BIM技術應用于市政工程管線綜合優化*

陳 紅，曾偉鑫

BIM技術應用于市政工程管線綜合優化*

陳 紅1，曾偉鑫2

（1. 深圳職業技術學院 機電工程學院，廣東 深圳 518055；2. 深圳市華陽國際城市科技有限公司，廣東 深圳 518000）

建設工程領域信息化設計、精細化施工需求越來越迫切，促使BIM技術在我國工程領域的應用不斷深入．文章以廣州萬達主題樂園管線綜合優化項目為例，通過BIM技術在市政工程管線綜合優化應用中的實踐，分別從強弱電、給排水各系統3D建模技術、管線綜合碰撞檢測、高程精確調整與路由優化等方面，呈現市政工程管線綜合BIM技術應用的流程、方法和成效．解決傳統2D設計精確“控制高程”難的問題,從而減少不必要的返工和資源浪費．

Revit；市政工程；管線綜合

市政工程建設是所有城市配套基礎設施的建設，即道路（含橋梁、隧道）、排水、電力、自來水、燃氣、通訊、照明、場平工程，簡稱“七通一平”．管線綜合就是通過強電、弱電、給水、排水等各專業設計、施工規范貫徹和溝通，提前解決各專業之間管道與管道、管道與結構之間在平面走向、立體交叉時的碰撞問題．傳統市政管線設計是將各專業獨立完成的管線2D設計圖紙匯總到管線綜合專業，在總體規劃各專業管線的空間位置，交叉口“控制高程”（上極限或下極限，區間），管線與其他工程設施的距離后，直接進入施工階段．管線綜合調整一個交匯點處滿足各專業控制“控制高程”條件后，難以避免管線高程調整帶來的“連鎖反應”，很難對管線進行全面的精準優化[1]．

廣州萬達主題樂園位于花都中軸線北端，總用地面積約60.91萬平方米，園內分為千年商都、海上絲路、五羊傳說、南越古國、夢幻花園、嶺南印象共6個主題園區．主題公園用地59.61萬平方米；宿舍及酒店配套設施用地1萬平方米；消防站用地0.3萬平方米．本項目管線綜合設計包括沿市政道路及其兩側綠化帶敷設的電力、弱電、排水、給水各專業系統，管線多、線路長、交匯點多．采用BIM技術進行管線綜合設計，各專業管線在同一模型空間設計，建立帶有屬性信息的3D模型，從設計技術和工作方式上減少和避免錯、漏、碰、缺等設計缺陷[2]．

廣州萬達主題樂園管線綜合優化設計項目，采用Autodesk公司的Revit和Naviswork軟件技術協作完成．Revit具有參數化3D建模、2D出圖和工程量報表等功能，Naviswork具有模型輕量化、漫游、動畫（施工）模擬、碰撞定位問題報告等分析功能．

1 創建參數化族構件

Revit參數化3D建模，除用到Revit軟件自帶的“系統族”、標準“可載入族”構件外，必須根據實際項目需要，創建專用關鍵構件的“可載入族”．本項目需要創建電纜人（手）孔井、電力排管、排水檢查井三類關鍵構件的“可載入族”．

1.1 創建電纜敷設人（手）孔井族

《電力電纜設計與安裝》07SD101-8設計規范要求[3]：（1）高壓電纜線路、低壓主干線路，排管根數大于10根的弱電主干線路宜設置人孔井，其它部位宜采用手孔井．電力電纜敷設在線路轉角、分支、敷設方向及標高變化處設置電纜人（手）孔井；（2）電纜人孔井的凈空高度不應小于1.8 m；電纜手孔井的凈高度為1.1 m；（3）人孔井在底部設集水坑，采用臨時移動排水泵排水．手孔井排水優先采用排水管以1%的坡度就近引入雨水井；（4）電纜人（手）孔井設置在道路及硬質鋪裝上面時，需做雙層井蓋．除道路和鋪裝部位外的電纜井井蓋標高需高出完成面10 cm．

