BIM技術在市政水廠復雜構筑物設計中的應用研究

劉耀龍 吳敏

摘 要：針對市政水廠中活性炭濾池間處理量大，結構多樣化，工藝流程復雜，質量控制嚴，建設進度緊，信息化管理要求高等特點。基于Revit及Navisworks平臺，通過建立可視化、仿真度高的三維BIM模型，進行管線碰撞檢查，施工虛擬模擬，動態漫游等技術應用，可有效驗證設計成果的一致性、合理性，進一步提高現場的施工效率，為市政工程水廠BIM技術應用提供了借鑒。

關鍵詞：市政水廠;BIM技術;碰撞檢查;施工效率

中圖分類號：TU17;TU99 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）01-0130-03

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）是以建筑工程項目各項信息的集成為基礎，將各種項目信息整合在一個三維模型的數據庫中。項目各參與方包括設計，施工，安裝，建設方等都可以基于BIM進行協同工作，有效提升工程的設計、施工水平，從而進一步提高工程質量和投資效益[1]。

市政水廠中構筑物與其他工程設計明顯區別在于通常具有結構形式多樣，工藝流程復雜，周期長，多專業協作，多地下工程，室內外管線布置復雜等特點。傳統的二維圖紙不具備極高可視化性能的技術，難以將復雜的設計呈現出來，對設計的一致性進行驗證，從而進一步指導現場施工。

目前，基于BIM技術的有效運用，通過將二維圖紙與三維圖紙進行快速轉換，可以將BIM技術的可視化，可模擬，可優化，可制圖等優勢展現出來，同時還可以將三維模型以一個更加直觀的視角展現給各參與方，從而達到對設計準確性進行驗證，加快施工效率，提升項目的工程質量的目的[2]。

本文基于Revit及Navisworks平臺，結合市政水廠工程的特點，對某污水處理廠中活性炭濾池間進行BIM設計，探討BIM技術在市政水廠復雜構筑物設計中的應用。

1 基于Revit及Navisworks平臺BIM模型

BIM的特點及優勢是協同化設計，即一個項目由一個完整的團隊來共同完成，整個項目的所有信息從開始設計時，就存放到一個共享平臺。所有項目成員都可以隨時進行查看和使用。整個協同化操作的最終目的是為了使各個專業之間配合更加密切，信息傳遞流暢，并且準確，減少無用功，實現工作效率的提升[3]。

目前基于Revit平臺可以高效地進行BIM三維模型創作，建筑、結構、工藝、電氣等各專業人員均可從BIM三維模型中提取所需的信息，并且將這些信息進行統一。基于BIM三維模型，同時應用Navisworks平臺可以實現碰撞檢測、虛擬施工、動態漫游等一系列工作，從而提高設計及施工的準確性[4]。

2 工程概況及項目特點

2.1 工程概況

東部省某市政污水處理廠工程建設規模為10000m3/d，整個工程建設項目包括深度處理間、綜合樓、活性炭濾池間，細格柵間、污水池、泵房等構筑物。其中活性炭濾池間為兩層的半地下鋼筋混凝土結構，單體工程量大，內部空間布局緊湊，結構復雜，長度81m，寬度48m，高程157.50，總體高度14.5m，本文基于Revit及Navisworks平臺對活性炭濾池間進行BIM設計。

2.2 工程施工難點

2.2.1 工程量大，結構復雜

本構筑物屬于半地下工程，深度較深，工程量大，管道交叉頻繁，不利于現場的組織施工。同時根據工藝要求，池體內部局部出現上下多格水池，內部管道走向復雜，池底與地面設置上下連通樓梯，底板布置設備工藝設備較多，整個單體施工難度大，容易造成漏缺、工程返工、管道碰撞等質量問題。

2.2.2 配合專業較多

整個單體項目涉及結構，暖通，建筑、電氣、工藝專業。每個專業之間都需要共同協調設計方案，整個設計過程中存在方案調整，修改的過程，設計圖紙是否符合現場施工要求還有待進一步驗證。

2.2.3 工期緊，目標高

與其他工程相比，市政水廠工程項目通常結構比較復雜，體量大，參與方眾多，且一般為政府主導項目，工期要求更為緊張，建設方對混凝土成型精度要求較高。

3 BIM技術應用策劃

整個BIM設計過程首先需要制定適用于本項目的一系列BIM技術標準。基于上述標準，由項目負責人總體協調、統籌建筑、結構、工藝、暖通、電氣等各專業之間的配合工作，將BIM技術應用成果規范化，協調解決工程設計中可能出現的問題，提前對BIM技術進行應用策劃。圖1為本單體的BIM實施技術路線。

4 BIM技術應用分析

4.1 模型構建要求

由于該構筑物結構復雜，各專業工程技術人員在BIM三維模型構建之前需要做如下準備工作。

（1）各專業包括建筑、工藝、結構、電氣需要通用的項目樣板，模型軸網，比例，標高等其他參數統一。（2）采用多用戶模式工作，每個工程技術人員負責自己相對獨立的區域互不干擾。（3）簡化場地地形，不考慮地形起伏的影響，基于Revit平臺直接建立場地。

