論B IM 技術(shù)在市政給排水設(shè)計(jì)及施工中的應(yīng)用

周 穎

中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司 湖北武漢 430000

BIM 技術(shù)是以信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的先進(jìn)建模技術(shù)，通過對(duì)施工項(xiàng)目數(shù)據(jù)的采集和設(shè)計(jì)進(jìn)行數(shù)字建模，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目具體化的呈現(xiàn)。在市政給排水設(shè)計(jì)及施工時(shí)，可以通過BIM 技術(shù)增加設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性、提升各環(huán)節(jié)的效率和落實(shí)程度，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)給排水建設(shè)工程的準(zhǔn)確高效進(jìn)行，提升城市整體工程建設(shè)水平。

1 BIM 技術(shù)的主要

1.1 可視性

BIM 技術(shù)與傳統(tǒng)數(shù)字建模技術(shù)不同，其具有極強(qiáng)的可視化特點(diǎn)[1]。市政給排水工程作為城市建設(shè)中重要的民生服務(wù)工程，其便民性和實(shí)用性是工程質(zhì)量的重要指標(biāo)，整體工程建設(shè)需要匹配度最高的設(shè)計(jì)方案、性價(jià)比最高的建設(shè)材料。BIM 技術(shù)的可視性特點(diǎn)可以找出不同設(shè)計(jì)方案的優(yōu)勢和劣勢，進(jìn)一步增強(qiáng)市政給排水工程設(shè)計(jì)與城市實(shí)際情況的匹配程度。同時(shí)，BIM 技術(shù)的可視化特點(diǎn)能夠選擇出給排水工程中最合適的建設(shè)材料。以管道的選擇為例，通常硬塑管道的應(yīng)用更多，通過BIM 技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)在地勢較低的區(qū)域應(yīng)選擇抗腐蝕性更好的管道，以減少低洼積水對(duì)管道的損耗。

1.2 模擬性

由于市政給排水工程的工程量較大、建設(shè)復(fù)雜、需要考慮協(xié)調(diào)因素較多，所以在實(shí)際建設(shè)過程中需要將市政給排水設(shè)計(jì)作為首要工作重點(diǎn)。通過BIM 技術(shù)可以將給排水工程復(fù)雜的管道走向和其他需要考慮的因素（城市整體規(guī)劃、人文因素、原生地勢等）進(jìn)行建模，經(jīng)過專業(yè)人員對(duì)建模和相關(guān)數(shù)據(jù)的分析找出潛在問題，經(jīng)過針對(duì)性解決后的方案需要再次模擬，以此獲得在模擬建模階段的完美設(shè)計(jì)方案[2]。市政給排水工程施工需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行，但由于實(shí)際施工時(shí)的不確定性和設(shè)計(jì)方案可能存在的滯后性，會(huì)出現(xiàn)實(shí)際情況與建設(shè)方案不匹配的問題。此是地，可以通過BIM 進(jìn)行針對(duì)性模擬建模，將設(shè)計(jì)方案修改成與實(shí)際情況相匹配，以此實(shí)現(xiàn)整體市政給排水工程的科學(xué)性。例如，在給排水工程建設(shè)中涉及到臨時(shí)改建地區(qū)，需要增加或減少管道布置線路，可以通過BIM 技術(shù)將需要增加或減少的管道線路與初始建模相結(jié)合，綜合考慮市政給排水工程的整體性和改建地區(qū)的針對(duì)性，最大程度降低施工的不確定性，在變動(dòng)初始設(shè)計(jì)方案的同時(shí)保證市政給排水工程的科學(xué)性和合理性。

