基于BIM技術(shù)的市政給排水管線設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

姜麗 (太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院 山西 太原 030002)

0 引言

市政工程是指市政設(shè)施建設(shè)工程，城市生活配套的各種公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)都屬于市政工程范疇。在市場經(jīng)濟(jì)及城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的現(xiàn)階段，市政工程越來越發(fā)揮著重要的作用。給排水工程作為發(fā)展城市及工業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施之一，是市政工程的主要組成部分。然而，從當(dāng)前的市政給排水管線設(shè)計(jì)上看，仍存在不足之處。

BIM技術(shù)是一種比較新型的技術(shù)，它可以包含與工作相關(guān)的所有的信息資料，具有可視化、參數(shù)化、構(gòu)件關(guān)聯(lián)性以及協(xié)同設(shè)計(jì)等多種優(yōu)勢。在市政給排水設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，運(yùn)用先進(jìn)的BIM技術(shù)，可以有效完善原有給排水管線設(shè)計(jì)方案，從而提升市政給排水管線的運(yùn)行效率[1]。

1 市政給排水管線設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

通過對給排水管線設(shè)計(jì)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段市政給排水管線設(shè)計(jì)不夠優(yōu)化，具體表現(xiàn)為：

（1）污水管是市政工程的表面工作，有的甚至暴露在地表，且水管周圍存在大量污漬，嚴(yán)重降低污水管效果；

（2）部分雨水管設(shè)計(jì)無法滿足雨季流量需求，導(dǎo)致路面大量積水；

（3）給排水管線片面、獨(dú)立，無法平衡城市功能以滿足防洪、排水的需求，也無法和周圍工程和諧共處；

（4）市政給排水管線設(shè)計(jì)中，容易與其他工程管線出現(xiàn)一定的沖突，沒有做到與這些因素相互容納；

（5）一些給排水管線由于長期得不到合理的更換和維修，直接導(dǎo)致水資源滲漏出去等[2]。

2 BIM技術(shù)及其用于市政給排水管線設(shè)計(jì)中的作用

2.1 BIM技術(shù)及其特點(diǎn)

BIM技術(shù)，即建筑信息模型技術(shù)，是通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，并服務(wù)于建筑工程建設(shè)及管理的一種比較新型的技術(shù)。BIM技術(shù)以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，然后再通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維建筑模型設(shè)計(jì)，模擬其施工流程。

BIM技術(shù)主要是用來進(jìn)行設(shè)計(jì)和管理的工具，具有信息完備性、可視化、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性等六個特點(diǎn)[3]。具體如下：

（1）信息完備性。BIM可以包含與工作相關(guān)的所有的信息資料，并可對工程對象進(jìn)行完整的工程信息描述。

（2）可視化。即BIM可將以往線條式的構(gòu)件形成一種三維立體實(shí)物圖形展示，且是一種能夠同構(gòu)件之間形成互動性和反饋性的可視。

（3）協(xié)調(diào)性。BIM可在建筑物建造前期對各專業(yè)的碰撞問題進(jìn)行協(xié)調(diào)。

（4）優(yōu)化性。BIM及與其配套的各種優(yōu)化工具可對復(fù)雜項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化。

（5）模擬性。即BIM可以模擬不能夠在真實(shí)世界中進(jìn)行操作的事物，從而來確定合理的施工方案來指導(dǎo)施工和控制成本。

（6）關(guān)聯(lián)性。簡單地改變BIM模型中的參數(shù)值，就能實(shí)現(xiàn)整個信息數(shù)據(jù)庫相關(guān)信息的參數(shù)優(yōu)化與更改。

2.2 BIM技術(shù)用于市政給排水管線設(shè)計(jì)中的作用

目前，BIM技術(shù)以其獨(dú)有的可視化設(shè)計(jì)及協(xié)同設(shè)計(jì)等多種優(yōu)勢，被越來越多的引用到市政設(shè)計(jì)中。尤其將BIM技術(shù)應(yīng)用到市政給排水管線的設(shè)計(jì)工作中，其所展現(xiàn)出的優(yōu)勢極為明顯。具體的，對于市政設(shè)計(jì)單位而言，運(yùn)用BIM技術(shù)可以有效的保障管線設(shè)計(jì)質(zhì)量，提升其自身的競爭價值。對于市政給排水管線設(shè)計(jì)本身而言，在BIM技術(shù)的帶領(lǐng)下，開展市政給排水管線設(shè)計(jì)工作，可以利用三維信息軟件，使計(jì)算機(jī)自動的對建筑設(shè)施的給排水管線布置狀況進(jìn)行總結(jié)，精準(zhǔn)的推算出其管材的用量大小，進(jìn)而優(yōu)化了施工人員的工作流程，給其后續(xù)工作的開展提供一定的便利。

3 基于BIM技術(shù)的市政給排水管線設(shè)計(jì)

3.1 應(yīng)用軟件

（1）ABD。ABD是建筑設(shè)計(jì)的三維信息模型創(chuàng)建工具，涵蓋模型創(chuàng)建、材料統(tǒng)計(jì)、碰撞檢測等整個設(shè)計(jì)流程。通過ABD所構(gòu)建的設(shè)計(jì)平臺，雖然模型的創(chuàng)建工具需要使用的程序極為復(fù)雜，但其集中建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、電氣多專業(yè)應(yīng)用程序，可以對較為特殊的井、泵站進(jìn)行設(shè)計(jì)及檢測，并二維出圖。

