BIM 技術(shù)在市政給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及常見問題分析

馬 聰，張青青

（中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430014）

1 BIM 技術(shù)概述

BIM 技術(shù)全稱中國建筑企業(yè)信息系統(tǒng)模型進(jìn)行技術(shù)，實(shí)質(zhì)上是一系列三維數(shù)字建模軟件的集合，可以在計(jì)算機(jī)虛擬社會(huì)環(huán)境中對(duì)真實(shí)的建筑市場信息管理加以參數(shù)化、模型化。立足這一數(shù)字化虛擬模型平臺(tái)，工程師、施工人員、設(shè)計(jì)人員等多方均能夠?qū)崿F(xiàn)建筑工程信息的共享，強(qiáng)化彼此之間的溝通交流，實(shí)現(xiàn)建筑工程項(xiàng)目全生命周期內(nèi)的數(shù)據(jù)信息的傳輸、共享[1]。在設(shè)計(jì)技術(shù)方面，BIM 技術(shù)以三維模型為核心，集中存儲(chǔ)有利數(shù)據(jù)，項(xiàng)目圖紙僅為三維模型的表達(dá)，在展示設(shè)計(jì)成果方面，BIM 技術(shù)可以直觀、生動(dòng)的通過三維呈現(xiàn)建筑形式，便于各方之間的溝通及交流；在具體的設(shè)計(jì)流程方面，BIM 技術(shù)可以對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面的分析，讓各方參與項(xiàng)目的各個(gè)階段，從而進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量；在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)價(jià)值、BIM 技術(shù)能夠憑借其自身三維模型信息的全面性，既可以提高設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)質(zhì)量，還可以有效地提高建筑的可持續(xù)性、節(jié)能、環(huán)保等功能[2]。

2 BIM 技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)

2.1 可視化

這一特點(diǎn)是在建筑施工之前，利用BIM 技術(shù)將傳統(tǒng)的建筑線條或相關(guān)的建筑元素以三維立體圖像的形式呈現(xiàn)出來，然后在模型上與建筑構(gòu)件形成交互的視覺行為和效果，為建筑設(shè)計(jì)和施工提供更多的視覺展示。

2.2 信息完備性

在建筑企業(yè)工程使用BIM 技術(shù)發(fā)展期間，其保護(hù)建筑工程項(xiàng)目建設(shè)的各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行資料，進(jìn)而完成對(duì)所建設(shè)研究對(duì)象完整信息的描述和展現(xiàn)。

2.3 優(yōu)化性

對(duì)于一些復(fù)雜項(xiàng)目的實(shí)施，可以將BIM 技術(shù)及其各種相關(guān)優(yōu)化工具相結(jié)合，以優(yōu)化和簡化復(fù)雜項(xiàng)目，從而加快這些復(fù)雜項(xiàng)目的建設(shè)。

2.4 模擬性

有些項(xiàng)目在實(shí)際施工期間無法運(yùn)行，而這些難以運(yùn)行的項(xiàng)目可以利用BIM 技術(shù)在虛擬空間中完成，從而確定更合理的施工方案。減少工程造價(jià)投入和支出，確保施工順利進(jìn)行，如圖1 所示。

圖1 BIM 技術(shù)模擬建造功能

3 市政給排水設(shè)計(jì)中常見的問題

3.1 給水設(shè)計(jì)問題

水是生產(chǎn)以及人們生活中不可離開的資源，市政給水系統(tǒng)能夠?yàn)樯a(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ钐峁┧璧乃Y源。供水設(shè)計(jì)中存在的問題會(huì)導(dǎo)致供水能力不足，無法滿足正常的用水需求，給工業(yè)生產(chǎn)和居民生活帶來不便，不利于城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

水資源規(guī)劃與城市地下水的開發(fā)利用密切相關(guān)。如果規(guī)劃不科學(xué)合理，將增加地下水開發(fā)難度，造成水資源開發(fā)不平衡，影響地下水利用效率，大大降低供水系統(tǒng)的作用。一旦地下水過度開采，將會(huì)發(fā)展產(chǎn)生一系列社會(huì)問題，比較具有典型是地下水資源匱乏；若是發(fā)生在中國沿海經(jīng)濟(jì)區(qū)域，可能需要引起海水與地下水混合[3]。

