BIM技術在市政道路雨水管網工程施工過程中的逆向設計及應用探索

亢秀山 曾賽堂 喬則淳 白琚

市政道路的地下往往需要埋設各種雨水管道、盲溝、電纜線路、通信管道及其相應的構筑物等管網設施，其各自的專業設計在局部難免發生沖突。此外，各類管線及構筑物標高的不同也要求施工組織安排需要有科學合理的先后順序。在處理沖突及安排施工順序的過程中，BIM技術就起到了十分重要的作用。本文章以成金簡快速路SG4標段項目的雨水管網工程為例，介紹了根據二維圖紙逆向設計的過程，以及施工過程中雨水管網三維建筑信息模型的實際應用，或可為其他工程的施工提供一些經驗。

一、工程概況

成金簡（成都～金堂～簡陽）快速路是成都市中心城區與東進片區連接的重要通道，是市域交通“五環二十五射”高快路網和東進區域“四縱八橫”快速路網體系的重要組成部分。其SG4標段起于沱江東側的五福大道，由西向東沿淮州新城規劃線位緊鄰毗河供水工程行進，止于金堂縣與簡陽市交界處的回龍村，路線全長4.151km，采用一級公路標準并配套市政設施。

本道路出水口以沱江和楊溪河為主，其中K35+800～K36+845段雨水順坡自東向西排入沱江；K36+845～K37+400段雨水近期通過道路邊溝排入楊溪河，遠期同經四路一同接入雨水管網；K37+400～K37+873.9段接入經二路匝道雨水管（自西向東順坡排放）；K38+117.5～K38+447.0雨水順坡自西向東排入楊溪河；K38+940～K38+950.518雨水順坡自東向西排入楊溪河。

道路共有三種（五條）隔離帶：中央分隔帶4m、主車道兩側的側分帶各4.5m、輔道兩側的機非隔離帶各3.75m。每條隔離帶內均設碎石盲溝一條，且機非隔離帶內設雨水檢查井和雨水管。

二、雨水管網建模

1.設計情況

道路兩側機非隔離帶內設雨水管和雨水檢查井；由中分帶邊緣、側分帶邊緣的雨水口匯集的路面雨水通過雨水連接管流入雨水檢查井內，并通過雨水管排出線外（此時雨水連接管串聯著雨水口和雨水檢查井）；此外，機非隔離帶的碎石盲溝直接接入雨水檢查井中，道路中分帶、側分帶的碎石盲溝中的水通過盲溝檢查井收集，并由同一橫斷面內的雨水連接管排入雨水檢查井中（此時雨水連接管同時串聯盲溝檢查井、雨水口及雨水檢查井）。

2.建筑位置信息數據統計

雨水管網的簡化模型即“井——管段——井”。因此，僅需分類統計出各種井的坐標位置、井頂面標高及該處設計地面標高、井的埋深、管段起終點處管內底標高、管徑這些建筑信息，即可據此描繪出雨水管網的建筑信息模型。在統計時，應注意根據不同類別的井進行編號命名，避免混淆?？筛鶕督ㄖo水排水制圖標準》（GB/T 50106-2010）第4.4.5條進行統計。

（1）雨水檢查井及雨水管位置信息數據統計

關于雨水檢查井的相關數據信息，由設計文件中《雨水檢查井表》即可得出；而雨水管的管徑及管內底標高則需從設計文件《雨水縱斷面圖》中摘錄統計出來。

（2）雨水口及雨水連接管位置信息數據統計

關于雨水口及雨水連接管的相關信息，須根據需要從設計文件中搜集：雨水口的坐標由CAD版《排水平面圖》中相應的圖塊坐標信息批量統計而來，并同時對圖塊進行批量編號命名和標記，以做到圖中的井與坐標數據的一一對應；《排水工程設計說明》中規定了雨水口的埋深及井頂到路面的距離，雨水口處設計地面（即路面）標高可通過雨水口所在的橫斷面圖紙計算得到，亦可將設計數據輸入道路測量計算軟件后通過雨水口坐標得出；雨水連接管由于其坡度同路面橫坡，且《排水工程設計說明》中規定了其管徑及管內底標高到路面的距離，因此這兩項數據即可得到。

（3）碎石盲溝及盲溝檢查井位置信息數據統計

關于碎石盲溝及盲溝檢查井的相關信息，需要根據設計文件要求加以處理方可得到：為了使盲溝精確地布置在三處隔離帶的中央位置，要根據《逐樁坐標表》中提供的逐樁坐標使用CAD軟件繪出各樁點并連接成多段線即為中分帶盲溝中心線，根據《路基設計表》確定出每小段樁號間的側分帶、機非隔離帶盲溝的偏距，并據此將中分帶盲溝中心線偏移得出側分帶、機非隔離帶的二維多段線。最后使用CAD軟件的腳本插件拾取各盲溝多段線上的頂點坐標即為小段樁號間盲溝的“井坐標”，此“井”各尺寸均為0，僅在需要布置盲溝檢查井處統計出設計文件《路基、路面排水工程設計圖（中央分隔帶設計圖）》要求的盲溝檢查井頂面標高、設計地面標高、井的埋深，并且盲溝管徑及管內底標高可以計算得出。

