BIM在市政排水工程中的應用

王崇禎，馮文博，張巖

（中建交通建設集團有限公司）

1 引言

市政管線施工時，由于場地狹小，拆遷量大，且地下管線復雜，常規(guī)的二維平面的設計方式因自身技術條件的限制，難以清楚地表達設計理念，容易出現(xiàn)諸多錯、漏、碰、缺，既不能很好地滿足設計人員的需要，也不利于各專業(yè)間的數(shù)據(jù)匯聚，在與項目其他參與方溝通時產(chǎn)生諸多不便。在正常管線施工時，管線出現(xiàn)交叉碰撞往往采用有壓管道讓無壓管、支管避讓干線管、小口徑管避讓大口徑管、可彎曲管道讓不可彎曲管道、臨時管道讓永久管道的避讓原則。在此原則下，管線施工實際位置與設計圖紙不一致，存在誤差，且因市政工程“短、平、快”的建設性質(zhì)，利用BIM的信息技術“可視化”提前進行圖紙復核將大大地減少信息傳遞過程中的丟失及重建，并能幫助所有工程參與者提高決策效率和正確性。

2 工程概況

絳溪三線為城市主干路，長度約

9.954 km，城市道路紅線寬45m，項目屬于“短、平、快”的建設性質(zhì)；線路同步建設道路、雨水、污水、交安、照明、電力、自來水、燃氣、通信、再生水等管線。管線布置位置工作面較小，管線集中，工期緊張，交叉作業(yè)多，協(xié)調(diào)難度大，存在設計、施工過程中協(xié)調(diào)性差、整體性不強等問題。管線斷面布置見圖1。

圖1 管線綜合橫斷面圖

3 建筑信息模型（BIM）概念

隨著信息化的快速發(fā)展，基于BIM技術的項目管理方式應運而生，BIM技術可為實現(xiàn)設計、施工一體化提供良好的技術平臺和解決思路。BIM技術有別于目前的二維CAD設計，它以三維數(shù)字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數(shù)據(jù)模型，該模型是對工程項目相關信息詳盡、真實的表達。這樣的平臺不但加強了設計的協(xié)調(diào)性、施工的可行性，而且把協(xié)調(diào)和整體的目標貫穿建筑工程的整個周期。國內(nèi)外不少項目都進行了實踐，并取得了良好效果（見圖2）。

圖2 BIM技術設計效果

項目在BIM技術上主要應用體現(xiàn)在可視化、數(shù)據(jù)判誤、數(shù)據(jù)再利用自動制圖及與其他技術接口等五大方面。

4 工藝流程和操作要點

項目采用BIM技術解決方案，搭建道路、涵洞、地質(zhì)、市政管線等模型，借助BIM可視化效果表現(xiàn)手段，對全線進行BIM三維設計。從管線綜合圖紙復核、專業(yè)配合協(xié)調(diào)、設計變更協(xié)同、竣工圖制作等方面，革新傳統(tǒng)復核方法，使設計、施工方案與工程實際完美結合。

4.1 工作準備

①配備高性能電腦，確保BIM技術上線的硬件設施齊全。

②建模人員分析梳理施工圖紙，保留必備資料，剔除冗余部分，保持與設計人員頻繁溝通；熟悉建模軟件，研習軟件教程，規(guī)范建模流程，避免重復工作。

人祭的犧牲者“大多是罪犯、戰(zhàn)囚(俘虜)與兒童”。這種人祭的方式甚至在世俗世界也還要有繼續(xù)，比如戰(zhàn)爭的時候，戰(zhàn)斗之前的祭旗就是人祭，祭品往往是敵人或叛徒。

4.2 骨架線設計

項目嘗試用Revit軟件實現(xiàn)，具體操作如下：

①通過CAD原始圖紙導出坐標點數(shù)據(jù)，存儲文件為.XLS或.CSV的格式；

②處理數(shù)據(jù)庫文件，得出X，Y坐標點與X，Y，Z坐標點，并生成在井口位置的埋深信息值；

③在得出數(shù)據(jù)信息以后，采用Civil 3D的空間模型曲線的設計方式，分別完成地面線、埋深線；

④借助BIM軟件API接口，將勘察資料、圖紙資料直接轉化為三維模型，極大提升市政工程BIM建模效率。

4.3 模型構建及組合

市政工程項目隱蔽工程較多，反復開挖容易導致壓實度質(zhì)量波動，回填不均。在施工前，如果圖紙梳理程度不夠，施工先后順序顛倒，易造成淺管先埋下，深管再挖開；專業(yè)分包隊伍多，存在交叉施工，一旦出現(xiàn)錯、漏、碰、缺，易導致窩工費及工期延宕，提升項目成本。針對上述情況，一方面采用無人機進行實景建模，實現(xiàn)工程概覽，航拍圖片可以處理成點云，進一步構建地模，借助Civil板塊進行工程土方分析。對各構筑物進行分拆并構建模型，進行工程量統(tǒng)計，同時在建造過程中，借助revit軟件，對于個別重要、復雜施工部位，可精確模擬預演現(xiàn)場施工過程，減少因施工順序、施工技術不合理造成的返工和浪費。

