市政給排水設(shè)計(jì)中BIM 技術(shù)的應(yīng)用探討

倪卉

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶 400000）

0 引言

市政建設(shè)是城市建設(shè)的基礎(chǔ)，其建設(shè)水平直接影響著城市的發(fā)展和人民的生活。近年來隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，城市建設(shè)越來越完善，特別是給排水系統(tǒng)的建設(shè)，促進(jìn)了城市的健康發(fā)展。而隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，其中BIM 技術(shù)是中國(guó)建筑業(yè)發(fā)展中的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，將其應(yīng)用到城市給排水設(shè)計(jì)中，可以有效提高工作效率和質(zhì)量，因此，在市政給排水設(shè)計(jì)中，需要加強(qiáng)BIM 技術(shù)的應(yīng)用，減少設(shè)計(jì)過程中可能出現(xiàn)的問題。

1 BIM 技術(shù)的特點(diǎn)

在實(shí)踐中，BIM 技術(shù)具有模擬、協(xié)調(diào)、繪圖等特點(diǎn)，針對(duì)工程設(shè)計(jì)中的意見分歧，其具備的碰撞檢測(cè)功能可以生成有效的報(bào)告和協(xié)調(diào)方案，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，還可以在3D 模型的基礎(chǔ)上，添加適當(dāng)?shù)臈l件，將其轉(zhuǎn)換為4D 施工模型，并制定施工計(jì)劃，在4D 仿真的基礎(chǔ)上又可以增加5D 仿真的技術(shù)，保證成本控制的有效實(shí)施，并且通過仿真可以進(jìn)一步生成各種圖紙，讓相關(guān)工作人員對(duì)元件信息有更詳細(xì)、直觀的了解。關(guān)于應(yīng)用BIM技術(shù)的好處，它在現(xiàn)代市政工程建設(shè)中的作用不可忽視，尤其是在造型創(chuàng)新和個(gè)性化的時(shí)代，以及市政給排水工程中有著不可替代的作用。借助BIM 技術(shù)，城市布局可以在三個(gè)維度上呈現(xiàn)，以讓人們看到真實(shí)的建成效果，此外還可以通過模擬建設(shè)和設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)，避免施工階段出現(xiàn)問題，從而提出具體可行的建設(shè)方案[1]。圖1為BIM 技術(shù)的特點(diǎn)。

圖1 BIM 技術(shù)特征

1.1 可視化特點(diǎn)

BIM 技術(shù)指的是建筑信息技術(shù)模型，該技術(shù)在應(yīng)用的過程中，設(shè)計(jì)人員可以將與設(shè)計(jì)相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息輸入系統(tǒng)平臺(tái)中，然后由系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行分析，構(gòu)建出三維模型，然后用顯示器呈現(xiàn)出來，實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)效果的可視化。

1.2 協(xié)調(diào)性

BIM 技術(shù)在協(xié)調(diào)方面也有很大的好處，尤其是在市政給排水設(shè)計(jì)方面，由于分布管道的復(fù)雜性，管道之間發(fā)生碰撞難以避免，但是利用BIM 技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行建模可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，并且任何數(shù)據(jù)的變化也會(huì)影響到整個(gè)設(shè)計(jì)圖和設(shè)計(jì)效果，從而保證市政給排水設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性[2]。

1.3 模擬性

BIM 技術(shù)具有模擬的優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)用過程中，可以通過科學(xué)的虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行建模，通過仿真將數(shù)據(jù)的抽象信息呈現(xiàn)為直觀的3D 模型，施工企業(yè)可以利用模型指導(dǎo)施工工作，也可以通過仿真分析施工階段可能出現(xiàn)的問題，以提高施工質(zhì)量和效率。

2 市政給排水工程的特點(diǎn)

市政給排水工程作為市政建設(shè)的根本工程之一，與人民群眾的生活質(zhì)量和切身利益息息相關(guān)，對(duì)完善城市規(guī)劃、綠化城市環(huán)境具有重要作用。市政給排水工程包括城市自來水廠工程、污水處理廠工程、市政給排水管網(wǎng)工程和水質(zhì)改善工程等，其涉及的工程類型多、設(shè)計(jì)范圍廣、技術(shù)特點(diǎn)不同、差異很大，而BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以很好的擴(kuò)展到其中，解決大部分市政工程中給排水工程建設(shè)問題和規(guī)劃問題[3]。