需要注意的是，依此法得出的機非隔離帶碎石盲溝僅有尺寸為0的“井”，故應對其CAD二維多段線重設頂點處理。由于設計文件規定機非隔離帶碎石盲溝直接接入雨水檢查井中，故重設的頂點坐標應同雨水檢查井坐標一致。

最后，考慮到中、側分帶碎石盲溝接入雨水管網的方式，需在每個有盲溝檢查井的斷面上修改雨水連接管的建筑信息（增加或打斷雨水連接管），使得碎石盲溝與雨水檢查井協調成系統地結合在一起。

3.各構件模型的創建

本項目共有15種型號的雨水檢查井、2種雨水口、1種盲溝檢查井、8種管徑的Ⅱ級鋼筋混凝土管、3種管徑的Ⅲ級鋼筋混凝土管和1種型號的盲溝打孔波紋管。創建構件時，雨水檢查井、雨水口、盲溝檢查井各創建一個構建模型，并根據其各自不同型號的尺寸差異設置好模型可變參數，后續管網建模時給定參數即可獲得不同型號的構件；管道構件則使用軟件的MEP系統并設置好不同的規格參數即可。

4.雨水管網模型建立

有了2.2中的位置信息及2.3中構建的模型，只需將相應的構件調整好參數放置于其位置上即可。由于工作量繁雜且要求精確，故可采用腳本插件對海量表格數據進行處理，最終繪制成型。此時，若已將上述數據根據《建筑給水排水制圖標準》的要求制成《xx管道高程表》，并根據插件要求格式制成《xx坐標表》，則可以利用插件直接識別表中數據。進行繪制時，插件將調用已繪制好的相應構件模型，根據識別到的位置數據將整個雨水管網項目的三維信息模型繪制出來。

5.道路各節點面的繪制

為了便于安排施工組織順序，可繪制道路各節點面以供參考，較為重要的如路面、路床頂面及路床底面。BIM應用軟件中如無路基路面相關繪制功能，則可依據2.2中各坐標點的設計地面標高以及設計文件中的路面坐標及標高來創建地形圖即為路面圖，相應的路床頂、路床底等節點面可依據路面圖及結構厚度向下偏移得出。

三、三維建筑信息模型的施工應用

1.碰撞檢查

本工程雨水管網及盲溝等地下管道設施較多，利用三維建筑信息模型可方便地排查出管線碰撞的部位，并與設計單位溝通解決問題。例如：本項目原設計的側分帶盲溝波紋管與雨水連接管有少許沖突，且考慮到雨水連接管的混凝土滿包基礎后，沖突更加明顯。因此我方積極同設計單位溝通，在施工之前即調整設計使碰撞得以避免。

2.水流方向檢查

根據三維建筑信息模型中管道上顯示的坡度等信息可得知水流方向，將此水流方向與《排水工程設計說明》進行對比，來檢查是否滿足設計要求，若有疑問則與設計單位溝通解決。如本項目中，發現橋臺位置雨水連接管坡度與設計說明相反，以雨水檢查井YN68、YS68兩處的雨水連接管為例，設計文件要求此處雨水口匯集的路面雨水應通過雨水連接管流入雨水檢查井YN68、YS68內，然后接入經二路匝道雨水管，但按照設計要求，依道路縱坡設置雨水連接管，這就導致了設計水流方向是從雨水檢查井向雨水口流去，最終會造成排水不暢。因此我方征得設計同意后，將此處雨水連接管反坡設置，保證了橋臺位置排水的暢通。

3.科學合理地進行施工組織

雨水管網模型建立完成并繪制了路面、路床頂面、路床底面等節點面圖形后，地下管網相對于道路結構的位置關系變得清晰明了。通過這樣的信息模型，可以向施工員、施工班組進行形象生動的技術交底，并幫助施工員安排出科學合理的施工組織、施工計劃，能夠在節約項目成本的同時有效縮短工期。

4.項目成本測算

由于BIM應用軟件具有生成明細表或類似的功能，所以建模完成后可以很方便地對此分部分項工程進行分門別類的工程數量統計。這大大節約了項目的商務計算工作量，也能夠向項目決策者提供更為準確、及時和直觀的成本信息。

四、結語

利用BIM技術進行逆向設計與建模在市政道路的雨水管網工程施工中可以起到十分積極有效的作用，它使得真實環境下的施工在計算機系統中得到了預演，且可以直觀地觀察到設計三維效果圖，并以此進行設計上的查漏補缺和施工上的合理安排，非常具有現實意義。但是，本文章中逆向設計與建模過程的工作量十分龐大，或與筆者選取的BIM應用軟件不恰當、不適用于市政道路地下管網有關，但仍應關注到：市政管網等地下設施在進行逆向設計時，施工圖設計文件涉及專業分類較多（除本文介紹的雨水管網外，還有通信、照明、交安等），故數據過于分散且數據所需的中間處理環節較多，這些都導致了工作量的激增。因此更適用于此類項目的BIM應用軟件及更多的正向設計文件是很有必要的。