按照設計規范、電纜人孔井的大樣圖，通過Revit族建模功能，創建手孔井和人孔井（直通井、三通井、四通井、直角井、轉角井）6個類別的“可載入族”，如圖1所示．

Revit創建的參數化的電纜井族，可以根據規格尺寸（表1：直通井），修改模型參數，快速生成工程項目所需要各個規格尺寸電纜井，如圖2所示．“可載入族”具有高度的可自定義性，同一個族中的不同圖元的部分或全部屬性（參數）可以賦予不同的值，形成模型系列，這正是管線綜合參數化優化設計所需要的．

為了方便區分強電井與弱電井，在創建電纜井族的時候，在電纜井的井蓋上添加文字說明參數，方便選擇強電或弱電文字標注來標識電纜井模型．

1.2 創建電力排管族

設計規范參數要求：（1）室外排管選用重型PVC管，強電管徑一般采用150 mm；弱電管徑一般采用110 mm，電纜敷設最小半徑不小于15D，進戶預埋管采用104無縫鋼管．排管頂部距地面覆土不應小于0.7 m；（2）排管安裝時，應有傾向人（手）孔井側不小于0.25%的排水坡度；（3）排管溝底部應墊平，并應鋪設不少于80 mm厚的混凝土墊層．

當電力（強電、弱電）排管位置確定，電力排管溝的位置隨即確定，因此電力排管溝建模時，只要創建電力排管模型，無需添加電力排管溝，以減少建模工作量，提高工作效率．

根據電力排管溝的大樣圖以及電纜排管組合方式（如圖2a、b），可以看出電力排管數量不同，排布方式就不同，既而電力排管溝的大小尺寸也就不同，因此電力排管族按照電力排管的數量創建．以10孔電力排管溝為例，排管數量為10根的排列方式為兩行，每行有5根電力排管，每根電力排管的直徑為150 mm，混凝土墊層厚度為100 mm，創建強電排管族，如圖2（c）所示．同樣步驟，可創建弱電排管族．

圖1 電纜人（手）孔井族

表1 電纜人孔井（直通井）規格表

1.3 創建排水檢查井族

國標圖集《排水檢查井》06MS201-3設計規范要求：（1）污水管道均采用1000圓形磚砌污水檢查井；（2）雨水管道DN300～DN500采用1000圓形磚砌雨水檢查井，DN600～DN800采用1250圓形磚砌雨水檢查井，DN900～DN1000采用1500圓形磚砌雨水檢查井；（3）雨水管道DN1000以上、埋深在3m以下采用矩形（扇形）直線檢查井；DN1000以上，埋深在3 m以上采用矩形（扇形）直線混凝土雨水檢查井．

根據排水檢查井大樣圖，分別創建參數化雨水（圖3）、廢水、污水排水檢查井族，其尺寸類型與大樣圖的尺寸相對應．排水檢查井具有多種規格尺寸，類似電纜井族，應用Revit參數化技術，不需要一個個創建幾何形狀相同、規格尺寸不同的構件，只需要參照一個尺寸的排水檢查井大樣圖創建參數化的族．在需要不同規格尺寸的檢查井時，編輯排水檢查井族的類型參數，即可快速生成所需要規格尺寸檢查井的3D模型．

圖3 排水井族

2 創建管線模型

為了更好的識別各專業管線進行管線綜合優化，建模時分別創建各專業管線過濾器，并按照企業標準設定各專業管線顏色，因而在視圖上可以非常方便地通過顏色區分各類管線．

2.1 電力管線建模

強電管線平行于道路紅線敷設，位于非機動車道和人行道下，減少與機動車道的交叉穿越．園區共設置3個總高壓電房，在各區域共設置12個變配電房．強電管線設計包括園區范圍內總高壓電房及變配電房的高、低壓進出管線．

首先通過Revit軟件鏈接強電管線2D總平面圖和豎向標高平面圖，根據強電管線總平面圖確定強電電纜井的位置及類型尺寸；根據豎向標高平面圖確定地面高度．按照設計規范，除道路和鋪裝部位外的電纜井井蓋標高需高出完成面10 cm，結合豎向標高平面圖，即可確定強電井的高程，放置強電電纜井．

當強電井布放完成后，可根據強電管線總平面圖放置強電排管．建模中，采用強電排管溝覆土層為1 m來預設高程，如有調整需求，可結合電井的凈空深度進行上下調整，但仍應滿足覆土層不小于0.7 m的設計規定．參數化的強電排管分支節點3D模型，如圖4所示．