4.4 碰撞檢測

模型按區(qū)塊分專業(yè)拼裝完成后，分析碰撞檢測的相關專業(yè)，為提高運行速度，控制參考文件的深度，卸載無關部分。

碰撞檢測內(nèi)容：管道與管道，管道與給排水附屬設施（檢查井、閥門井、箱涵等），附屬節(jié)點與道路結構層等，根據(jù)碰撞檢測結果調(diào)整工程設計。

對設計的調(diào)整，可以分為兩種類型，一種是BIM中直接調(diào)整，最后反饋到藍圖；另一種是在CAD中調(diào)整后，將數(shù)據(jù)導入BIM模型，重新進行碰撞檢測。

4.5 渲染與動畫制作

渲染內(nèi)容包括綜合管線各類型節(jié)點（內(nèi)部、外部、剖面、局部大樣），經(jīng)整理模型構建邏輯，分析專業(yè)之間依托關系有助于分清建模工作的主次輕重，梳理模型的獨立性與關聯(lián)性。

設定路徑時，應充分考慮總幀數(shù)與播放的關系，當總幀數(shù)及每秒幀數(shù)確定后，路徑應盡可能平滑，鏡頭轉換過渡平緩。

5 建模結果及效益

設計和施工階段應用BIM技術可使各個環(huán)節(jié)配合得更好，降低圖紙出錯率、減少質(zhì)量事故、增加項目的透明度和可控性等。

5.1 設計階段

1）BIM能夠完成建筑概念設計、擴初設計及施工圖設計

三維模型建立后，可以隨意生成平、立、剖三維圖紙，所以在圖紙修改過程中，設計師主要關注現(xiàn)實設計的要素，而不用維護平面圖、立面圖、節(jié)點圖等對應關系，這大大減少了圖紙差錯率。

2）虛擬現(xiàn)實的設計

施工之前的設計施工圖階段，利用BIM已進行了虛擬施工體驗，把可能產(chǎn)生的錯誤或問題均解決了，對整個工程來講，付出的代價最低，這也是BIM的價值所在。

5.2 施工階段

①模型較為清晰地反映各專業(yè)設計方案之間的關系，體驗了不同組裝架構模型的可操作性與實用性。

②通過利用BIM模擬施工，在虛擬環(huán)境中體驗建筑施工過程，排除可能產(chǎn)生的問題，對復雜的重要項目尤為適用。

③通過管線碰撞，進一步解決了專業(yè)會簽后疏忽的小部分問題。

④根據(jù)總裝模型，預判施工先后順序，在施工組織與管理中進行了實際應用，起到工程輔助優(yōu)化的作用。

⑤在模型構建過程中，充分感受到協(xié)同工作的重要性，無論是建模還是設計，協(xié)同是避免“設計盲區(qū)”和“錯漏碰缺”的重要手段。

⑥確保地下管線安全，避免因地下管線，在施工時修改設計，造成人、財、物浪費，延誤工期，并為后續(xù)竣工圖提供有利保證。

⑦目前在市政管線方面，鴻業(yè)對平縱出圖及制圖效率仍然遠超BIM；但對管網(wǎng)綜合，BIM提供了更好視角，在審核審定階段效率更高，同時建模完成后，BIM解決問題的方式更能適應現(xiàn)場的需求。

5.3 材料和造價

由于建筑信息模型包含了所代表的建筑物的詳盡信息，因此，制作各種材料表、綜合表格等十分容易，為建筑信息模型的進一步應用創(chuàng)造了條件，如利用這些表格進行概預算，向建筑材料供應商提供采購清單等。另外，BIM增加了工程項目的透明度，為規(guī)范建筑市場、防止偷工減料發(fā)揮了作用。

6 結語

隨著技術的發(fā)展，目前推進BIM，依托模型對工程設計進行分析，有效地解決了傳統(tǒng)設計、施工過程中存在的問題，提高了工作效率。友好的可視化界面和數(shù)據(jù)庫處理能力，使其可以以一種更為直觀的方式去應對施工過程中存在的問題。結合上述分析，針對市政綜合項目，在工期緊、任務重、設計專業(yè)多的背景下，既想保證工程設計安全可靠，又要多快好省的進行施工，保證收益的最大化，依托絳溪三線道路工程總承包項目中利用BIM在排水管道工程中的應用實例，再次證明將BIM技術應用在市政排水項目，既能提高項目整體施工水平，又能促進我國建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展。