BIM 技術在城市泵閘EPC 工程設計中的應用

游孟陶，潘 飛

[上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海市200092]

0 引 言

城市排澇是城市基礎設施的重要組成部分，直接影響到城市的各種功能發揮。隨著全球氣候變暖，極端天氣頻發，風暴潮與天文潮及臺風暴雨疊加的概率越來越高，因此城市排澇泵閘的建設顯得尤為迫切。另一方面，近年來隨著城市用地日益緊張，城市泵閘周圍往往市政建筑設施密集。城市泵閘除了需要滿足排澇功能，在城市風貌提升以及生活場景打造等方面也提出了更高的要求，設計施工過程中如何達到充分利用地塊、使環境影響減小到最低程度是一個值得全面考慮的問題。

針對此問題，本文以海口市龍昆溝排澇泵閘為例，采用BIM 技術為手段[1]，從設計施工一體化角度分析設計方案的合理性，因地制宜，打造布局合理、環境優美的工程設計方案，為類似城市泵閘工程的實施提供參考。

1 工程概況

龍昆溝排澇泵閘工程位于海南省海口市龍昆溝流域，由泵站、水閘和引水箱涵組成，主要功能是防潮、排澇[2]。工程選址于濱海立交西南側的龍珠灣綠地中，為了使工程建設不影響周邊的綠化環境景觀以及道路與龍珠灣海域之間的景觀通透性，工程采用全地埋式設計，見圖1。工程等別為I 等，主要建筑物均為1 級水工建筑物。工程實施后可以有效緩解龍昆溝流域的排澇壓力，提高片區的排澇保障能力。工程采用泵閘分建的平面布置方案，水閘布置在現狀箱涵出口位置，泵站布置在現狀箱涵出口西南側綠地中，泵站與水閘之間由引水箱涵連接。

圖1 工程實施效果圖

2 協同設計流程

隨著城市泵閘工程在建設過程中面臨著越來越復雜的建設條件，工程區域真實環境的創建在設計之初顯得尤為重要。在工程區域真實環境模型的基礎上，設計人員可以更好的結合施工條件、建筑布置、環境影響等因素，并以工程任務和建設規模為依據，擬定多個設計方案進行比選，選定最優的方案進行下一步的深度設計。

協同設計是BIM 建模的重要優勢之一，多個專業在“一個設計平臺、一個設計模型、一個數據架構”上設計，形成一個完全融為一體的BIM 模型，保證了模型數據和信息的準確性和完整性，從而實現高效的協同設計[3]。

針對EPC 泵閘工程的設計，本文基于勘察設計流程，首先建立勘察信息模型和場地信息模型，并以此為基礎信息模型，集成各專業信息模型，最終形成泵閘工程BIM 模型，協同技術路線見圖2。

圖2 協同設計流程圖

3 模型創建及應用

3.1 勘察信息模型

（1）地形地質建模

勘察信息模型的數據基礎主要包括勘察數據、地形數據、地質數據以及水文氣象數據。本文主要根據勘察測量等專業提供的數據建立勘察信息模型，采用Civil3D 進行三維地形地質模型的快速創建，見圖3。首先對原始地形地質數據進行預處理，得到.cvs 格式的點文件；然后導入Civil3D 中進行曲面和實體建模；最后將模型數據與InfraWorks 及Revit 進行數據交換，為下游設計創造基礎。

圖3 工程區三維地質圖

（2）影像數據下載

影像數據一定程度上能夠反映工程建設區域周邊的歷史及現狀情況，對工程設計具有重要的指導意義。本文中的衛星影像數據來源于ArcGIS Online地圖，分辨率為0.298 6 m/ 像素。根據工程區位，采用地圖下載器下載后導入InfraWorks 場景中與地形進行貼合[4]。

3.2 場地信息模型

場地信息模型的建立是以勘察信息模型為中心模型。首先水工專業進行初步的基坑開挖設計，然后主體專業將收集的城市數據（包括建筑數據、水系數據、交通數據、管線物探數據等）轉化成數字模型，并布置在場地信息模型中，此時初步完成從勘察信息模型到場地信息模型的深化。

（1）交通信息

本工程基坑所處地理位置特殊，位于濱海立交西南側的龍珠灣綠地內，緊臨港灣路、濱海立交和龍珠灣海域，項目周邊環境保護要求較高。由于施工期間保留機動車道功能，同時施工期間考慮到大型設備及材料進場，因此合理的交通疏導對保證交通安全暢通以及施工進度至關重要。

