基于BIM技術的陜西不同地勢農村給排水研究

羅林，蘭景賢，丁恩習，池小昌

（西安培華學院，陜西 西安 710125）

1 陜西農村排水現狀及存在問題

1.1農村排水現狀

中央和相關部門針對農村環境治理和生活污水處理先后制定出臺了《農村人居環境整治三年行動方案》《關于加快制定地方農村生活污水處理排放標準的通知》《農村生活污水處理設施水污染物排放控制規范編制工作指南（試行）》《農村生活污水處理工程技術標準》一系列政策文件，根據各地區不同社會經濟和環境的發展現狀，加快推進農村人居環境整治，進一步提升農村人居環境水平，科學合理確定和分類制定農村生活污水的排水方式、排放去向和相關污染物控制指標等提出了明確的規定，并已有包括陜西省在內以及30個省（區、市）印發了地方標準規范。

1.2 農村排水存在問題

水是生命之源，供水管網的建設與當地居民的生活用水質量和農田灌溉用水保障息息相關。此外，陜西大部分農村僅有雨水管渠，無污水管網，各農戶廚房污水直接排至雨水管渠，家用衛生間基本也是在旱廁旁設化糞池，定期住戶自行雇傭人員清掏。雖然有農廁改造工程，但也往往流于形式，并沒有建立污水管網與污水處理系統。

因此，研究適合陜西地貌的農村污水排放處理系統，可以保護農村周邊水體不受污染，改善土壤環境，也可為推進美麗宜居鄉村建設提供參考。

2 陜西農村不同地勢排水的研究方向

2.1 村落分布特征

陜西主要的地勢村落可分為：陜北丘陵溝壑區、關中平原、陜南秦巴山區等。在丘陵溝壑區，因其地貌環境深處千溝萬壑，不同坡地以及不同坡向、不同坡位的氣候條件也不相同，人們長期與環境作斗爭，在關中平原區，因西高東低的地勢特點以及降雨時空分布不均勻的氣候特點，導致農民在生活用水和農業灌溉用水方面產生不便。在秦巴山區水資源的優勢與當地經濟的發展一直不相匹配，深處山區，當地豐富的水資源卻沒有被充分利用，在南水北調工程中，受經濟和環境的雙重制約，水資源開發不協調。

2.2 農村污水排放問題

在2019年4月中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《農村生活污水處理工程技術標準（2019）》要求農村生活污水收集采用分流制，農村生活污水收集及排放系統包括農村庭院內的用戶污水收集系統，農戶庭院外的污水收集系統和污水處理設施出水排水系統。污水管道及其坡度也要根據排水量及其流速確定，而污水管道設計也有明確規定。

農村生活污水的排放方式主要有：通過污水集水管道排入周圍的河道、通過明溝排入周圍的河道、直接潑灑到地面等三種方式。大部分農村生活污水都是粗排放型，很少有完善的污水管道收集系統，房屋與房屋之間的污水排放并沒有集合到一起，大多數都是以個體排放為主。基本都是沒有經過任何處理，直接由明溝暗渠等渠道排入周圍河流。據調查，農村住房大部分都是自建房，房內的排水系統并不完善，污水管道和雨水管道并沒有詳細的區分，排水分流管道材料和管徑不標準，未按圖紙和規范施工現象普遍存在。在考慮到經濟成本下，給水管道尺寸不符合要求的情況時常發生，所以日積月累，農村自建房漏水和滲水現象頻頻發生。污水處理技術選擇不到位，現階段適用于農村污水處理主要有MBR、綜合生物處理、凈化槽等三種工藝，很多村落并沒有因地制宜地選擇污水處理技術，導致環境的污染。

2.3 小管徑排水系統

小管徑排水系統，通常指水管內徑不超過200 mm，主要用于收集截留池的粗過濾或化糞池給水中水池部分等的排水系統。該排水系統具有管徑較小、連接附屬設備簡單等特點，使其在不同農村的不同地勢下更具適用性。中國在城市建設中利用小管徑排水系統較多，但農村對于小管徑排水系統的應用還是比較欠缺。因此，研究通過對不同地勢的農村村落的排水情況進行其特點分析，并根據現有的排水設計規范—《建筑給排水設計規范》和《室外排水設計規范》，為不同類型農村使用小管徑排水提供方案，以改善農村排水現狀。利用BIM技術創建管內流體體積模型，模擬不同地勢下重力流對排水管道的壓強，分析其在不同流速下對管壁產生的壓力規律，為構建符合農村排水特點及農村經濟情況的污水收集系統提供參考。

