基于市政給排水設計的現代數字信息化技術分析

陳平勝,吳學深

(中聯西北工程設計研究院有限公司,西安 710077)

0 引言

給排水施工設計工作是市政工程的重要基礎,設計質量將直接影響整體市政工程的建設水平。在給排水設計中,應充分應用BIM技術,發(fā)揮其技術優(yōu)勢,最大限度提升給排水設計質量。BIM(Building Information Modeling)是建筑信息模型的簡稱,是一種先進的建筑設計理念,可實現對建筑項目的信息化、可視化管理,更好地為建設單位提供設計方案、施工工藝、運營維護等信息服務。BIM技術從根本上改變了傳統(tǒng)的工程設計與施工模式,在促進工程項目向高質量、高效率、低成本發(fā)展的同時,有效縮短了項目實施周期,降低了建設成本。BIM技術可與其他軟件相結合,進行協(xié)同作業(yè)及模擬施工,提高設計工作效率及質量。目前,BIM技術已被廣泛應用于建筑、工程設計等領域。在市政給排水工程設計中應用BIM技術可有效提升設計圖紙的精確性、完整性及設計方案的可行性,有利于促進給排水工程建設的高質量發(fā)展[1]。

BIM技術具有模擬性特點,可將采集的數據信息進行充分利用,通過虛擬模擬建模方式對設計方案進行檢測?；贐IM技術對市政給排水管道模型進行模擬鋪設,便于編制應急處理預案,可減少施工事故。如在設計初期需對施工現場進行實勘,特別是對既有線路及實際地質水文信息進行收集[2]。

1 BIM技術在市政給排水設計中的應用

1.1 在設計圖紙中的應用

表1 某地區(qū)給排水管網統(tǒng)計Tab.1 Statistics of water supply and drainage network in an area

市政給排水工程設計信息提取插件是借助Revit軟件以二次開發(fā)的形式實現的,其三維模型根據IFC標準開發(fā)。IFC標準數據文件交換結構如圖1所示。常見的IFC標準架構有STEP架構和XML架構。

圖1 IFC標準數據文件交換結構Fig.1 Structure of IFC standard data file exchange

BIM可視化技術可為圖紙設計提供良好的條件,將管線鋪設的實際情況與設計方案有機結合,設計人員將施工現場實勘采集的數據信息輸入到BIM中,對管線鋪設方案進行微調,可最大限度提升施工的可行性。借助BIM技術可對施工資料進行分類整理,對較為復雜的區(qū)域進行細致分析,通過三維軸側視圖對其進行全面展現,令施工人員了解施工圖紙。市政給排水設計包括建筑設計與規(guī)劃、構建物設置等,需對地勢地形及施工規(guī)格等設計要素進行充分考量。借助BIM技術構建虛擬模型,從源頭上對給排水施工問題進行控制,最大限度地發(fā)揮BIM技術的應用優(yōu)勢,全面提升市政給排水設計質量。

1.2 在設計流程中的應用

BIM技術可實現給排水管道與既有建筑物的三維協(xié)同設計,包括模型碰撞檢測、三維可視化工程展示及各類管線的基本三維建模。表2為BIM技術的設計方式對比。

表2 BIM技術在市政給排水中的設計對比Tab.2 Design comparison of BIM technology in municipal water supply and drainage