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

3.1 管道設(shè)計(jì)的應(yīng)用

在市政給排水設(shè)計(jì)中，管網(wǎng)設(shè)計(jì)是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響到市政給排水系統(tǒng)的功能，BIM技術(shù)作為一種建筑信息技術(shù)可應(yīng)用于其中。在管網(wǎng)設(shè)計(jì)之前，可以通過測(cè)繪和數(shù)據(jù)采集了解該地區(qū)的給排水工程需求，然后將數(shù)據(jù)信息輸入系統(tǒng)進(jìn)行完整的計(jì)算和分析，再通過建模對(duì)管網(wǎng)路徑進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)和可視化設(shè)計(jì)，以指導(dǎo)后續(xù)的管道設(shè)計(jì)和施工。此外，在市政給排水管道設(shè)計(jì)中，現(xiàn)狀綜合管網(wǎng)分布復(fù)雜、數(shù)量多，容易產(chǎn)生管道碰撞等問題，影響給排水管道的正常運(yùn)行，而在這種情況下，設(shè)計(jì)人員可以利用BIM 技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決管道碰撞問題，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。另一方面在設(shè)計(jì)城市給排水設(shè)施時(shí)，利用市政信息模型技術(shù)創(chuàng)建相關(guān)工程的基礎(chǔ)模型，可以在系統(tǒng)預(yù)設(shè)的運(yùn)行模式下，通過輸入相關(guān)數(shù)據(jù)并結(jié)合管道的實(shí)際情況，確保管網(wǎng)設(shè)計(jì)方案盡可能滿足相關(guān)方面的要求，城市給排水工程建設(shè)相關(guān)人員將按照工程建設(shè)方案進(jìn)行管道的最終設(shè)計(jì)，采用建筑信息模型系統(tǒng)時(shí)，該系統(tǒng)將檢測(cè)市政設(shè)計(jì)中的隱藏缺陷，并驗(yàn)證施工過程中可能出現(xiàn)的任何情況，通過對(duì)設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)數(shù)據(jù)的分析和整理，這些問題將得到解決[4]。此外，由于BIM 數(shù)據(jù)庫中有大量的市政模型標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)人員能夠在實(shí)際應(yīng)用中獲得準(zhǔn)確、科學(xué)的市政工程材料解決方案，這將有助于市政工程造價(jià)報(bào)告的科學(xué)、順利編制，保證工程建設(shè)預(yù)算的準(zhǔn)確性。圖2 為BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)的給排水工程管道模型。

圖2 BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)的給排水管道模型

3.2 材料表設(shè)計(jì)的應(yīng)用

在市政給排水工程的建設(shè)中，建筑材料種類繁多，用量也很大，因此，在施工前為保證施工材料能夠滿足市政給排水工程建設(shè)的需要，相關(guān)工作人員就需要根據(jù)施工方案編制材料清單，計(jì)算各種材料的數(shù)量，然后利用CAD 設(shè)計(jì)圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和測(cè)量。在這個(gè)過程中，可以利用BIM 技術(shù)對(duì)圖紙進(jìn)行實(shí)時(shí)修改和數(shù)據(jù)調(diào)整，由于BIM 系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)之間的關(guān)系比較密切，任何數(shù)據(jù)的變化都會(huì)影響到設(shè)計(jì)圖紙，因此在具體的施工過程中，如果設(shè)計(jì)圖發(fā)生變化，設(shè)計(jì)師可以利用BIM 技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，完善材料清單的編制，保證施工進(jìn)度。

3.3 協(xié)同設(shè)計(jì)的應(yīng)用

市政給排水設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常系統(tǒng)的工作，在這個(gè)過程中，協(xié)同設(shè)計(jì)的重要性就顯得尤為重要，設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)和內(nèi)容要相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能，呈現(xiàn)出復(fù)雜的設(shè)計(jì)效果。在協(xié)同設(shè)計(jì)過程中，由于需要處理大量的數(shù)據(jù)和信息，很容易出現(xiàn)差錯(cuò)，需要工作人員及時(shí)修正，然而這個(gè)過程非常耗時(shí)并且會(huì)使設(shè)計(jì)效率低下，因此在市政給排水設(shè)計(jì)中，可以利用BIM 技術(shù)建立信息模型。通過該系統(tǒng)，可以對(duì)給排水工程設(shè)計(jì)、施工相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，尤其是跨專業(yè)信息的計(jì)算和修改，另外通過建模還可以將各個(gè)給排水設(shè)計(jì)過程聯(lián)系起來，提高各個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)性和系統(tǒng)的協(xié)同性。

