BIM 技術在城市泵閘EPC 工程設計中的應用

游孟陶，潘 飛

[上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海市200092]

0 引 言

城市排澇是城市基礎設施的重要組成部分，直接影響到城市的各種功能發(fā)揮。隨著全球氣候變暖，極端天氣頻發(fā)，風暴潮與天文潮及臺風暴雨疊加的概率越來越高，因此城市排澇泵閘的建設顯得尤為迫切。另一方面，近年來隨著城市用地日益緊張，城市泵閘周圍往往市政建筑設施密集。城市泵閘除了需要滿足排澇功能，在城市風貌提升以及生活場景打造等方面也提出了更高的要求，設計施工過程中如何達到充分利用地塊、使環(huán)境影響減小到最低程度是一個值得全面考慮的問題。

針對此問題，本文以?？谑旋埨吓艥潮瞄l為例，采用BIM 技術為手段[1]，從設計施工一體化角度分析設計方案的合理性，因地制宜，打造布局合理、環(huán)境優(yōu)美的工程設計方案，為類似城市泵閘工程的實施提供參考。

1 工程概況

龍昆溝排澇泵閘工程位于海南省?？谑旋埨狭饔?，由泵站、水閘和引水箱涵組成，主要功能是防潮、排澇[2]。工程選址于濱海立交西南側的龍珠灣綠地中，為了使工程建設不影響周邊的綠化環(huán)境景觀以及道路與龍珠灣海域之間的景觀通透性，工程采用全地埋式設計，見圖1。工程等別為I 等，主要建筑物均為1 級水工建筑物。工程實施后可以有效緩解龍昆溝流域的排澇壓力，提高片區(qū)的排澇保障能力。工程采用泵閘分建的平面布置方案，水閘布置在現(xiàn)狀箱涵出口位置，泵站布置在現(xiàn)狀箱涵出口西南側綠地中，泵站與水閘之間由引水箱涵連接。

圖1 工程實施效果圖

2 協(xié)同設計流程

隨著城市泵閘工程在建設過程中面臨著越來越復雜的建設條件，工程區(qū)域真實環(huán)境的創(chuàng)建在設計之初顯得尤為重要。在工程區(qū)域真實環(huán)境模型的基礎上，設計人員可以更好的結合施工條件、建筑布置、環(huán)境影響等因素，并以工程任務和建設規(guī)模為依據(jù)，擬定多個設計方案進行比選，選定最優(yōu)的方案進行下一步的深度設計。

協(xié)同設計是BIM 建模的重要優(yōu)勢之一，多個專業(yè)在“一個設計平臺、一個設計模型、一個數(shù)據(jù)架構”上設計，形成一個完全融為一體的BIM 模型，保證了模型數(shù)據(jù)和信息的準確性和完整性，從而實現(xiàn)高效的協(xié)同設計[3]。

針對EPC 泵閘工程的設計，本文基于勘察設計流程，首先建立勘察信息模型和場地信息模型，并以此為基礎信息模型，集成各專業(yè)信息模型，最終形成泵閘工程BIM 模型，協(xié)同技術路線見圖2。

圖2 協(xié)同設計流程圖

3 模型創(chuàng)建及應用

3.1 勘察信息模型

（1）地形地質建模

勘察信息模型的數(shù)據(jù)基礎主要包括勘察數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、地質數(shù)據(jù)以及水文氣象數(shù)據(jù)。本文主要根據(jù)勘察測量等專業(yè)提供的數(shù)據(jù)建立勘察信息模型，采用Civil3D 進行三維地形地質模型的快速創(chuàng)建，見圖3。首先對原始地形地質數(shù)據(jù)進行預處理，得到.cvs 格式的點文件；然后導入Civil3D 中進行曲面和實體建模；最后將模型數(shù)據(jù)與InfraWorks 及Revit 進行數(shù)據(jù)交換，為下游設計創(chuàng)造基礎。

圖3 工程區(qū)三維地質圖

（2）影像數(shù)據(jù)下載

影像數(shù)據(jù)一定程度上能夠反映工程建設區(qū)域周邊的歷史及現(xiàn)狀情況，對工程設計具有重要的指導意義。本文中的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)來源于ArcGIS Online地圖，分辨率為0.298 6 m/ 像素。根據(jù)工程區(qū)位，采用地圖下載器下載后導入InfraWorks 場景中與地形進行貼合[4]。

3.2 場地信息模型

場地信息模型的建立是以勘察信息模型為中心模型。首先水工專業(yè)進行初步的基坑開挖設計，然后主體專業(yè)將收集的城市數(shù)據(jù)（包括建筑數(shù)據(jù)、水系數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)、管線物探數(shù)據(jù)等）轉化成數(shù)字模型，并布置在場地信息模型中，此時初步完成從勘察信息模型到場地信息模型的深化。

（1）交通信息

本工程基坑所處地理位置特殊，位于濱海立交西南側的龍珠灣綠地內，緊臨港灣路、濱海立交和龍珠灣海域，項目周邊環(huán)境保護要求較高。由于施工期間保留機動車道功能，同時施工期間考慮到大型設備及材料進場，因此合理的交通疏導對保證交通安全暢通以及施工進度至關重要。