圖4 強電排管分支節點3D模型

2.2 弱電管線建模

弱電管線設計范圍包括：指揮中心、數據中心機房至各主題園區分控室的弱電管線，各分控室至各主題園單體建筑的弱電管線．園區共設置7個控制室，在后勤區指揮中心設置1個總控室，其他6個主題園區各設置1個分控室．應用Revit創建弱電管線模型方法與類似強電管線模型創建方法．

2.3 排水管網建模

園區每個組團設置1～2路污水干管，收集各單體的污水后排入市政污水管網；主要路由選擇綠地為主，污水干管和市政污水接戶井采用管中平接的方式；污水管管徑采用DN300～DN400，設計坡度0.3%；整個園區設置16個污水出口．

園區每個組團設置2～3路雨水干管，主要路由選擇綠地為主，收集各單體地面的雨水后排入市政雨水管網．園區的雨水干管和市政雨水接戶井/箱涵采用管中平接的方式．雨水工程總的匯水面積約為60萬平方米，經計算最大一個區域的匯水量=2356L/s，設計管徑DN1400，整個園區的雨水工程采取滿流設計，采用雨水管管徑DN500～DN1400，設計坡度0.2%．根據市政道路的走向及市政雨水管網的資料，整個園區設置20個雨水排水出口．

設計規范要求：DN500以下排水管道采用HDPE雙壁波紋管；DN500以上排水管道采用Ⅱ級鋼筋混凝土管．排水管頂覆土層小于0.7 m時，過消防車道處要設管溝保護．

首先，應用Revit鏈接排水總平面圖，根據排水管道類型和尺寸確定排水檢查井的類型尺寸，再按照排水檢查井的頂標高和底標高，布放排水檢查井（檢查井井蓋平鋪路面處裝路面，非鋪裝路面處井蓋高出地面50 mm）．為了方便后續模型檢查，在放置排水檢查井時即刻標注其頂標高和底標高．

然后，布放排水管，創建排水管網．排水管為重力管，存在坡度，因此應注意排水的傾斜方向；同時排水管管壁應盡可能的貼近排水檢查井的底端，減少排水檢查井內積水的可能性，如圖5所示．

圖5 排水管壁貼近排水檢查井的底端放置

2.4 給水管網建模

給水管網包括市政供的生活用水系統、湖水補水的雜用水系統和各單體的生活用水室外埋地給水系統．生活用水系統水源為市政自來水，本項目在西面有DN1000的自來水管，在北面有DN500的自來水管，從這兩根市政給水管各引入1個DN300的給水接口．雜用水系統水源為園區西北面的河水，雜用水系統供湖水補水、場地綠化、洗地．室外埋地生活給水系統設置了1套市政壓力供水環管（DN300）和1套變頻加壓供水環管（DN200），各單體建筑按建筑高度的不同，各自在不同的供水環管中引入生活用水至室內．給水管道埋深滿足車行道管頂覆土不小于0.7m要求，在沿線最高處設置放氣閥，管道盡量沿綠化帶敷設，并在沿線街區的適當位置預留接戶閥門井．

室外給水消防干管環網敷設，環網管管壁間距為500 mm，覆土層不小于1 m，當管線避讓時出現覆土層不夠等情況，應記錄說明此處覆土層不夠，并采取加封包固等措施．根據給水總平面設計圖和豎向標高圖確定給水環管的位置（排列順序）與埋設深度，創建給水管網3D模型，局部模型如圖6所示．

圖6 給水消防干管環網3D模型

3 管線高程精確調整與路由優化

3.1 強電—弱電排管溝優化

應用Navisworks軟件，導入Revit強電與弱電管線模型，進行強電與弱電管線間的碰撞檢測，可快速檢測出強電排管與弱電排管發生交叉碰撞，如圖7（a）所示．在平面圖紙上由于無法準確知道該排管的埋設深度，無法確定此處是否存在碰撞．

