探索 BIM理念在給排水工程設計中應用

張呂偉

(上海市政工程設計研究總院,上海 200092)

1 前言

目前大規模水廠、污水廠新建項目越來越少,對原有水廠、污水廠擴建、改造工程越來越多。考慮節能減排和環境影響等因素,水廠、污水廠深度處理工程越來越多。

在擴建、改造工程設計中,溝通問題是影響設計效率主要因素,溝通花費時間占整個設計三分之一。目前溝通方式主要通過圖紙或者效果圖,考慮成本因素,對有些比較大型的擴建、改造工程做些動畫,這些都屬于靜態溝通,對于原則問題溝通還是可以的,但是對于比較細節問題溝通比較困難。動態溝通是解決這些細節問題比較好的方法,通過實時漫游、對三維模型任意剖切進行溝通,可以起到比較好的效果。

在水廠、污水廠深度處理工程中,由于引進設備比較多,構筑物構造比較復雜。目前用地指標比較緊張,場地比較小,許多構筑物建造成疊合形式,構筑物內部結構更加復雜,用二維圖形很難表達清楚,設計人員經常需要到施工現場解釋圖紙內容,設計院人力成本增加。如果能夠在二維圖形表達同時,配合上三維圖形,這樣能比較直觀理解二維圖紙內容。

當前國內外設計進入三維設計時代,是否需要二維圖紙,爭論比較多。二維圖紙在土木工程設計中是必須的,在制造業中,設計加工一體化,可以不需要二維圖紙。在土木工程設計中,圖形上有許多標注,這些標注全部標在三維圖形上是很難看清楚,因此二維圖紙是必須的。現在問題是如果二維圖紙與三維圖形沒有關聯,模型調整會增加許多二維圖紙修改工作量。

針對上述問題,上海市政總院從 2008年開始接觸 BIM理念,使用 Revit軟件,在一個 5萬噸污水處理廠設計中開展 BIM項目研究,由于 Revit 2005版軟件不成熟,建模完成后,沒有進一步在設計中應用,只做了些探索性研究。雖然試用沒有成功,還是認識到 BIM理念是正確的,BIM技術是可行的,只是 BIM軟件還不成熟。

Revit 2010版推出,軟件功能得到比較大完善。2010年又開始探索 BIM在給排水工程設計中應用,完全按照 BIM理念,對 3個水廠、1個污水廠進行BIM應用探索。

2 對BIM理念認識

BIM是以三維數字技術為基礎,集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數據模型。這個模型在建筑全生命周期內,是整個團隊共同工作的對象,可供不同參與方從不同角度反復利用,提升各參與方在各個階段的工作效率和數據一致性。

BIM三大特征:三維化、參數化、智能化。其中三維化是形式,參數化是關鍵技術,智能化是結果。在 BIM理念中,三維化是基礎,開始接觸 BIM時,把三維化作為結果,把 BIM模型只使用在效果圖和動畫中,感覺到開展 BIM研究沒有意義,實際效果還不如 3DMAX,對提高設計效率作用不大。

通過 Revit系列軟件在幾個工程試用,對 Revit系列軟件有了深入了解,重新認識了 BIM理念。上海市政總院對 BIM理念進行通俗化描述,即要求BIM模型做到“能看”、“能用”、還“能吃”。

“能看”,要求 BIM模型能夠完成效果圖、動畫、實時漫游。

“能用”,要求 BIM模型能夠完成性能分析、施工模擬、運行控制。

“能吃”,要求 BIM模型能夠完成二維圖紙形成和材料統計。由于這部分內容是設計院最主要內容,如果這部分功能沒有,對設計院內部質量和效率提高沒有意義。也就是說一個物品只能“看”和“用”,不能“吃”,對人的生存沒有作用,它的價值體現不能長久。設計院要生存,提高設計內部質量和效率是首要的。

要實現三維模型和形成的二維圖形聯動,三維模型動態更新,參數化是關鍵技術。

要滿足工程設計需要,BIM軟件需要有智能,根據不同專業提供不同功能。智能是體現在各個 BIM專業軟件中,不可能一個軟件實現全部功能,這需要軟件之間接口標準化,BIM模型在各個 BIM專業軟件中進行無縫轉換。

