BIM技術在市政道路給排水設計中的應用

吳 瓊，辛 靜，王嘉毅

（中國市政工程東北設計研究總院有限公司，吉林 長春 130000）

給排水工程是市政道路工程中必不可少的一環，多屬地下隱蔽工程，運行時檢查維修難度較高，其質量甚至直接影響整個工程的使用壽命。BIM技術作為未來設計的主流方向，其先進的工作方式和高效、智能的特點逐漸在設計行業中凸顯。BIM技術能對整個市政道路進行數據整合，并模擬實現工程的數據整合，將其貫穿于市政道路設計、施工及運行的全過程，實現市政道路的集中化管理，能極大地提高工作效率。目前BIM技術在管線綜合優化、參數設計、數字建模、施工模擬等方面應用較廣，在市政道路給排水設計中使用BIM技術是發展的必然趨勢。

1 BIM技術概況

BIM（Building Information Molding）是以三維數字手段為基礎的建筑信息模型，用以表達詳盡的工程相關信息，目前國內建筑領域主要使用的BIM軟件有ArchiCAD，Revit等。BIM技術可用于市政道路給排水設計領域，但在應用過程中也出現了各種困難。BIM技術應用要結合項目實際情況，錄入項目相關信息，對工程進行三維建模，模擬施工動畫，以供市政道路技術人員及施工人員參考。BIM技術可結合參數變化，預測施工風險并提出預防及解決的措施，其在市政道路給排水工程方面的應用，規范了施工質量及施工流程，能為完善市政給排水構筑物的設計及施工提供有效的參考依據。

2 BIM技術在市政道路給排水設計中的優點

BIM技術是基于三維數字技術建立三維信息模型。對市政道路給排水工程的設計、施工和運行進行建模，要從對所需信息識別采集開始，明確信息的質量要求，對采集的數據進行處理及應用，實現BIM模型的建立。BIM在給排水工程設計過程中有仿真性、可視化、協同性、自動化及精確性等特點（見圖1）。

2.1 仿真設計，提高分析模擬能力

在市政道路給排水工程設計中，仿真設計能為后期的施工運行提供良好的指導，可以幫助設計人員在設計階段就能直觀地感受到工程的實際效果，方便設計人員進行方案論證和調整，及時發現問題，預防及消除工程隱患。BIM信息模型包含了豐富的信息，可為分析模擬提供數據支撐，以得出準確的模型信息，提高設計、施工的工作效率及工程質量。在市政道路給排水工程施工時，管道錯綜復雜，施工難度大、周期長，安裝時的準確性和協調性難度大，而BIM技術的仿真設計提高了分析模擬的能力，為施工提供了直觀準確的支撐，提高了設計和施工效率。

圖1 BIM技術的優點

2.2 可視化設計，明確表達設計意圖

傳統的設計只能反映二維空間要素，修改其中部分圖件后需一一修改其他相關圖紙。應用BIM技術時，只需在系統整體布局中修改就能有效完成所有修改工作，不僅減少了設計工作量，保證了信息的準確性，還能準確地表達設計的意圖，建立完整可視化的三維數字模型，直觀地反映工程完工的效果（見圖2）。隨著市政道路工程的發展，城市復雜市政工程增多，差異性工程增加，導致給排水工程也出現越來越多的奇異構筑物，此時BIM信息模型的可視化功能可以非常直觀地反映設計人員的意圖，幫助施工人員了解設計情況，提高施工效率和工程質量。

圖2 基于BIM技術的可視化設計

2.3 協同設計，提高設計效率

隨著城市建設發展，市政道路給排水工程規模越來越大、設計難度越來越高、設計內容越來越細、涉及專業越來越廣，僅靠個人、個別部門已無法及時、高效地完成給排水工程的設計工作。BIM技術可以實現不同人員、不同專業之間的協同設計，當設計人員對其中的部分內容做了修改后，其余設計人員能及時地看到修改內容，實現信息模型的實時更新；同時，BIM技術還可以設置協同權限，避免不同專業的設計人員對其他專業的失誤操作，當要修改其他專業領域的數據時，需要本專業技術人員的確定才可修改，從而實現多人、多專業的協同設計，極大地提高了設計效率。

2.4 參數設計，實現自動化修改

在給排水工程設計過程中，設計人員采用相同的數據庫和建模軟件，能實現工程的設計、創新和維護。在對工程參數進行設計修改時，能實現系統引擎位置合理協調，呈現工程所有合理狀態。比如在給排水設計中，對消火栓的布置狀況進行修改后，在消防設計及消火栓等的布置及數量均產生了合理的修改；在對管道的水力參數進行修改后，能實現管道其余部分合理的自動化修改等。