3 BIM技術在農村給排水中的應用

目前中國應用BIM 技術在給水排水中主要利用revitMEP等軟件進行三維機械碰撞模擬，對于具體的給排水項目正向設計較少。在國家的鼓勵新技術的發展背景下，BIM技術人才逐漸增多，但能充分利用到施工設計中的應用型人才還是較為缺少。只是停留在項目周期性管理階段，在面對具體給排水管道施工，面對特殊情況時很少能進行施工指導。經過查閱相關文獻可知，BIM技術在農村給排水的應用主要有管道布局設置和管材用量統計以及該技術的二次開發。

3.1 BIM技術對于管道的布局設置

在先前提到的陜西三大地勢的特征，所處地勢和環境不同，因此對不同地勢的給排水管道布局也應該不同。以往的管道布局設置，都是老一輩工程人的經驗來進行規劃設計，這樣做不僅費時費力，經濟的投入也會大大提高。使用BIM技術下的一系列軟件可以大大優化這一方面，以revitMEP 軟件為例，模擬對不同管徑（DN200以下管徑的小管道）、不同地勢情況下的排水管網管道布置，將農村自建房的用水設備相關聯，設置好基準點，利用軟件內部的生成布局，分析出最適用于當前房屋的給排水布置圖。對房屋與房屋之間的管道連接布局也可以使用這款軟件進行生成布局，自動計算出最經濟合理的給水排水路線。對不同的主干路，同樣也可以手動選擇管道的材質和半徑，也可以任意添加水管配件，進行支路的增添。以往的二維設計不能完全考慮到空間的重疊和碰撞，利用revitMEP軟件從排水管道工程布局中查看三維可視化，進行管道碰撞和交叉問題檢查，以便進一步修改，避免施工過程中的返工誤時現象。

3.2 管材用量統計

3.2.1 建立管材用量明細表

利用revitMEP 在設置好每一種管道及其使用的配件的名稱，管道布局完成后，選擇所要統計的管道或配件，軟件會自動生產管材的用量統計表，在設計過程中實現耗材和成本的實時監控，以便對工程造價進行預算。

3.2.2 查看明細表生成內容

利用BIM系列的插件，把明細表導入插件內，查看管材的屬性類型和使用部位。通過不同地方使用管材的用量，總結歸納出在不同地勢下的管道大小、材料等使用情況。

3.3 BIM技術在農村給排水管道的二次開發

近幾年來，國內的BIM專業人才通過對BIM的二次開發提高了各專業的建模效率以及BIM信息的管理效率。比如：在管道方面設計基于Revit 的管道布置優化和自動標注的插件，提高了管道布置的合理性。可以利用三維建模軟件revitMEP 的插件，模擬對不同管徑（DN200 以下的小管徑）、不同地勢情況下的排水管網和管道進行自動布置，通過插件分析不同布置情況下管道壓力分布情況；利用管道坡度來模擬不同地勢，在確定數值模擬模型時，利用BIM模型以及插件進行“流量”和“管徑”的數據提取，確定管道管徑、流速和充滿度，完成水力計算。通過計算結果得出數據，選用最適合的管道類型；利用插件給管道設置定義坡度，來模擬不同高度的不同地勢，分析拐點處的受力情況，并對比直流管道的水流和拐點處的水流情況，將向上的水流和向下的水對管壁的壓力進行對比，并且在不同情況下適當地增加管壁厚度；也可以通過BIM二次開發環境插件，對管道在不同環境溫度，濕度，酸堿度一系列的條件下，分析管道的使用年限以及管道布局是否合理，為不同地勢的陜西農村排水管網設計提供參考。

4 結語

綜上所述，文章研究聚焦陜西農村排水管網建設與污水治理問題，從不同地勢村落分布特征、污水特征、排水特點、小管徑排水系統特性等多個方面解析陜西農村生活污水排水管網設計布局問題。說明BIM技術在陜西不同地勢農村自建房管道布置和區域管道布局的優勢，并總結了BIM技術在不同村落的應用。