BIM技術在市政給排水管線設計中的應用探索

王盈盈 王蘊杰 郭 水

(1.北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100045； 2.北京市政建設集團有限責任公司，北京 100045)

BIM技術以其獨有的可視化設計、參數化設計、構件關聯性設計以及協同設計等多種優勢，被越來越多的引用到市政設計工作中。雖然BIM能為行業帶來巨大的商業價值，但我們也看到，目前國內大部分設計院在實施BIM方面并不是一帆風順，而是遇到各種各樣的困難[1]。在市政給排水設計中，BIM技術應用的還不是十分成熟，通過對Bentley系列軟件進行了應用，提出了應用中面臨的問題。針對面臨的問題進行了檢查井等標準構件的參數化建模，同時利用模型數據進行二維出圖，一定程度上提高了BIM技術的設計效率及普及度。

1 應用軟件與不足

1.1 AECOsim Building Designer(ABD)

ABD是建筑設計的三維信息模型創建工具，集中建筑、結構、設備、電氣多專業應用程序，涵蓋模型創建、圖紙輸出、材料統計、碰撞檢測、數據利用等整個設計流程。

在市政給排水設計中，利用ABD中的MicroStation設計平臺和設備模塊可進行特殊檢查井、泵站等構筑物的三維設計，并進行二維出圖。ABD作為Bentley公司的一款建筑系列設計軟件，三維設計功能還是很成熟的，但二維圖紙存在細節表達不到位，不規范的情況。

1.2 Subsurface Utility Engineering(SUE)

SUE是地下公共設施模型創建工具，為Power Civil軟件中的一個模塊，可對給水、雨水、污水、通信、電力、石油、燃氣、熱力等多種管線進行管道、涵洞、集水坑等內容的設計。利用勘測信息、CAD圖形、GIS數據、Excel電子表格、Oracle數據庫和其他行業標準信息源，在SUE中自動創建三維模型。

在市政給排水設計中，利用SUE進行給水、再生水、雨水、污水的三維設計。SUE中無管線二維平面及縱段出圖功能，且未本地化，其內置的檢查井等基本構件均不符合我國圖集要求。

2 設計方法

利用SUE進行市政管網模型設計時，有三種方法可依據不同情形進行選擇應用：1)數據導入法。將高程、管徑、井坐標等數據編入Excel，將設計數據導入到SUE中并進行設置定義，由SUE中的ModelBuilder功能提取已設置完畢的管網數據，自動生成管網模型；2)逐一設計法。選擇檢查井類型，逐點布置檢查井并進行高程設置，選擇管道種類及規格，在檢查井之間進行管道布置；3)3D線轉化法。定義管線平面路由，在縱斷面中定義節點標高，選擇管道模板，拾取已定義好的3D線生成三維管網，三種建模方法的對比分析見表1。

3 應用案例

3.1 項目概況

某新建道路，道路設計全長4.399 km，需隨路進行雨水、污水、再生水、給水四種市政給排水管線設計。目前已完成初步設計階段。

3.2 BIM解決方案

通過應用Bentley系列產品，完成管線及相關構筑物的三維協同設計，內容包括PW協同應用、三維模型的建立、模型總裝與碰撞檢查，生成滿足初設階段要求的二、三維設計成果。

基于此，此三維協同設計項目目標包括：

1)完成各類管線及構筑物三維模型建立，以及單體模型總裝；

2)進行專業間及專業內的模型碰撞檢查；

3)利用雨、污、中、給四種管線的模型數據生成二維平面圖、剖面圖；

4)完成三維可視化工程展示(動畫渲染)工作；

5)根據設計需求，逐步豐富族庫。

BIM設計流程如圖1所示。

3.3 管線三維設計

管線模型深度參照我院自主編制的《市政工程BIM設計應用標準》中給水及排水部分模型要求及深度；項目交付的信息模型應根據統一的格式進行模型文件命名，模型文件命名規則宜符合如下要求：【項目序號】—【分區/系統】—【專業代碼】—【單體名稱/總裝】—【描述】。同時，根據傳統二維設計各類管線設計顏色不同，將三維管線模型色彩進行約定。

根據以上約束，進行雨、污、中、給四種管線三維設計，以及閥門井、排氣井及排泥井等節點設計，最終將四種管線進行總裝，總裝模型如圖2所示。

3.4 碰撞檢查

對雨、污、中、給四種管線進行專業內部碰撞檢查作業，并生成碰撞檢查報告。依據碰撞檢查結果進行模型調整，指導施工圖設計。碰撞后調整的原則是：雨水及污水的平面路由及管線高程基本穩定，根據雨水及污水的高程位置，進行給水和再生水的高程調整。初次進行碰撞檢查作業后，由于壓力管線還未做高程分析，發現高達105處碰撞點，主要集中在：

1)壓力管線與重力管線檢查井碰撞；2)壓力支線與重力管線碰撞，見表2。

表2 碰撞檢查結果

3.5 工程量統計

SUE可生成檢查井及排水管道工程報表，并可導出.txt格式，可便利轉成.xls格式。工程報表中可以統計每段管道規格、長度、標高、類型等基本數據。這樣可以精確統計工程量，避免了傳統二維人工統計的繁瑣與不精確，而且可以統計每個檢查井標高，從而可以精確計算管道平均覆土，解決了傳統二維設計對管道平均覆土進行估算而不夠精確的問題。

3.6 族庫積累

由于SUE中無排泥井構件，根據設計需求，創建了排泥井構件并形成排泥井族庫，井筒及井室可實現參數化調整。族庫對象的半徑、高及直徑等基本尺寸可參數調整，提高族庫利用效率，便于控制不同標高下特殊井的高度變化，見圖3，圖4。

3.7 二維出圖

節點出圖利用ABD中的出圖功能進行大樣圖出圖及標注，構件平面表達與傳統二維有一定差別，但更接近實際；管線出圖利用SUE提取管線的基礎數據，將數據導入進行平面及縱段數據出圖，此種方法出圖深度與標準與二維出圖可實現完全統一，如圖5所示。

節點二維圖紙與模型是聯動統一的，當模型更改時，圖紙會自動更新，這在一定程度上提高了設計質量及效率。

4 應用總結

SUE軟件還未進行本地化開發，很多內容不符合我國設計需求。首先，檢查井等構件樣式與我國標準圖集完全不一致；其次,管道類型及規格不滿足常規設計要求。針對此問題，需進行標準圖集檢查井的單獨建模，并對工作空間中“Bentley-Civil-Metric”管道模板進行編輯，添加所需的管道樣式及規格。

實現BIM模型的信息化利用。BIM模型的最關鍵因素之一就是“信息”，可以隨時查看給排水模型任意一個構件的屬性信息，包括規格、類型、長度、標高、材質等基本信息，甚至施工方法，設備廠家等。由于SUE中無管線二維出圖功能，所以提取模型的數據信息，將數據作為鴻業軟件與BIM軟件的橋梁，用鴻業軟件彌補現有BIM軟件中的不足之處，提高了BIM的利用效率及價值。

[1] 中國勘察設計協會市政工程設計分會信息管理工作委員會.中國市政設計行業BIM實施指南(2015版)[Z].2015:13-14.