2.5 數據統計，精確計算工程量

在傳統設計中，市政道路的給排水工程量采用斷面方法估算，這種算法不僅浪費時間、誤差較大，而且易產生錯誤，在實際的修改中也很復雜，如在對圖紙進行修改后需重新統計所有的材料，工作量很大，嚴重影響了設計效率。BIM技術應用于給排水設計中，其模型具有精確的幾何數據，可以精確統計長度、面積、體積等工程量，精確計算道路工程中所需的土方工程量，并能精確地將需用的數據表現出來，不需要人工統計，減少了人為誤差，同時也提高了設計的工作效率和準確率。

3 BIM技術在市政道路給排水設計中的應用

3.1 在管線綜合優化中的應用

市政道路給排水工程設計非常復雜，大多屬于地下隱蔽工程，涉及了電力、天然氣、管道等多個系統，與給排水系統縱橫交錯，因此在設計中要綜合考慮各方面的因素，保證給排水系統管線的布設與其他系統互不影響，方便后期維護和施工。利用BIM技術可以直觀地顯示地下管線的三維位置及布設情況，幫助設計人員了解地下各管線之間的交叉情況、距離遠近等，避免了對其他系統的影響，同時也方便設計人員對管線設計進行調整和優化。

3.2 在參數設計方面的應用

BIM技術建模是建立在大量的數據參數的基礎上，設計人員運用BIM技術可以構建擬建工程的三維模型，進行工程量明細、水力計算等；當設計人員調整部分參數時，軟件可以自動調整其他相關參數，彌補了傳統設計的不足。例如在市政道路給排水設計中，平面位置參數的調整會影響空間數量參數的變化，利用BIM技術對工程量明細表進行實時更新，極大地節省了統計時間，提高了準確性和工作效率，也提高了設計質量，有利于設計方案的優化。

3.3 在數字建模方面的應用

在給排水工程BIM建模過程中，首先區分出管道類型，收集已有管線資料，了解其基本信息；然后構建三維數字模型，對模型進行可視化及碰撞檢測工作，對涉及交叉問題的管線進行優化調整；最后利用BIM技術統計各工程量及所需材料、施工機械配置等，對不同屬性的材料進行分類，實現快速準確的數據統計等功能，提高了給排水設計的工作效率和準確率，能預防和消除安全隱患，為施工提供準確的依據。

3.4 在施工模擬方面的應用

給排水工程不同于普通的建筑工程，屬于地下隱蔽工程，施工環境比較惡劣，不確定因素較多。而BIM技術的應用，給原本不確定因素較多的管道施工提供了可視化模擬，同時可以引入時間維度，能幫助工作人員合理地安排工程進度，有效地規劃施工和安裝進度；對各種不確定因素進行模擬，還能減少施工中的設計變更問題，增加各分包工程的協同作業，提高施工效率。

4 BIM技術在市政道路給排水設計中存在的問題

4.1 BIM技術對硬件要求高

BIM技術建模過程中需要諸多參數，在設計過程中會產生大容量的數據，這對計算機硬件及設計軟件的要求很高。目前給排水設計軟件多是在建筑BIM建模軟件的基礎上進行二次開發，每個專業分項工程的數據庫都很大，在建模過程中對處理數據的計算機的硬件要求較高，需要配置專門的計算機支撐設計工作。

4.2 BIM模型權限的問題

雖然BIM技術在不同專業、人員的協同設計方面有巨大的優勢，但對于集合型的管線設計來說，其在信息模型權限釋放和獲取方面比較復雜，相關專業的權限的獲取和釋放都需要通過平臺對其進行確認生效。

4.3 BIM技術人才匱乏問題

目前，大部分給排水設計人員主要使用ArchiCAD進行設計，對BIM技術相應軟件的應用較少，原因主要是設計人員本身的工作設計習慣影響和對BIM技術軟件的熟悉程度不高，以及設計任務的復雜程度高。并且，BIM建模技術相關的課程、教育培訓相對較少，BIM其他軟件也無法與廣泛使用的ArchiCAD圖件完美融合，導致BIM技術人才相對匱乏。

5 結束語

綜上所述，BIM技術在市政道路給排水工程中的規模化應用是行業發展的必然趨勢。隨著當下城市建設的快速發展，市政道路給排水設計的地位愈發重要，BIM三維數字建模技術在給排水工程設計中優點明顯，不但能提升設計人員的工作效率，減少人員誤差，還能降低設計人員的勞動強度、節省工作時間；同時還能提供準確的工程量計算等功能，針對不同的給排水設計問題給出合理的解決措施；通過建立可視化模型，能為工程施工提供準確的依據，引領給排水設計行業發展潮流，增加設計施工企業的經濟效益。