3 根據給排水工程設計特點,對 BIM協同模式進行探索

給排水工程主要有水廠、污水廠、泵站、城市管網。

特點之一:在一個工程中構筑物多,每個構筑物都是一個完整獨立體,各個專業配套齊全,在構筑物之間通過廠區管網連接,形成一個大系統。

特點之二:構筑物重復利用率高,每個水廠、污水廠、泵站等構筑物類型基本相同,只是大小不同。

特點之三:設備、管配件、連接件等尺寸比較大,沒有現成族可以利用。

特點之四:工藝專業作為設計主導,所有尺寸有工藝確定,但工藝專業不建模型,上部建筑由建筑專業建模,下部構筑物由結構專業建模,工藝專業對模型需要進行反復調整,這種協同模式流程比較復雜。

上述特點,反映了給排水行業與建筑行業不同,Revit軟件按照建筑行業進行設置,建筑行業應用可以使用大部分軟件系統設置功能。給排水工程應用 Revit軟件,需要進行協同模式確定,視圖管理樹確定,系統過濾器設置、設備族全部重新定義。

根據給排水工程特點,對 Revit軟件提供的二種協同模式進行探索,鏈接模式和工作集模式使用下來效果都不理想。

鏈接模式獨立性比較強,但形成整個廠區管網系統比較困難,整個項目轉換到 Naviswork,鏈接文件不能一次性導入,采用 DWF格式可以一次性導入,但要損失許多信息。鏈接模式對構筑物重復利用比較有利,對參數化設計、構筑物材料獨立統計、圖紙形成也比較有利。

工作集模式,由于在同一個項目中,比較容易形成整個廠區管網系統,統一修改構筑物信息比較方便,但是工作集模式的權限管理問題,構件 ID沖突問題,影響了整個建摸效率。在某個水廠建模中,有 14個人員同時進行,經常發生權限沖突問題,只能反復重新形成中心文件。

根據二種模式優缺點,在進行第三個水廠 BIM研究中,采用二種模式相結合,取得一些效果,但是還不是最理想,主要問題二種模式界限如何劃分,嘗試了幾個方案,最終確定如下方案,按照建筑、結構、工藝建立工作集,對于場地、一期建筑等采用鏈接。經過實際試用,項目文件超過 200M,運行速度降低,對這個方案再進行改進,把建筑作為鏈接,這樣項目文件大小可以減少很多,在布置廠區管網系統時,運行速度得到滿足。見圖1～2

4 應用實例

某水廠深度處理,共有后臭氧活性炭濾池、臭氧制備車間下疊回用水池、臭氧制備車間、污泥處理池、污泥脫水機房 5個構筑物。BIM應用內容有三維剖面圖、室內效果圖、工藝圖紙、碰撞檢查、施工模擬。協同工作采用鏈接模式,在完成構筑物鏈接后,進行廠區總管布置。見圖3～圖10所示。

5 REVIT軟件存在問題

在 BIM應用過程中,發現 REVIT軟件存在如下問題:

5.1 缺少符合中國建設標準的構件

市政工程常用的管道、管件類型、機械設備族庫;

5.2 Revit軟件應用于市政工程領域,與建筑工程有較大的差異性

專業分工不同、設計流程不同、圖元屬性要求不同

5.3 Revit精確繪制管道、管件與管件直接連接的問題

在項目初設、施工圖階段,Revit管道模型的精確度達不到要求,管件之間管道長度很難精確繪制。RevitMEP 2010中管件和管件直接相連比較困難,管件、閥門、設備之間直接相連不太方便。

5.4 Revit的管路系統類型和計算問題

構筑物內的管路不一定直接連接成封閉系統,導致管路系統計算功能不易使用。復雜管網系統的水力計算。系統類型無重力管路系統,無法自動計算。

5.5 BIM模型的重復利用的問題

在項目中建成的單體構筑物二次利用難度較高,不能在項目中設置變量,現有的模型復制和移動時經常出現管路連接斷開、不能隨意移動等問題。

5.6 出圖存在的問題

Revit的統計表只能將管道、管件、設備等按類別分類統計,如需合并,則要后期導出后手動修改。注釋類型較少,與實際使用差距較大。Revit二維功能比較弱,無法滿足出圖要求。圖象輸出分辨率不能滿足要求。

5.7 協同設計的問題

工作集的權限管理。采用鏈接模式的協同設計,管路系統連接問題。

6 結束語

雖然目前 Revit軟件不是很成熟,但已經把 BIM理念和技術完全體現出來。經過上海市政總院近半年時間探索,已經取得一些成果,針對給排水工程,制定了協同模式和流程,在 Revit軟件中建立了適合給排水工程標準模板。同時上海市政總院還在考慮滿足 BIM理念其他平臺,適應道路、橋梁、水工、固廢處理、隧道、地下工程、軌道交通等專業開展 BIM項目研究。