BI M技術(shù)在市政給排水設(shè)計中的應(yīng)用

朱攀

（黃石市市政園林設(shè)計研究院，湖北 黃石 435000）

1 引言

隨著城市化的持續(xù)推進(jìn)，大規(guī)模的人口向城市聚集，對各種水資源的需要也越來越大，使得給排水官網(wǎng)建設(shè)越來越復(fù)雜。給排水系統(tǒng)是城市的生命線，是城市正常運轉(zhuǎn)的保證，一旦給排水管道產(chǎn)生問題，將影響千百萬人的生活。同時，市政給排水系統(tǒng)涉及的管道多，傳統(tǒng)的二維平面圖紙不能直觀地反映各種給排水管道的空間布局及與其他專業(yè)管道的交叉情況。如何以最低的經(jīng)濟(jì)成本完成市政給排水管線的設(shè)計，并保證其施工質(zhì)量，是需要解決的重要問題。鑒于此，國內(nèi)外很多專家和學(xué)者開始研究BIM 技術(shù)在市政給排水設(shè)計中的應(yīng)用，取得了很多先進(jìn)成果。但由于我國在城市給排水設(shè)施建設(shè)中應(yīng)用BIM 技術(shù)較晚，可參考的工程實例不多，導(dǎo)致設(shè)計理論不完善[1]。因此，進(jìn)一步研究BIM 技術(shù)在市政給排水設(shè)計中的優(yōu)勢和應(yīng)用方法具有十分重要的工程價值。

2 市政給排水存在的問題及BI M技術(shù)的特點

2.1 市政給排水存在的問題

目前，國內(nèi)給排水項目設(shè)計采用的軟件都是基于Anto-CAD，屬于二維設(shè)計模式。CAD 軟件雖然大大提高了設(shè)計人員的工作效率，但由于給排水管道材料多樣、空間布局復(fù)雜、計算難度大等，在設(shè)計過程中仍存在以下問題[2]：第一，工作效率低。在給排水設(shè)計期間，設(shè)計人員需要先將管道和設(shè)備的三維結(jié)構(gòu)構(gòu)思好，再在CAD 軟件中用線條表達(dá)出來，同時還要標(biāo)注各種尺寸，工作量大且煩瑣，難以集中精力放在給排水方案的優(yōu)化中。第二，可視化效果差。二維設(shè)計圖難以直觀地表示給排水管道的空間分布情況，尤其是在管線數(shù)量多的情況下，不利于各專業(yè)之間的交流，增加了各專業(yè)的溝通成本。第三，與其他管線沖突。城市地面下不僅埋設(shè)了給排水管道，還有電力管道、燃?xì)夤艿?、國防光纜等。如果給排水管道設(shè)計時沒有考慮不同管線間的交叉關(guān)系，可能引起工程返工、延期等問題。

2.2 BI M技術(shù)的特點

2.2.1 BIM 技術(shù)應(yīng)用流程

選擇BIM 技術(shù)平臺的核心就是選擇建模軟件。目前，在市政給排水設(shè)計領(lǐng)域，Autodesk Revit MEP 軟件的應(yīng)用較為廣泛。Autodesk Revit MEP 與Navisworks 軟件搭配，可以實現(xiàn)設(shè)計參數(shù)整合、設(shè)計內(nèi)容共享、設(shè)計成果審閱。此外，Navisworks軟件還能對給排水管道進(jìn)行碰撞檢查和布置優(yōu)化，幫助設(shè)計人員短時間內(nèi)找到碰撞點位置，并輸出相應(yīng)的碰撞信息，以減少設(shè)計錯誤，其運行流程如圖1 所示。

圖1 BI M技術(shù)應(yīng)用流程

2.2.2 BIM 技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

BlM 技術(shù)并不是指某個特定的繪圖軟件，該技術(shù)是以三維建模軟件為核心，多種軟件協(xié)作交互，以可視化的形式對某一工程進(jìn)行模擬，并將工程相關(guān)的各類參數(shù)信息進(jìn)行匯總管理。將BIM 技術(shù)應(yīng)用于市政給排水設(shè)計中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下兩個方面[3]。