本文利用InfraWorks 自帶的道路建模功能，建立了濱海立交及港灣路等道路設施，為道路交通組織模擬提供了模型基礎。

（2）建筑信息

本工程毗鄰萬綠園、濱海立交橋、世紀大橋以及世紀廣場，400 m 范圍內有復興城、國際離岸創(chuàng)新大廈、海關大樓等，對周邊建筑的影響因素主要為居住、辦公環(huán)境。控制工程建設區(qū)環(huán)境噪聲水平，保障居民辦公、住宅等噪聲敏感點的聲環(huán)境達標是環(huán)境保護設計需要考慮的問題之一。本項目施工期施工機具噪聲影響預測可采用點聲源擴散模型，建筑輪廓數(shù)據(jù)采用建筑矢量數(shù)據(jù)。通過InfraWorks 按指定的屬性字段拉伸，并賦以建筑樣式數(shù)據(jù)，得到建筑模型。通過創(chuàng)建腳本計算影響距離并進行分類主題分析，分析受影響區(qū)域，以便合理選用施工機械和工藝，并安排施工時段。圖4 中淺色陰影部分為噪聲主要影響范圍內建筑。

圖4 建筑噪聲影響范圍分析

（3）管線信息

現(xiàn)狀龍珠灣綠地地塊內市政管線齊全，管線布置密集，包括電力、通信、燃氣、有線電視、國防光纜、供水、雨水、污水等八大類管線。因此施工時，結合基坑圍護方案，需做好沖突部位的管線搬遷工作，同時需要對不需要改遷的管線做好保護工作。本次設計首先通過物探技術，測得各類地下管線的管位及走向。再結合Revit 中的Dynamo 工具，開發(fā)了三維管線自動生成腳本，自動完成各類管線的建模工作，見圖5。

圖5 Dyna mo 自動生成管線模型

（4）水系信息

水系數(shù)據(jù)信息關系到工程施工導流和施工圍堰的設計，因此場地信息模型中水系模型的加載也十分必要。本工程龍昆溝泵閘外河側為龍珠灣海域，泵站和節(jié)制閘新建時需修筑圍堰。另外泵站泵房、進出水池、引水箱涵施工時無需導流，節(jié)制閘施工需要進行導流。為便于施工導流，節(jié)制閘采用分幅施工的方式進行。

3.3 專業(yè)信息模型

龍昆溝北雨水排澇泵站工程設計涉及多個不同專業(yè)，包括水工、機電、金結、電氣、排水、建筑、景觀等。根據(jù)本文制定的BIM 協(xié)同設計流程及龍昆溝北雨水排澇泵站工程的需要，首先建立工作集，由水工建立中心模型文件，不同專業(yè)在同一中心文件的基礎上進行BIM 模型的并行設計，完成各自專業(yè)的設計。

（1）水工專業(yè)信息模型

水工模型是整個工程的基礎，包含泵房、箱涵、水閘、進水池、出水池等多個內容，在進行模型創(chuàng)建前需對整個工程進行劃分，才能更好地保證模型創(chuàng)建的準確性與標準性。本工程主要模型構件以施工縫為界進行功能體拆分。下圖為泵站主體部分三維剖切視圖，見圖6。

圖6 泵站主體三維剖切視圖

（2）水機金結專業(yè)信息模型

本工程水機模型主要基于Autodesk Inventor 軟件創(chuàng)建。金結模型如閘門、液壓泵、清污機、清污皮帶等構件在已有參數(shù)化構件庫的基礎上，根據(jù)本工程內容，進行相應的實例化創(chuàng)建，見圖7。

圖7 基于構件庫的金屬結構模型實例化

（3）建筑專業(yè)信息模型

本次設計管理區(qū)內布置地下配電用房，景觀通透性好，無視線遮擋，滿足規(guī)劃及使用的要求。地下建筑按照地塊特點，達到充分利用地塊的目的，同時配合天井采光通風，同時便于電氣設備的吊裝，并且把對綠化環(huán)境的影響減小到最低程度，見圖8。

圖8 建筑專業(yè)信息模型及天井采光分析

3.4 泵閘工程BIM

通過InfraWorks 集成環(huán)境，將勘察、場地、專業(yè)等模型統(tǒng)一在一個工作環(huán)境中，最終形成泵閘工程BIM 模型。結合交互式三維展示，不僅大大提高了設計工作效率，也為參建各方提供了直觀形象的工程模型，也為后續(xù)精益管理提供了絕佳途徑，見圖9。

圖9 Infra Works 中泵閘工程三維展示

3.5 BIM 模型應用

本次設計通過模型的快速算量，為工程主體的工程量統(tǒng)計提供十分準確的數(shù)值，極大提高了統(tǒng)計效率和精度，如混凝土算量，與實際澆筑相比，誤差僅為1.02%。本次采用BIM 協(xié)同設計，在一個BIM模型中完成設計過程，加快了設計效率。根據(jù)統(tǒng)計，本次各專業(yè)間進行了定期碰撞檢查，使得溝通修改工時共減少約32 h。從水動力特性角度，通過BIM模型結合水力學數(shù)值模擬，驗證了龍昆溝泵閘工程設計合理，能滿足基本設計要求，見圖10。

4 結 論

通過對?？谑旋埨媳瞄l工程BIM 模型的建立，真實的展現(xiàn)了工程周邊的復雜環(huán)境，并為應用BIM 技術進行專項分析提供了數(shù)據(jù)基礎。通過對周邊環(huán)境影響的分析，評價設計方案的合理性，提高了設計服務的質量與水平。同時也為其他地區(qū)城市泵閘工程設計提供了有益的參考。