況的污水收集系統(tǒng)提供參考。

3 BIM技術(shù)在農(nóng)村給排水中的應用

目前中國應用BIM 技術(shù)在給水排水中主要利用revitMEP等軟件進行三維機械碰撞模擬，對于具體的給排水項目正向設計較少。在國家的鼓勵新技術(shù)的發(fā)展背景下，BIM技術(shù)人才逐漸增多，但能充分利用到施工設計中的應用型人才還是較為缺少。只是停留在項目周期性管理階段，在面對具體給排水管道施工，面對特殊情況時很少能進行施工指導。經(jīng)過查閱相關(guān)文獻可知，BIM技術(shù)在農(nóng)村給排水的應用主要有管道布局設置和管材用量統(tǒng)計以及該技術(shù)的二次開發(fā)。

3.1 BIM技術(shù)對于管道的布局設置

在先前提到的陜西三大地勢的特征，所處地勢和環(huán)境不同，因此對不同地勢的給排水管道布局也應該不同。以往的管道布局設置，都是老一輩工程人的經(jīng)驗來進行規(guī)劃設計，這樣做不僅費時費力，經(jīng)濟的投入也會大大提高。使用BIM技術(shù)下的一系列軟件可以大大優(yōu)化這一方面，以revitMEP 軟件為例，模擬對不同管徑（DN200以下管徑的小管道）、不同地勢情況下的排水管網(wǎng)管道布置，將農(nóng)村自建房的用水設備相關(guān)聯(lián)，設置好基準點，利用軟件內(nèi)部的生成布局，分析出最適用于當前房屋的給排水布置圖。對房屋與房屋之間的管道連接布局也可以使用這款軟件進行生成布局，自動計算出最經(jīng)濟合理的給水排水路線。對不同的主干路，同樣也可以手動選擇管道的材質(zhì)和半徑，也可以任意添加水管配件，進行支路的增添。以往的二維設計不能完全考慮到空間的重疊和碰撞，利用revitMEP軟件從排水管道工程布局中查看三維可視化，進行管道碰撞和交叉問題檢查，以便進一步修改，避免施工過程中的返工誤時現(xiàn)象。

3.2 管材用量統(tǒng)計

3.2.1 建立管材用量明細表

利用revitMEP 在設置好每一種管道及其使用的配件的名稱，管道布局完成后，選擇所要統(tǒng)計的管道或配件，軟件會自動生產(chǎn)管材的用量統(tǒng)計表，在設計過程中實現(xiàn)耗材和成本的實時監(jiān)控，以便對工程造價進行預算。

3.2.2 查看明細表生成內(nèi)容

利用BIM系列的插件，把明細表導入插件內(nèi)，查看管材的屬性類型和使用部位。通過不同地方使用管材的用量，總結(jié)歸納出在不同地勢下的管道大小、材料等使用情況。

3.3 BIM技術(shù)在農(nóng)村給排水管道的二次開發(fā)

近幾年來，國內(nèi)的BIM專業(yè)人才通過對BIM的二次開發(fā)提高了各專業(yè)的建模效率以及BIM信息的管理效率。比如：在管道方面設計基于Revit 的管道布置優(yōu)化和自動標注的插件，提高了管道布置的合理性。可以利用三維建模軟件revitMEP 的插件，模擬對不同管徑（DN200 以下的小管徑）、不同地勢情況下的排水管網(wǎng)和管道進行自動布置，通過插件分析不同布置情況下管道壓力分布情況；利用管道坡度來模擬不同地勢，在確定數(shù)值模擬模型時，利用BIM模型以及插件進行“流量”和“管徑”的數(shù)據(jù)提取，確定管道管徑、流速和充滿度，完成水力計算。通過計算結(jié)果得出數(shù)據(jù)，選用最適合的管道類型；利用插件給管道設置定義坡度，來模擬不同高度的不同地勢，分析拐點處的受力情況，并對比直流管道的水流和拐點處的水流情況，將向上的水流和向下的水對管壁的壓力進行對比，并且在不同情況下適當?shù)卦黾庸鼙诤穸龋灰部梢酝ㄟ^BIM二次開發(fā)環(huán)境插件，對管道在不同環(huán)境溫度，濕度，酸堿度一系列的條件下，分析管道的使用年限以及管道布局是否合理，為不同地勢的陜西農(nóng)村排水管網(wǎng)設計提供參考。

4 結(jié)語

綜上所述，文章研究聚焦陜西農(nóng)村排水管網(wǎng)建設與污水治理問題，從不同地勢村落分布特征、污水特征、排水特點、小管徑排水系統(tǒng)特性等多個方面解析陜西農(nóng)村生活污水排水管網(wǎng)設計布局問題。說明BIM技術(shù)在陜西不同地勢農(nóng)村自建房管道布置和區(qū)域管道布局的優(yōu)勢，并總結(jié)了BIM技術(shù)在不同村落的應用。