1）可視化?？梢暬荁IM 技術(shù)區(qū)別于其他數(shù)字技術(shù)的關(guān)鍵，運用BIM 技術(shù)可以將二維管線圖紙用三維模型展現(xiàn)出來。設(shè)計人員利用BIM 技術(shù)的可視性特點可以在給定的鋪設(shè)環(huán)境下對地下給排水管道建模，以保證管線方案的可實施性。同時，設(shè)計人員還可以根據(jù)施工場地的實際情況對給排水管網(wǎng)展開優(yōu)化，以提高給排水管道的設(shè)計水平和經(jīng)濟(jì)效益。

2）參數(shù)化設(shè)計。參數(shù)化特征是BIM 技術(shù)的另一優(yōu)勢。運用BIM 技術(shù)可將市政給排水項目涉及的所有信息集中到三維模型中，且數(shù)據(jù)庫可以動態(tài)更新并下載（參與項目的各專業(yè)人員均有相應(yīng)權(quán)限），以保證模型數(shù)據(jù)的有效性，以避免設(shè)計方案反復(fù)修改、各專業(yè)信息沖突等難題。

3 BI M技術(shù)在市政給排水設(shè)計中的應(yīng)用分析

3.1 工程概況

以某城市道路給排水管道項目為研究對象，闡述BIM 技術(shù)在設(shè)計中的具體應(yīng)用。給排水管道項目所處區(qū)域地形整體較平坦，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛，年平均降水量1 382.6 mm。

排水管道（雨污分流）長度為1 688 m，給水管道長度為868 m，均處于中心城區(qū)的交通要道，各類管道分布密集，必須做好設(shè)計工作，以免給排水管道與其他管線互相碰撞，延誤施工工期，提高工程造價，造成不良的社會影響。鑒于此，設(shè)計單位組織經(jīng)驗豐富的設(shè)計人員，利用Autodesk Revit MEP 軟件開展排水管道設(shè)計。

3.2 排水管道三維建模

3.2.1 初始化文件

在建立三維模型之前，需在軟件中創(chuàng)建項目初始文件，輸入項目名稱、設(shè)計人員、設(shè)計單位等基本信息，并選擇管道類型。如果Autodesk Revit MEP 軟件中沒有項目中要用的管道類型，設(shè)計人員可自定義管道的粗糙度、材質(zhì)、公稱直徑等，自定義具體內(nèi)容如圖2 所示。

圖2 排水管道自定義界面

3.2.2 建立工作集

給排水項目煩瑣，通常由多個設(shè)計人員共同參與。在對全部設(shè)計內(nèi)容分解后，每個設(shè)計人員可建立自己的工作集。這樣可以減少同一頁面內(nèi)設(shè)計人員所面對的視圖信息，也在一定程度上降低了三維模型構(gòu)建的難度。

3.2.3 導(dǎo)入CAD 平面圖

使用Autodesk Revit MEP 軟件建立三維模型是基于給排水管道的二維平面圖紙。導(dǎo)入CAD 文件后，需要對給排水管道標(biāo)高和周線位置進(jìn)行標(biāo)定，確保給排水管道三維信息的準(zhǔn)確性，也為后續(xù)管道碰撞檢測、工程量統(tǒng)計提供數(shù)據(jù)支撐[4]。

3.3 確定基坑開挖位置

該項目的給排水管道是施工難度比較大的城市基礎(chǔ)設(shè)施，施工周期短，各個施工環(huán)節(jié)作業(yè)時間比較少，且施工會影響交通與附近居民日常生活。給排水管道的基坑開挖位置一定要準(zhǔn)確，否則可能造成大面積返工，延誤工期，影響項目的社會效益。因此，給排水管道在設(shè)計時，不能使用傳統(tǒng)的管線調(diào)整方法，需使用BIM 技術(shù)對管線精確定位，使設(shè)計人員能全面了解地下管道設(shè)置情況，找到基坑開挖具體位置，并給施工單位提供管道開挖坐標(biāo)。