（2）SUE。SUE是地下公共設(shè)施模型創(chuàng)建工具，其所包含的模塊內(nèi)容也較多。在市政給排水設(shè)計(jì)中，可利用勘測信息、CAD圖形、GIS數(shù)據(jù)等信息源，在SUE中自動創(chuàng)建三維模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對給水、雨水、污水等三維設(shè)計(jì)及管線問題處理。

3.2 設(shè)計(jì)方式

利用SUE進(jìn)行市政管網(wǎng)模型設(shè)計(jì)時，可以選擇數(shù)據(jù)導(dǎo)入法、3D線轉(zhuǎn)化法及逐一設(shè)計(jì)法3種方法。這三種建模方式的適用情形及使用條件各不相同，差異較大，具體方法介紹及其適用情形、適用條件分析如表1所示[4]。

3.2 設(shè)計(jì)流程

基于BIM技術(shù)的市政給排水管線設(shè)計(jì)，主要是實(shí)現(xiàn)給排水管線及相關(guān)構(gòu)筑物的三維協(xié)同設(shè)計(jì)。三維協(xié)同設(shè)計(jì)項(xiàng)目目標(biāo)包括：進(jìn)行專業(yè)間及專業(yè)內(nèi)的模型碰撞檢查；完成三維可視化工程展示（動畫渲染）工作；完成各類管線及構(gòu)筑物三維模型建立及單體模型總裝；利用雨、污、中、給四種管線模型數(shù)據(jù)生成平、剖面圖；根據(jù)設(shè)計(jì)需求，逐步豐富族庫等。基于BIM技術(shù)的市政給排水管線設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

表1 基于BIM技術(shù)的市政給排水管線三種設(shè)計(jì)方式對比表

圖1 基于BIM技術(shù)的市政給排水管線設(shè)計(jì)流程

4 BIM技術(shù)在市政給排水管線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1 更加精確的計(jì)算管線工程量

與傳統(tǒng)的二維統(tǒng)計(jì)方法相比，在市政給排水管線設(shè)計(jì)中運(yùn)用合理的BIM技術(shù)，并利用其信息完備性、可視化、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性等特點(diǎn)，能夠保證市政給排水管線計(jì)算數(shù)據(jù)更加精確。具體而言，可以達(dá)到如下效果：

（1）管線設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合工程報表中管道長度等相關(guān)數(shù)據(jù)，對市政給排水管道進(jìn)行合理的分類及管線工程量預(yù)算；

（2）設(shè)計(jì)人員可以利用管線數(shù)據(jù)，構(gòu)建合理的虛擬模型，并通過對模型的反復(fù)試驗(yàn)運(yùn)行情況，找出未來可能出現(xiàn)的問題，同時提出合理的預(yù)防措施；

（3）管線設(shè)計(jì)人員可以更好的利用管線運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行各管線之間的碰撞檢查，并針對問題合理調(diào)整管線的運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)一步提升運(yùn)行效率；

（4）設(shè)計(jì)人員可以構(gòu)建更加合理的管線模型，并結(jié)合給水管線與排水管線的運(yùn)行特點(diǎn)，不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，有效減少管線滲漏等現(xiàn)象的發(fā)生，降低維修、更換管道等狀況的幾率，保證市政給排水管線更加穩(wěn)定的運(yùn)行。

4.2 更加完整的構(gòu)建管線三維模型

根據(jù)《市政工程BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》可知，設(shè)計(jì)人員可通過運(yùn)用BIM技術(shù)及其信息完備性、可視化、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性等特點(diǎn)，結(jié)合給排水管線節(jié)點(diǎn)水流量，做好節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)工作等，構(gòu)建更加完整的管線三維模型，進(jìn)而構(gòu)建更加完整的給排水管線三維模型，提升給水系統(tǒng)與排水系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。如，通過運(yùn)用BIM技術(shù)的可視化特點(diǎn)，可了解管線節(jié)點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并根據(jù)具體情況，對節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，以保證市政工程給排水系統(tǒng)更加安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行等。

4.3 更加良好的管線設(shè)計(jì)出圖

二維出圖技術(shù)在以往的給排水設(shè)計(jì)中較為常用。由于BIM技術(shù)具有良好的出圖功能，利用BIM技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)出圖設(shè)計(jì)技術(shù)與二維出圖設(shè)計(jì)技術(shù)的結(jié)合，及設(shè)計(jì)圖紙與設(shè)計(jì)模型的聯(lián)動，更有利于將設(shè)計(jì)完畢的方案合理打印，有效保障了圖紙?jiān)O(shè)計(jì)質(zhì)量以及給排水管線設(shè)計(jì)的效率。總之，將BIM技術(shù)應(yīng)用在市政給排水管線設(shè)計(jì)出圖中，不僅促進(jìn)了節(jié)點(diǎn)出圖與二維出圖技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，還提高了管線出圖設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性，具有重要的意義。

5 結(jié)語

綜上所述，BIM技術(shù)在市政給排水管線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用益處顯著。利用此技術(shù)，不僅可以隨時隨地查閱市政給排水模型構(gòu)件的相關(guān)信息，提升市政給排水管線工程量的準(zhǔn)確性，有效地、針對性地解決傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作中存在的問題，還能夠幫助設(shè)計(jì)人員構(gòu)建合理的給排水管線三維模型，并根據(jù)模型的反復(fù)試運(yùn)行，優(yōu)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)的進(jìn)度，使設(shè)計(jì)的質(zhì)量得到保證。此外，還可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙與設(shè)計(jì)模型的聯(lián)動，保證管線設(shè)計(jì)出圖質(zhì)量。總之，BIM技術(shù)在市政給排水管線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，有利于推動我國市政給排水工程項(xiàng)目的發(fā)展和進(jìn)步。