在城市供水設(shè)計(jì)過程中，如果所選管道的規(guī)格、尺寸和質(zhì)量存在缺陷，將影響供水系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。設(shè)計(jì)方案是給水管道采購的主要依據(jù)，實(shí)際采購要保證管道的規(guī)格型號(hào)符合設(shè)計(jì)要求，也要保證管道的質(zhì)量符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求。但在現(xiàn)實(shí)建設(shè)中，管材規(guī)格、質(zhì)量管理方面的問題經(jīng)常有發(fā)生，致使給水管網(wǎng)無法充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

3.2 排水設(shè)計(jì)問題

排水設(shè)計(jì)通常存在以下問題：

（1）在早期的市政給排水工程中，雨水和排水系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)，在使用中發(fā)現(xiàn)的問題較多。隨著技術(shù)的逐步完善，城市給排水設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了雨污分離。通過污水處理對(duì)所有污水進(jìn)行統(tǒng)一處理，處理后的污水可回用，解決了污水對(duì)城市環(huán)境的污染問題。然而，老城區(qū)中的雨水和污水進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)展緊密相連，導(dǎo)致企業(yè)大量的雨水利用資源與污水被一并排入河流，由于生活污水未經(jīng)特殊處理，使河流遭受污染問題引起富營養(yǎng)化現(xiàn)象，對(duì)河流區(qū)域內(nèi)的動(dòng)植物造成影響，嚴(yán)重危害社會(huì)[4]。

（2）市政排水系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)生活污水和雨水的排放。由于其排水性能差，會(huì)影響抗汛防洪，很可能導(dǎo)致城市內(nèi)澇，如圖2 所示。

圖2 城市排水不暢引起的內(nèi)澇

城市內(nèi)澇的主要原因是雨水排放不暢，導(dǎo)致低洼路段大量積水，對(duì)行人和車輛的正常行駛造成不利影響。如果企業(yè)持續(xù)發(fā)展出現(xiàn)強(qiáng)降雨，則會(huì)進(jìn)行進(jìn)一步通過增大內(nèi)澇的可能性，一旦演變成洪災(zāi)，會(huì)危及到居民的生命財(cái)產(chǎn)及信息安全。

4 BIM 技術(shù)在市政給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)的先進(jìn)應(yīng)用體現(xiàn)在高效的成本預(yù)算上，為給排水設(shè)計(jì)的合理性提供了成本預(yù)算有效助力。傳統(tǒng)的手工成本核算效率低，受計(jì)算工具和人工計(jì)算能力等因素的影響，容易造成計(jì)算偏差。BIM 技術(shù)發(fā)展具有計(jì)算企業(yè)核心功能，以自動(dòng)計(jì)算教學(xué)方式，提升了給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本預(yù)算合理性。本文介紹了城市給水排水工程的概況，分析了城市給水排水工程造價(jià)預(yù)算的現(xiàn)狀，提出了城市給水排水工程造價(jià)預(yù)算的設(shè)計(jì)思路，為城市給水排水工程造價(jià)預(yù)算的編制提供了依據(jù)。市政單位應(yīng)全面提高設(shè)計(jì)人員對(duì)BIM 技術(shù)的應(yīng)用能力，增強(qiáng)技術(shù)人員解讀BIM 技術(shù)的能力，將其完全融入給排水設(shè)計(jì)工作，發(fā)揮其技術(shù)應(yīng)用的綜合價(jià)值，從仿真和動(dòng)態(tài)的角度提高市政單位給排水設(shè)計(jì)的合理性[5]。

4.1 設(shè)計(jì)出圖環(huán)節(jié)