3.4 管道碰撞檢查

項目碰撞有“硬碰撞”與“軟碰撞”，前者是指構(gòu)件間的直接碰撞（即接觸碰撞），后者是指構(gòu)件間距小于規(guī)范要求值而產(chǎn)生的碰撞點。Autodesk Revit MEP 軟件雖然自帶管道碰撞檢查功能，但該軟件對計算機(jī)性能要求過高，碰撞檢查效率低，耗費時間長，且對碰撞問題修改不方便。本文建議在交付給排水管道設(shè)計成果之前，利用Navisworks 軟件對管道開展交叉碰撞檢查，在施工前消除設(shè)計誤，從而減少因設(shè)計失誤引起的勞動力、施工資源、施工時間的浪費。

市政給排水碰撞檢查目標(biāo)是驗證給排水管道與電力管道、燃?xì)夤艿?、消防管道等是否存在沖突，具體步驟如下[5]：（1）將Revit 軟件建立的排水管道信息模型導(dǎo)入Navisworks 軟件中；（2）點擊Navisworks 軟件中的“clashdetective”按鈕，分別選擇給排水管道和其他管道作為碰撞檢查對象，碰撞類型選擇“硬碰撞”；（3）給排水管道碰撞結(jié)束后，自動生成檢查報告；（4）設(shè)計人員分析碰撞點信息，并找到碰撞點位置進(jìn)行修改。在修改給排水管道模型時，先修改主干管道，再修改分支管道。管道模型修改后要再次進(jìn)行管道碰撞檢查，直到碰撞點清零。

3.5 管道工程量統(tǒng)計

3.5.1 開挖基坑工程量

市政給排水管道基坑開挖工程量與地面線數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性密切相關(guān)。地形圖測量數(shù)據(jù)不能直接導(dǎo)入Revit 軟件中，需要按下述步驟在CAD 中進(jìn)行預(yù)處理[6]：首先，打開圖層命令，只顯示給排水管道設(shè)計需要的等高線、坐標(biāo)、高程等數(shù)據(jù)；隨后，將上述數(shù)據(jù)復(fù)制到空白圖形，利用線條合并命令將等高線轉(zhuǎn)換為多段線；最后，將處理后的圖形導(dǎo)入Revit 軟件中創(chuàng)建地形曲面。地形曲面建立后，可結(jié)合設(shè)計文件，利用Revit 軟件模擬給排水管道的開挖，自動導(dǎo)出開挖工程量。

3.5.2 管材工程量

相較于其他BIM 軟件，Revit 軟件可以自定義管材用量明細(xì)表，根據(jù)管道類型、管道直徑等屬性分類統(tǒng)計出各類給排水管道的長度。

市政給排水管材用量明細(xì)表的自定義內(nèi)容包括字段、過濾器、排序/ 成組、格式、外觀等內(nèi)容，具體含義見表1。

表1 管材用量明細(xì)表自定義

4 結(jié)語

本文研究了BIM 技術(shù)在市政給排水設(shè)計中的應(yīng)用流程與應(yīng)用優(yōu)勢，并依托某城市給排水管道項目，探討了BIM 技術(shù)的具體操作方法，主要得到以下結(jié)論：

1）BlM 技術(shù)以三維建模軟件為核心，多種軟件協(xié)作交互，應(yīng)用在市政給排水設(shè)計中具有可視化、參數(shù)化等優(yōu)勢；

2）建立市政給排水管道三維模型是基于二維平面圖紙，在此之前需初始化文件和建立工作集；

3）Revit 軟件與Navisworks 軟件聯(lián)合使用，可以對給排水管道進(jìn)行碰撞檢查，幫助設(shè)計人員找到碰撞點，及時修改設(shè)計圖，以減少設(shè)計失誤；

4）利用BIM 技術(shù)可模擬管道開挖，導(dǎo)出土石方工程量，并根據(jù)管材用量明細(xì)表分類統(tǒng)計各類給排水管道工程量。