4.2 族庫的創建

Revit中可以實現各類參數化族庫的創建，從而提高工作效率，以活性炭濾池間池壁防水鋼套管為例，該活性炭濾池間有多種不同直徑的穿墻防水鋼套管，建模過程中如果每個都創建，不僅耗時耗力，工作量大，而且隨著后續模型不斷的修改，重復修改的工作量大，占用時間較長，造成工作效率低。因此，考慮到上述問題，BIM設計過程中可以事先建立一個防水鋼套管的族，根據其屬性特征賦予不同的參數，在需要創建不同直徑鋼套管時只需要修改所定義的參數即可，無需重新定義模型，需要新建時重命名就可以創建另一種鋼套管，節省大量工作時間。

首先需要創建一個公制樣板的族，然后對各參數化族定義子類別。需要對可見性進行設置。然后后根據設計圖紙按比例進行繪制。實際設計過程中，可根據不同專業的需要，建立各自需要的參數化族庫。在需要創建不同尺寸時修改相應的參數，即可滿足本工程的實際化需要，也可為今后同類工程的快速建模所用。

4.3 模型建立

基于建立好的各專業參數化族庫，各專業技術人員在Revit平臺上對活性炭濾池間可以進行一系列的建模操作，包括池壁，頂板，室內樓梯，欄桿，管道，設備布置等工作，最后各專業在同一平臺上進行模型組裝，完成最終模型的創建。圖2為活性碳慮池間BIM整合模型。實際建模過程中如果有其他項目的模型文件也可以通過Revit進行整合。

4.4 碰撞檢查

單體工程活性炭濾池間包含大量的管道敷設、安裝工作等，傳統的二維設計，即使對圖紙進行深化設計，也只是簡單的將各專業平面進行簡單的疊加，各種系統管線的位置準確性難以保證，因此，設計碰撞的問題沒有從根本上得到解決。在實際現場施工時，往往會發生已完成的工程，發現漏管，管道安裝位置錯誤，管道相互碰撞等情況。此時的變更需要消耗大量的人力和物力，嚴重影響了現場的工程進度。

Revit自帶碰撞檢查的功能，基于各專業模型應用BIM技術進行沖突檢測，可以在施工前期預先檢查各類管道之間的碰撞，高效快速地自動生成碰撞檢測報告，工程技術人員可以根據檢測報告中的碰撞信息對碰撞部位進行分析及修改。整個碰撞檢測流程如圖3所示。

如圖4為基于Revit平臺建立的三維內部管道安裝BIM模型，將BIM模型轉入到Navisworks后，圖5為BIM模型下檢測出的管道碰撞問題，以及優化后的模型方案。

4.5 虛擬施工

大型污水處理廠中復雜構筑物普遍空間布局緊湊，現場施工交叉作業多，往往導致現場工程建設施工組織難度較大，為此，可以應用BIM技術進行4D施工模擬，對現場的施工組織進行優化部署，從而實現現場各施工工序，機械設備、勞動力等資源合理配置。

在Revit菜單中附件工具中外部模塊Navisworks2016，通過生成同名文件NWC文件，將其文件導入到Navisworks，采用Project編制詳細的進度計劃，然后將模型與Project進度相關聯，通過Navisworks中的TimeLiner功能，可以實現三維施工進度模擬演示（如圖6所示），實際施工中的可能遇到如管線碰撞、構件安裝等問題可以提前發現并且避免。通過采用虛擬施工技術，還可以對現場最佳施工方案的制定提供輔助，從整體上提高施工效率，消除現場施工的安全隱患，有效降低施工成本與時間耗費。

4.6 Navisworks動態漫游

基于Navisworks平臺通過動態漫游功能可以對建好的BIM三維模型進行自由的模擬查看，可以在構筑物內全方位地觀察各個部位的細節，不僅可以發現其中的問題，還可以進行實地模擬測量，圖7為漫游動態效果圖，此操作過程不僅可以隨時感受建筑內外細部效果，還能以動畫的方式將三維的漫游過程輸出成MP4等其他格式供參建方共享。

5 結論

本文基于Revit及Navisworks平臺針對某大型污水處理廠中復雜構筑物進行BIM技術應用分析，得出如下結論。

（1）通過建立BIM三維模型，可以實現管線碰撞檢查，設計優化布置，可以有效解決設計中不易發現的問題，減少因構件碰撞而發生的變更問題，從而推動設計工作的順利進行，有效地減少了設計錯誤傳遞到施工階段，保證了工程質量。（2）基于BIM技術的應用表現出的可視化優勢，通過對關鍵施工工序的模擬，動態漫游，可有效提高現場的施工效率，降低施工成本與時間耗費。

綜上所述，基于BIM技術可以有效的提升大型污水處理廠中復雜構筑物設計過程中的準確性，以及出圖效率，為今后市政工程的順利開展奠定基礎。因此，BIM技術在市政工程領域內的應用具有良好推廣價值。

參考文獻

[1] 卜彩華，張俊，劉光遠，等.淺談項目設計階段的BIM應用概況[J].建筑熱能通風空調，2017，36（09）：82-84.

[2] 何關培.BIM和BIM相關軟件[J].土木建筑工程信息技術，2010，2（04）：110-117.

[3] 徐忠天，陳偉.淺談BIM技術在建筑工程管理過程中的應用[J].土木建筑工程信息技術，2016，8（04）：89-93.

[4] 杰德爾別克·馬迪尼葉提，牛志偉，蒯鵬程，等.基于Revit及Navisworks軟件的泵站BIM模型及其應用[J].水電能源科學，2018，36（06）：92-95.