本文利用InfraWorks 自帶的道路建模功能，建立了濱海立交及港灣路等道路設施，為道路交通組織模擬提供了模型基礎。

（2）建筑信息

本工程毗鄰萬綠園、濱海立交橋、世紀大橋以及世紀廣場，400 m 范圍內有復興城、國際離岸創新大廈、海關大樓等，對周邊建筑的影響因素主要為居住、辦公環境。控制工程建設區環境噪聲水平，保障居民辦公、住宅等噪聲敏感點的聲環境達標是環境保護設計需要考慮的問題之一。本項目施工期施工機具噪聲影響預測可采用點聲源擴散模型，建筑輪廓數據采用建筑矢量數據。通過InfraWorks 按指定的屬性字段拉伸，并賦以建筑樣式數據，得到建筑模型。通過創建腳本計算影響距離并進行分類主題分析，分析受影響區域，以便合理選用施工機械和工藝，并安排施工時段。圖4 中淺色陰影部分為噪聲主要影響范圍內建筑。

圖4 建筑噪聲影響范圍分析

（3）管線信息

現狀龍珠灣綠地地塊內市政管線齊全，管線布置密集，包括電力、通信、燃氣、有線電視、國防光纜、供水、雨水、污水等八大類管線。因此施工時，結合基坑圍護方案，需做好沖突部位的管線搬遷工作，同時需要對不需要改遷的管線做好保護工作。本次設計首先通過物探技術，測得各類地下管線的管位及走向。再結合Revit 中的Dynamo 工具，開發了三維管線自動生成腳本，自動完成各類管線的建模工作，見圖5。

圖5 Dyna mo 自動生成管線模型

（4）水系信息

水系數據信息關系到工程施工導流和施工圍堰的設計，因此場地信息模型中水系模型的加載也十分必要。本工程龍昆溝泵閘外河側為龍珠灣海域，泵站和節制閘新建時需修筑圍堰。另外泵站泵房、進出水池、引水箱涵施工時無需導流，節制閘施工需要進行導流。為便于施工導流，節制閘采用分幅施工的方式進行。

3.3 專業信息模型

龍昆溝北雨水排澇泵站工程設計涉及多個不同專業，包括水工、機電、金結、電氣、排水、建筑、景觀等。根據本文制定的BIM 協同設計流程及龍昆溝北雨水排澇泵站工程的需要，首先建立工作集，由水工建立中心模型文件，不同專業在同一中心文件的基礎上進行BIM 模型的并行設計，完成各自專業的設計。

（1）水工專業信息模型

水工模型是整個工程的基礎，包含泵房、箱涵、水閘、進水池、出水池等多個內容，在進行模型創建前需對整個工程進行劃分，才能更好地保證模型創建的準確性與標準性。本工程主要模型構件以施工縫為界進行功能體拆分。下圖為泵站主體部分三維剖切視圖，見圖6。

圖6 泵站主體三維剖切視圖

（2）水機金結專業信息模型

本工程水機模型主要基于Autodesk Inventor 軟件創建。金結模型如閘門、液壓泵、清污機、清污皮帶等構件在已有參數化構件庫的基礎上，根據本工程內容，進行相應的實例化創建，見圖7。

圖7 基于構件庫的金屬結構模型實例化

（3）建筑專業信息模型

本次設計管理區內布置地下配電用房，景觀通透性好，無視線遮擋，滿足規劃及使用的要求。地下建筑按照地塊特點，達到充分利用地塊的目的，同時配合天井采光通風，同時便于電氣設備的吊裝，并且把對綠化環境的影響減小到最低程度，見圖8。

圖8 建筑專業信息模型及天井采光分析

3.4 泵閘工程BIM

通過InfraWorks 集成環境，將勘察、場地、專業等模型統一在一個工作環境中，最終形成泵閘工程BIM 模型。結合交互式三維展示，不僅大大提高了設計工作效率，也為參建各方提供了直觀形象的工程模型，也為后續精益管理提供了絕佳途徑，見圖9。

圖9 Infra Works 中泵閘工程三維展示

3.5 BIM 模型應用

本次設計通過模型的快速算量，為工程主體的工程量統計提供十分準確的數值，極大提高了統計效率和精度，如混凝土算量，與實際澆筑相比，誤差僅為1.02%。本次采用BIM 協同設計，在一個BIM模型中完成設計過程，加快了設計效率。根據統計，本次各專業間進行了定期碰撞檢查，使得溝通修改工時共減少約32 h。從水動力特性角度，通過BIM模型結合水力學數值模擬，驗證了龍昆溝泵閘工程設計合理，能滿足基本設計要求，見圖10。

4 結 論

通過對海口市龍昆溝泵閘工程BIM 模型的建立，真實的展現了工程周邊的復雜環境，并為應用BIM 技術進行專項分析提供了數據基礎。通過對周邊環境影響的分析，評價設計方案的合理性，提高了設計服務的質量與水平。同時也為其他地區城市泵閘工程設計提供了有益的參考。