依照設計規范，人孔井內具有一定的凈空深度，排管可根據情況上下調節高程．當強電排管與弱電排管發生碰撞時，按照管線避讓原則，管徑較大的向下調整，因此優先將強電排管向下調整，并保證排管滿足覆土層不小于0.7 m的要求．在Revit中，下調此處碰撞點的強電排管高程后，再將模型重新導入到Navisworks中，即可發現碰撞點已排除，如圖7（b）所示．

3.2 強電—弱電—排水管溝優化

當強電排管優先下調埋設深度，避讓弱電排管后，如圖8（a）所示，強電排管又與排水管發生交叉．借助BIM技術，及時發現了管線高程調整帶來的“連鎖反應”新碰撞問題．

由于排水管屬于重力管，按照設計原則，其他管線與排水管碰撞時，應主動調整避讓排水管．因此當電力排管與排水管線碰撞時，如圖8（b）所示，適當下調強電排管這一側的弱電排管的埋設深度，抬升此處強電排管的埋設深度，即可解決“強電—弱電排管碰撞”調解引發的“強電—排水管”連鎖碰撞新問題．

3.3 給水環管—排水管優化

按照國家規范，給水管盡可能排布在綠化帶或人行道下方，與建筑物和其他管線的水平間距需保持一定的距離，減少給水管埋設于永久道路下方的次數．建模時，給水管偏向道路側，避開排水井．但在優化過程中，發現給水管卻處于永久道路下方，不利于后期檢修及更換，如圖9（a），并出現給水環管穿過排水井．

市政給水管屬于有壓管，在與其他管線發生碰撞時，應優先避讓其他無壓管線．因此，將給水管調整到綠化帶上，改變給水環網管的路由，也減少了與排水管交叉的可能性，如圖9（b）所示．同時也不影響其他管線的排布．

圖9 給水環管—排水路由

4 結 語

應用BIM技術，對廣州萬達主題樂園進行全專業的市政管線綜合協同設計，不僅為業主創建了與實際施工符合的電纜井和排水井族，為后期施工提供3D可視化的管線模型和數據；同時在市政管線綜合方面幫助設計方發現碰撞問題共150處，并解決碰撞共60處，協助設計方解決50處，遺留碰撞問題40處．將在施工階段才能發現的問題前置到設計階段，更早的解決，減少工程返工量，贏得業主的認可．

BIM技術的應用是對設計手段和施工理念的一種轉變和改進，極大地提高了市政工程設計中的高效化和信息化．但是也有許多不盡人意之處，如業主方和施工方缺乏對BIM技術的全面認識，會導致BIM施工管理容易出現重重阻礙．還有技術上，眾多的BIM軟件以國外進口占主導，沒有一款國產軟件起主導地位；市面上的運維平臺也不夠成熟，還需要大量的二次開發．

[1] 孫同謙，徐崢．BIM在市政管線綜合中的應用[J]．中國給排水，2014，30（12）：77-79．

[2] 張新蘭，李顏強，李文江．積極推進BIM設計技術在市政工程中的應用[J]．中國給排水，2013，29（6）：63-67．

[3] GIBT989-2007中華人民共和國建設部標準．《電力電纜井設計與安裝》圖集號07SD1001-8[S]．

Application of BIM Technology in Comprehensive Optimization of Municipal Pipelines

CHEN Hong1, ZENG Weixin2

（）

As the demand of building design information and fine construction is more and more urgent, the application of BIM technology in the engineering field has become an inevitable trend in China. Through the practice of BIM technology in the application of optimization of municipal engineering pipelines comprehensive, this paper presents the process, methods and effects from the aspects of strong and weak power system 3D modeling technology, and water supply and drainage system 3D modeling technology, integrated collision detection, precise adjustment of pipelines elevation and optimization of pipelines routes. Solving difficult problem of the traditional 2D design accuracy “control elevation” will reduce unnecessary rework and waste of resources.

Revit; municipal engineering; pipeline comprehensive

TU17；TU990.3

A

1672-0318（2021）05-0009-06

10.13899/j.cnki.szptxb.2021.05.002

2021-02-19

廣東省教育廳2018年高職教育質量工程校內實踐基地建設項目，智慧樓宇與能源管理公共實訓中心部分研究成果．

陳紅，女，湖北武漢人，教授，研究方向為BIM技術應用、自動化裝備開發、功能材料應用與控制．

（責任編輯：王璐）