BIM 技術(shù)能為設(shè)計(jì)研究階段的出圖工作人員提供一個(gè)良好的基礎(chǔ)條件。在這種情況下，設(shè)計(jì)人員需要將管道應(yīng)用與設(shè)計(jì)方案結(jié)合起來，在BIM 技術(shù)中輸入各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，優(yōu)化調(diào)整管道設(shè)計(jì)方案，為以后的實(shí)際工作打下良好的基礎(chǔ)（圖3）。在給排水管道的設(shè)計(jì)中，在制定了具體的設(shè)計(jì)方案后，還必須做好各類數(shù)據(jù)的分類、匯總和應(yīng)用，并編制各環(huán)節(jié)的圖紙。因?yàn)樵谥茍D技術(shù)應(yīng)用發(fā)展過程中，管線周圍的環(huán)境問題相對(duì)來說比較分析復(fù)雜，因此，在制圖過程中，不少企業(yè)工作管理人員會(huì)習(xí)慣性地使用紙張材料，畫出綜合管線的平面圖。這種方法比較傳統(tǒng)，整體效率難以保證。利用BIM技術(shù)，對(duì)管道中相對(duì)復(fù)雜的局部區(qū)域進(jìn)行調(diào)整，并添加三維軸側(cè)視圖，使員工對(duì)整個(gè)項(xiàng)目規(guī)劃的意圖有更直觀的理解和認(rèn)識(shí)[6]。城市給排水系統(tǒng)管線進(jìn)行設(shè)計(jì)中，還包括整體建筑工程設(shè)計(jì)和規(guī)劃，就給排水的構(gòu)建物設(shè)置，應(yīng)考慮不同地形、規(guī)格等因素的要求，設(shè)計(jì)時(shí)要慎重，盡量預(yù)防排水管線給企業(yè)造成不利環(huán)境影響。利用BIM 技術(shù)，還可以落實(shí)虛擬模型施工工作，從源頭上控制建筑構(gòu)件安裝過程中可能出現(xiàn)的交叉、碰撞等問題。所以在BIM 技術(shù)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，可以充分展示自己的價(jià)值和作用。

圖3 BIM 技術(shù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

4.2 確定工程量

城市給排水管線設(shè)計(jì)中運(yùn)用BIM 技術(shù)，可以通過提高企業(yè)工程量計(jì)算的準(zhǔn)確性和針對(duì)性，使設(shè)計(jì)研究人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以得到有效地獲取各種相關(guān)數(shù)據(jù)管理信息，在確定了給排水管線的具體長度后，可以同時(shí)根據(jù)我國工程的實(shí)際發(fā)展情況進(jìn)行全面地了解。在BIM 的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)給排水管道進(jìn)行合理的分類。此時(shí)，BIM 的應(yīng)用可以保證工程量的準(zhǔn)確性。經(jīng)過計(jì)算和分析，設(shè)計(jì)人員可以告知無效的工作，以便未來的工作可以按計(jì)劃進(jìn)行。在實(shí)際應(yīng)用階段，BIM 技術(shù)具有自身的可視化特點(diǎn)，對(duì)給排水管道的數(shù)據(jù)信息建立可視化的虛擬模型，管道設(shè)計(jì)和運(yùn)行后存在的問題可以得到及時(shí)的控制和處理。設(shè)計(jì)工作人員需要通過制定應(yīng)急預(yù)案，以避免工程項(xiàng)目建設(shè)和目標(biāo)進(jìn)行規(guī)劃之間的偏差，從而可以保證工程的運(yùn)行質(zhì)量[7]。針對(duì)現(xiàn)階段市政工程的實(shí)際情況，在給排水管道建設(shè)中，由于管道數(shù)量眾多，在進(jìn)行各種管理和布局工作時(shí)，需要調(diào)整管道的運(yùn)行參數(shù)，使管道運(yùn)行效率不斷提高。因此，在給排水系統(tǒng)工程量計(jì)算過程中，BIM 技術(shù)在工程企業(yè)實(shí)際中的有效管理應(yīng)用，需明確各環(huán)節(jié)的具體設(shè)計(jì)要求，并將管線運(yùn)行中的各種數(shù)據(jù)處理信息網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到位，使各相關(guān)研究人員在構(gòu)建一個(gè)應(yīng)用發(fā)展過程中能有章可循，三維模型有效地應(yīng)用于工程項(xiàng)目施工建設(shè)過程中，可以通過避免管線滲漏問題的產(chǎn)生，提高管線運(yùn)行的整體教學(xué)效率。由于給排水管線在市政建設(shè)工程中的分工不同，所以在水的流量、流速等方面都有自己一定的差異，此時(shí)設(shè)計(jì)者需要學(xué)生根據(jù)管線的設(shè)計(jì)工作情況，實(shí)現(xiàn)教學(xué)設(shè)計(jì)研究方案的優(yōu)化企業(yè)完善，從而可以保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的科學(xué)、有效。