1.3 協(xié)調(diào)性

市政給排水工程的建設(shè)不僅僅需要考量城市供水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)，還需要綜合考慮城市布局、水資源循環(huán)利用、城市生態(tài)系統(tǒng)、城市綠化設(shè)計(jì)等因素[3]，以此實(shí)現(xiàn)整體城市規(guī)劃的協(xié)調(diào)性、提升城市各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行流暢度，更好地發(fā)揮給排水工程的社會(huì)屬性。傳統(tǒng)提升市政給排水工程協(xié)調(diào)性的方式是召集給排水工程涉及到的各部門專業(yè)人員成立設(shè)計(jì)部門，綜合考慮各部門人員的建議，以此達(dá)成以協(xié)調(diào)性為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方案。如此不僅會(huì)犧牲部分設(shè)計(jì)中的科學(xué)性，還對(duì)人力資源造成浪費(fèi)，應(yīng)用BIM技術(shù)可以將給排水工程涉及到的所有相關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行輔助建模，設(shè)計(jì)人員可以通過計(jì)算機(jī)將給排水工程與其他城市基礎(chǔ)設(shè)施的連接點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)，增加實(shí)際應(yīng)用時(shí)的流暢程度。例如通過BIM 技術(shù)對(duì)給排水工程和城市綠化的連接進(jìn)行優(yōu)化，增設(shè)中水管道至城市公園和綠化帶，利用中水系統(tǒng)進(jìn)行灌溉，實(shí)現(xiàn)水資源的重復(fù)利用。

2 BIM 技術(shù)在市政給排水設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

2.1 管線三維模型

市政給排水工程建設(shè)重點(diǎn)是對(duì)給排水管線的布置，管道的材料、流量、直徑、交替布置等因素都會(huì)直接影響給排水工程的建設(shè)質(zhì)量。通過應(yīng)用BIM 技術(shù)，可以將設(shè)計(jì)方案中的給排水管線建設(shè)成三維模型，使設(shè)計(jì)人員直觀地發(fā)現(xiàn)給排水管線的布置情況，通過模擬運(yùn)行，輸入不同的供水和排水量，觀察管線重要節(jié)點(diǎn)的流水量和承受能力，以此增強(qiáng)給排水工程設(shè)計(jì)的可靠性。同時(shí)在實(shí)際施工過程中，可以將給排水管線的三維模型打印，標(biāo)注管道的直徑、規(guī)格、材質(zhì)，便于施工人員更好地完成建設(shè)任務(wù)、更加直觀地落實(shí)設(shè)計(jì)方案，從而提升市政給排水工程的施工效率和質(zhì)量。

2.2 工程量計(jì)算

首先利用BIM 技術(shù)將給排水工程以管道材料、直徑、建設(shè)方式等進(jìn)行分級(jí)分類，再利用三維模型獲得更加全面的管線數(shù)據(jù)（包括管線長度、管線布置方式、管線運(yùn)行參數(shù)），最后通過數(shù)據(jù)分析匯總，可以得到初步工程量數(shù)據(jù)。同時(shí)，可以通過BIM 技術(shù)制作工程量數(shù)據(jù)表，對(duì)重點(diǎn)環(huán)節(jié)的建設(shè)材料損耗、施工人力資源成本、大型機(jī)械設(shè)備成本進(jìn)行統(tǒng)籌，與初步工程量數(shù)據(jù)集合，可以得到較準(zhǔn)確的工程量數(shù)據(jù)[4]。當(dāng)前市政工程多采取招投標(biāo)的形式委托專業(yè)建筑公司進(jìn)行建設(shè)，工程量大、建設(shè)復(fù)雜、涉及的人力資源和材料較多，所以給排水工程的工程量計(jì)算是招投標(biāo)工作中的重點(diǎn)。更加準(zhǔn)確、科學(xué)的工程量計(jì)算數(shù)據(jù)，可以使市政單位更好地對(duì)比各建筑公司的設(shè)計(jì)水平和綜合實(shí)力，選擇工程量最準(zhǔn)確、設(shè)計(jì)方案性價(jià)比最高的建筑公司進(jìn)行委托建設(shè)。建筑公司掌握精確的工程量數(shù)據(jù)，在提升自身競爭實(shí)力的同時(shí)，也可作為合同談判時(shí)的有力武器，增加單位經(jīng)濟(jì)效益。市政給排水工程的工程量準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)是實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)成本控制的關(guān)鍵數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，市政給排水工程的管線數(shù)量較多，為保證工程效率，通常需要多處施工地點(diǎn)同時(shí)施工，因此會(huì)增加工程施工管理及施工環(huán)節(jié)的成本控制難度。而通過BIM 技術(shù)可以計(jì)算各施工地點(diǎn)的具體工程量，結(jié)合施工損耗、施工風(fēng)險(xiǎn)的不確定因素，得出科學(xué)的單位區(qū)域工程量數(shù)據(jù)，以此作為控制工具，從而實(shí)現(xiàn)整體給排水工程的成本控制。