3.4 參數(shù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

BIM 是指建筑信息模型，因此在設(shè)計(jì)過程中需要使用該技術(shù)構(gòu)建3D 模型，在建模過程中，必須收集大量信息和數(shù)據(jù)以創(chuàng)建3D 視圖。參數(shù)和信息是建模的基礎(chǔ)，只能通過調(diào)整參數(shù)來改變，因此BIM 技術(shù)在市政給排水參數(shù)化設(shè)計(jì)中具有很大優(yōu)勢(shì)，可為各種參數(shù)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)給排水設(shè)計(jì)起到輔助作用。

3.5 可視化設(shè)計(jì)的應(yīng)用

在市政給排水設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式耗時(shí)較多，而BIM 技術(shù)作為一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，可以利用自身優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)高效的信息數(shù)據(jù)采集和傳輸，提高信息的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，進(jìn)而通過建模構(gòu)建可視化3D 模型，3D 模型可以在給排水設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要作用，還可以實(shí)時(shí)調(diào)整結(jié)構(gòu)。建筑信息模型技術(shù)的應(yīng)用可以分為兩部分：①碰撞檢測(cè)，即3D 市政模型建立后，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)市政信息建模系統(tǒng)中包含的碰撞檢測(cè)功能分析設(shè)計(jì)方案布局的合理性，進(jìn)而對(duì)管道數(shù)據(jù)進(jìn)行一一調(diào)整。在實(shí)踐中，輸氣管道與現(xiàn)有市政道路交匯處的下水井、通信線路和電力線路，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)沖突，在這種情況下，需要組織施工人員開挖再進(jìn)行檢查。②在制定建設(shè)計(jì)劃中也發(fā)揮著重要作用。采用BIM 技術(shù)建立的管道模型精度高，讓碰撞分析可以得出最準(zhǔn)確的結(jié)論，設(shè)計(jì)師可以判斷施工方案是否合理，對(duì)于地下管道的建設(shè)尤其如此[5]。在地下管線施工過程中，人員無法探查周圍的管線，這時(shí)通過BIM 的3D 圖像可以很好地了解周圍的現(xiàn)狀管網(wǎng)，這樣在施工過程中可以提前做好保護(hù)工作，避免管道施工失誤。市政給排水可視化設(shè)計(jì)如圖3 所示。

圖3 市政給排水可視化設(shè)計(jì)

3.6 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

市政給排水工程設(shè)計(jì)復(fù)雜，將市政信息建模技術(shù)應(yīng)用到基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，可以有效提高設(shè)計(jì)效果。例如基于現(xiàn)場(chǎng)拍攝的圖像來說使用BIM 技術(shù)可以將捕獲的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信息數(shù)據(jù)并顯示出來，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)信息模型對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行修改和重建，對(duì)不符合實(shí)際的部分進(jìn)行修改。而在材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域，采用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行曲面設(shè)計(jì)是一種常見的方法，但其設(shè)計(jì)效率不高，準(zhǔn)確性值得懷疑，修改設(shè)計(jì)需要更長(zhǎng)的時(shí)間，這可能會(huì)導(dǎo)致延遲等，這時(shí)市政信息建模技術(shù)的應(yīng)用為設(shè)計(jì)人員提供了更準(zhǔn)確的信息和數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的質(zhì)量將得到提高。

3.7 局部設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)可以根據(jù)具體工程方案，對(duì)給排水改造工程進(jìn)行局部設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)匹配過程中，將設(shè)計(jì)方案與城市實(shí)際情況有機(jī)結(jié)合，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)分析，如設(shè)計(jì)范圍、建設(shè)目標(biāo)、設(shè)計(jì)流量等，可以在項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案實(shí)施過程中首先確定。在對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析確定后，相關(guān)人員根據(jù)實(shí)際情況，科學(xué)合理地將新方案設(shè)計(jì)到系統(tǒng)中，但工作人員仍需要了解當(dāng)前的規(guī)模和土地使用情況，以確保輔助結(jié)構(gòu)能夠滿足新方案的設(shè)計(jì)和布局要求。BIM 技術(shù)在市政給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用如圖4所示。

圖4 BIM 技術(shù)在市政給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4 結(jié)語

綜上所述，BIM 技術(shù)作為我國(guó)信息技術(shù)發(fā)展的領(lǐng)先技術(shù)，在建筑行業(yè)具有明顯優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，呈現(xiàn)出可視化、協(xié)同化、仿真化的特點(diǎn)，因此在我國(guó)城市給排水設(shè)計(jì)中，有必要加強(qiáng)BIM 技術(shù)的應(yīng)用，并將其貫徹到市政給排水工程設(shè)計(jì)的全過程中，促進(jìn)城市健康發(fā)展。