4.3 三維模型構(gòu)建與應(yīng)用

該三維模型可以為管道的分布和應(yīng)用提供全面反饋。它對(duì)提高設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量具有積極的作用。在應(yīng)用BIM 技術(shù)發(fā)展過程中，根據(jù)我國現(xiàn)階段建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范的要求，有效地建立起三維模型，一方面可以使排水以及供水系統(tǒng)的運(yùn)行安全性得到有效提高，另一方面又可以通過控制系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作效率，從而為市政工程相關(guān)研究項(xiàng)目的建設(shè)社會(huì)奠定理論基礎(chǔ)設(shè)施條件。為掌握市政工程給排水管道的設(shè)計(jì)要求，制定給排水設(shè)計(jì)的基本要求，必須充分考慮施工環(huán)境、使用要求等方面。由于受水壓、水流等因素的影響，給排水過程中容易出現(xiàn)運(yùn)行穩(wěn)定性問題。在進(jìn)行比較單一的設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)，會(huì)導(dǎo)致企業(yè)項(xiàng)目管理設(shè)計(jì)發(fā)展階段出現(xiàn)一定的疏漏，對(duì)整個(gè)市政工程的質(zhì)量問題產(chǎn)生不利的影響。因此，在建立三維模型的過程中，需要優(yōu)化BIM 技術(shù)，以施工圖和工程施工方案為基本條件，控制整個(gè)工程的進(jìn)度和質(zhì)量，確保與給排水工程的正常運(yùn)行不受任何影響。無論管道位置的設(shè)置，管道尺寸的差異，還是安裝順序等都可以通過模型得到充分的體現(xiàn)，數(shù)據(jù)建模可以提高給排水管道設(shè)計(jì)的效率。

4.4 進(jìn)行管線碰撞檢測(cè)

BIM 技術(shù)的主要管理功能之一是碰撞檢測(cè)，它對(duì)企業(yè)提高我國市政給排水系統(tǒng)工程的施工環(huán)境質(zhì)量有很大幫助。對(duì)于給排水、污水、雨水等專業(yè)管道，在具體運(yùn)行過程中，可首先進(jìn)行碰撞檢測(cè)，自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果調(diào)整設(shè)計(jì)模型，為最終施工圖設(shè)計(jì)提供依據(jù)。如雨水管、污水管標(biāo)高基本穩(wěn)定，給水管、中水管標(biāo)高應(yīng)根據(jù)標(biāo)高位置進(jìn)行調(diào)整。首次管道碰撞檢測(cè)時(shí)，由于高程數(shù)據(jù)分析研究工作人員尚未發(fā)展進(jìn)行，碰撞點(diǎn)可能比較多，需要我們逐個(gè)調(diào)整碰撞點(diǎn)。針對(duì)壓力管道與重力管道、支管和重力管道之間存在碰撞偵測(cè)的問題，采用碰撞偵測(cè)法可以有效地識(shí)別不合理的設(shè)計(jì)，并對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

5 結(jié)語

綜上所述，建筑工程給排水設(shè)計(jì)對(duì)建設(shè)工程的質(zhì)量至關(guān)重要，相關(guān)人員應(yīng)充分了解BIM 技術(shù)在市政給排水中的應(yīng)用，尋求科學(xué)合理的解決方案，進(jìn)一步提高市政給排水設(shè)計(jì)水平，有效保證建筑工程的整體施工質(zhì)量。