2.3 管線設(shè)計(jì)出圖

市政給排水工程遍布城市所有區(qū)域，在設(shè)計(jì)和施工時(shí)需要考量的因素眾多。傳統(tǒng)給排水工程建設(shè)采取整體規(guī)劃、區(qū)域調(diào)整的方法，從市政給排水工程整體功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，在實(shí)際施工過程中遇到問題再進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整改變，建設(shè)效率較低、周期長、降低市民居住舒適度。應(yīng)用BIM 技術(shù)可以在給排水工程設(shè)計(jì)階段進(jìn)行問題前置化處理，利用其良好的出圖能力，通過圖紙對(duì)實(shí)際給排水施工進(jìn)行指導(dǎo)[5]。BIM 技術(shù)的管道設(shè)計(jì)出圖對(duì)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素質(zhì)具有一定要求，需要設(shè)計(jì)人員全面掌握給排水工程重點(diǎn)環(huán)節(jié)、充分發(fā)揮BIM 技術(shù)的優(yōu)勢，在給排水工程設(shè)計(jì)過程中利用全面、可靠的數(shù)據(jù)，充分結(jié)合自身設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)管線設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的創(chuàng)新，管線設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)具備全面性、指導(dǎo)性、應(yīng)用性，從而通過管道設(shè)計(jì)圖提升施工效率。以市政給排水工程遇到高層建筑時(shí)為例，高層建筑對(duì)于供水的水壓具有更高的要求，為節(jié)約成本，可在高層建筑關(guān)鍵部分應(yīng)用高壓供水設(shè)備。此時(shí)可以應(yīng)用BIM 技術(shù)打印管線圖紙、高壓供水設(shè)備安裝圖紙和高層建筑結(jié)構(gòu)圖紙，指導(dǎo)工人正確地安裝高壓供水設(shè)備，從而提升施工效率的提升、控制施工成本。

2.4 工程協(xié)同應(yīng)用

為減少市政給排水工程建設(shè)對(duì)市民生活的影響，給排水工程大多采取分段建設(shè)的方法，并在保證工程質(zhì)量的前提下盡量提升施工效率、減少施工周期。將BIM 技術(shù)應(yīng)用于市政給排水工程，可以減少各施工環(huán)節(jié)的溝通成本、提升施工信息采集速度[6]。將BIM 技術(shù)和計(jì)算機(jī)制圖軟件相結(jié)合，可以增加施工細(xì)節(jié)的改動(dòng)，繪制更加復(fù)雜的設(shè)計(jì)圖紙；再通過信息通信技術(shù)，將各施工環(huán)節(jié)和總控制中心連接在一起，實(shí)時(shí)反饋施工具體情況、問題、進(jìn)度；總控制中心根據(jù)反饋數(shù)據(jù)建立施工實(shí)際三維信息模型，并與初始計(jì)劃建模展開對(duì)比，確保各施工環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量和進(jìn)度在規(guī)定范圍之內(nèi)。利用BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)各施工環(huán)節(jié)的完美契合，傳統(tǒng)施工中，由于各施工環(huán)節(jié)的施工隊(duì)伍不同，可能會(huì)出現(xiàn)連接時(shí)的不匹配，影響給排水工程的整體性能。BIM 技術(shù)可以通過建模從給排水工程整體考慮，在各施工環(huán)節(jié)具體落實(shí)，重點(diǎn)進(jìn)行各施工環(huán)節(jié)連接處的匹配，增強(qiáng)給排水工程建設(shè)過程中的整體一致性。