根據市政給排水的4種管道模型數據,將其生成平面圖與剖面圖,為施工建設提供翔實的數據信息。圖2為BIM技術設計流程。

圖2 BIM技術設計流程Fig.2 BIM technology design process

1.3 在管線建材中的應用

管線建材是市政給排水施工建設中的基礎要素?？茖W合理地對管線建材進行有效甄選,可最大限度地提升設計質量及建設質量。借助BIM技術優(yōu)勢可保證建材甄選的合理性,全面提升給排水管線設計質量。在對管線建材進行甄選之前,可借助BIM技術進行管線模擬設計,對工程量進行計算,明確所需的建材數量及質量要求。將設計數據導入BIM技術數據庫中,對建材進行建模模擬,對其施工適用性進行全面了解。將BIM技術數據庫應用于管線建材甄選中,可有效對建材種類進行全面控制,在第一時間對其進行補充,實現對施工設計成本的有效控制及對管線建材資源的科學合理調配,保證給排水施工建設的順利進行。在市政給排水設計中,要對管線建材性能進行計算,將計算結果體現在三維模型中,將多元化信息應用于虛擬三維模型中,滿足市政工程建設需求。市政給排水施工要以科學合理的施工設計方案為基礎,利用BIM技術構建建筑信息模型,對管線建材中的質量問題及安全隱患進行分析,及時調整設計方案,保障建設安全。需對建材進行質量模型分析,令其符合給排水施工建設標準。管線建材質量將直接影響管道質量,需利用BIM技術對其進行判斷矩陣構建。圖3為判斷矩陣構建流程。

圖3 判斷矩陣構建流程Fig.3 Judging matrix construction process

基于市政給排水管道設計風險評價機制,需對最大特征根λmax及一致性比率C.R進行風險驗證,計算公式如下：

(1)

式中,C.I表示一致性指標,C.R表示一致性比率,R.I表示隨機一致性指標。R.I的取值如表3所示。

表3 隨機一致性指標數據Tab.3 Random consistency indicator data

1.4 綜合優(yōu)化

多數的市政工程給排水施工建設會與既有的供熱管道、運行電纜及天然氣管道項目發(fā)生重疊,需對給排水管道的鋪設位置進行科學合理的計算,規(guī)避既有市政管道。利用BIM技術構建施工區(qū)域的給排水管道鋪設三維立體模型,與既有市政管線建設模型進行整合,避開既有市政管線,防止發(fā)生建設沖突?？山柚鶥IM技術的碰撞檢測功能對給排水管線進行檢測,自動生成碰撞檢測報告,據此對設計模型進行適當的調整,為施工圖紙定版提供數據支持。以某地區(qū)市政給排水工程中的雨污分流改造工程為例,將BIM技術應用其中,利用BIM技術進行工程三維建模,對工程設計進行分析。圖4為市政雨污分離改造。

圖4 市政雨污分離改造Fig.4 Municipal rain and sewage separation reform

設計人員需根據雨水管道設計流量計算公式對最小流域面積進行計算。

[譯文1]Cattle may make sounds to their masters or headers when hungry or distressed.

Q=Ψ×q×F

(2)

式中,Q表示實際雨水設計流量,單位L/s;Ψ表示徑流系數,通常取值低于1.0;q表示暴雨強度設計數值,單位L/s.ha;F表示匯水面積,單位為ha。該公式需在一定的假定條件下應用,基于BIM三維建模對該公式進行推算。需對改造工程中的徑流系數數值進行分析,徑流系數如表4所示。

表4 徑流參數表Tab.4 Runoff parameter

由于改造工程中的徑流系數很難明晰,故在實際設計中需對單一覆蓋徑流系數進行科學甄選。雨水管道水力計算公式如下：

Q=v×A

(3)

V=1/(nR2/3i1/2)

(4)

式中,Q表示流量,單位m3/s;V表示流速,單位m/s;n表示粗糙系數,若使用聚乙烯材料為排水管,n的取值一般為0.009,若使用鋼混排水管,n的取值為0.014。R表示水力半徑,單位為m;i表示水力坡度;A表示水流斷面,單位為m2。

設計人員可以將Revit軟件與BIM技術有機融合,對給排水管線布局進行優(yōu)化模擬,最大限度地降低管線碰撞風險。市政給排水設計具有一定的系統(tǒng)性,需做好與其他項目施工的組織協(xié)調,利用BIM技術修改管線鋪設,對給排水設計的全流程進行協(xié)同聯結,令排水設計有效融入工程建設中[4-5]。

2 結束語

將BIM技術充分應用于市政給排水設計中,可有效提升給排水設計質量,需充分利用BIM技術,全面推動給排水設計的現代化及自動化發(fā)展,為市政工程建設奠定堅實的基礎。