2.5 碰撞檢查

BIM 技術(shù)可以對(duì)建立好的管道三維模型進(jìn)行碰撞檢查，通過計(jì)算機(jī)模擬來檢驗(yàn)管道結(jié)構(gòu)、管道材質(zhì)的合理性和承受能力。由于給排水工程的特殊性，在實(shí)際使用過程中會(huì)遭受污水腐蝕、土地內(nèi)部擠壓、人為破壞、冷熱交替損耗等不良因素的影響，在傳統(tǒng)給排水工程設(shè)計(jì)中，只能利用設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)來解決管道損耗的問題，因而可能會(huì)出現(xiàn)損耗預(yù)估不足，管道壽命降低或者損耗預(yù)估過量，管道建設(shè)成本超標(biāo)的現(xiàn)象。通過BIM 技術(shù)可以將工程中可能出現(xiàn)的損耗進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，例如污水水流量、土地內(nèi)部壓力、冷熱氣溫變化等數(shù)據(jù)；再輸入BIM 系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和綜合測算，將管道三維模型通過測算數(shù)據(jù)進(jìn)行不同等級(jí)的碰撞檢查，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)給排水工程管道預(yù)估損耗的最優(yōu)方案，在保證管道使用壽命和使用功能的前提下盡可能控制成本[7]。另外，BIM 技術(shù)的碰撞檢查還能避免給排水工程建設(shè)過程中對(duì)居民生活和城市交通的影響，保證在實(shí)際使用過程中的安全性，減少傳統(tǒng)給排水工程建設(shè)周期長、施工質(zhì)量控制不規(guī)范造成的交通擁堵和管道損壞現(xiàn)象。

2.6 可視化應(yīng)用

2.6.1 建筑圖形復(fù)原

在施工過程中，設(shè)計(jì)人員需要通過實(shí)際施工情況和相關(guān)數(shù)據(jù)反饋優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，但僅通過實(shí)際施工現(xiàn)場的圖片和數(shù)據(jù)難以獲得準(zhǔn)確具體信息。通過BIM 技術(shù)進(jìn)行實(shí)際施工現(xiàn)場的建筑圖形復(fù)原，形成三維立體模型，設(shè)計(jì)人員可以借此進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)方案修改。

2.6.2 增加信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性

總控制中心和各施工環(huán)節(jié)的信息傳輸對(duì)整個(gè)給排水工程的協(xié)同作用至關(guān)重要，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)施工現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)方案升級(jí)，施工現(xiàn)場需要根據(jù)設(shè)計(jì)人員的反饋數(shù)據(jù)將設(shè)計(jì)方案落地，期間微小的數(shù)據(jù)誤差都可能造成二次返工的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響工程效率。BIM 技術(shù)的可視化應(yīng)用可以增加圖像數(shù)據(jù)的傳輸，輔助判斷數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的實(shí)際特征，避免傳輸數(shù)據(jù)失真，增加信息傳遞的準(zhǔn)確性和完整性。

3 結(jié)語

BIM 技術(shù)已經(jīng)在不同建設(shè)項(xiàng)目中充分地證明其優(yōu)異的指導(dǎo)協(xié)同性能，以及提升工程質(zhì)量、效率的能力，例如在橋梁施工、房建工程、鋼結(jié)構(gòu)工程、地鐵站建筑工程等，都體現(xiàn)出BIM 技術(shù)的應(yīng)用范圍廣、可視化程度高、信息交互準(zhǔn)確、三維建模具象程度高等優(yōu)勢。在市政給排水工程的設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)應(yīng)用BIM 技術(shù)，能夠?yàn)閷?shí)際施工環(huán)節(jié)提供規(guī)范性指導(dǎo)，對(duì)施工過程中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行前置化處理，避免安全隱患。市政給排水工程關(guān)乎民生，應(yīng)以人為本，盡可能縮短工期、提升工程質(zhì)量，相關(guān)部門可加強(qiáng)BIM 技術(shù)的應(yīng)用程度，為城市建設(shè)工作賦能。