BI M技術在市政給排水設計中的應用

朱攀

（黃石市市政園林設計研究院，湖北 黃石 435000）

1 引言

隨著城市化的持續推進，大規模的人口向城市聚集，對各種水資源的需要也越來越大，使得給排水官網建設越來越復雜。給排水系統是城市的生命線，是城市正常運轉的保證，一旦給排水管道產生問題，將影響千百萬人的生活。同時，市政給排水系統涉及的管道多，傳統的二維平面圖紙不能直觀地反映各種給排水管道的空間布局及與其他專業管道的交叉情況。如何以最低的經濟成本完成市政給排水管線的設計，并保證其施工質量，是需要解決的重要問題。鑒于此，國內外很多專家和學者開始研究BIM 技術在市政給排水設計中的應用，取得了很多先進成果。但由于我國在城市給排水設施建設中應用BIM 技術較晚，可參考的工程實例不多，導致設計理論不完善[1]。因此，進一步研究BIM 技術在市政給排水設計中的優勢和應用方法具有十分重要的工程價值。

2 市政給排水存在的問題及BI M技術的特點

2.1 市政給排水存在的問題

目前，國內給排水項目設計采用的軟件都是基于Anto-CAD，屬于二維設計模式。CAD 軟件雖然大大提高了設計人員的工作效率，但由于給排水管道材料多樣、空間布局復雜、計算難度大等，在設計過程中仍存在以下問題[2]：第一，工作效率低。在給排水設計期間，設計人員需要先將管道和設備的三維結構構思好，再在CAD 軟件中用線條表達出來，同時還要標注各種尺寸，工作量大且煩瑣，難以集中精力放在給排水方案的優化中。第二，可視化效果差。二維設計圖難以直觀地表示給排水管道的空間分布情況，尤其是在管線數量多的情況下，不利于各專業之間的交流，增加了各專業的溝通成本。第三，與其他管線沖突。城市地面下不僅埋設了給排水管道，還有電力管道、燃氣管道、國防光纜等。如果給排水管道設計時沒有考慮不同管線間的交叉關系，可能引起工程返工、延期等問題。

2.2 BI M技術的特點

2.2.1 BIM 技術應用流程

選擇BIM 技術平臺的核心就是選擇建模軟件。目前，在市政給排水設計領域，Autodesk Revit MEP 軟件的應用較為廣泛。Autodesk Revit MEP 與Navisworks 軟件搭配，可以實現設計參數整合、設計內容共享、設計成果審閱。此外，Navisworks軟件還能對給排水管道進行碰撞檢查和布置優化，幫助設計人員短時間內找到碰撞點位置，并輸出相應的碰撞信息，以減少設計錯誤，其運行流程如圖1 所示。

圖1 BI M技術應用流程

2.2.2 BIM 技術應用優勢

BlM 技術并不是指某個特定的繪圖軟件，該技術是以三維建模軟件為核心，多種軟件協作交互，以可視化的形式對某一工程進行模擬，并將工程相關的各類參數信息進行匯總管理。將BIM 技術應用于市政給排水設計中的優勢主要體現在以下兩個方面[3]。

1）可視化。可視化是BIM 技術區別于其他數字技術的關鍵，運用BIM 技術可以將二維管線圖紙用三維模型展現出來。設計人員利用BIM 技術的可視性特點可以在給定的鋪設環境下對地下給排水管道建模，以保證管線方案的可實施性。同時，設計人員還可以根據施工場地的實際情況對給排水管網展開優化，以提高給排水管道的設計水平和經濟效益。

2）參數化設計。參數化特征是BIM 技術的另一優勢。運用BIM 技術可將市政給排水項目涉及的所有信息集中到三維模型中，且數據庫可以動態更新并下載（參與項目的各專業人員均有相應權限），以保證模型數據的有效性，以避免設計方案反復修改、各專業信息沖突等難題。

3 BI M技術在市政給排水設計中的應用分析

3.1 工程概況

以某城市道路給排水管道項目為研究對象，闡述BIM 技術在設計中的具體應用。給排水管道項目所處區域地形整體較平坦，屬亞熱帶季風氣候，四季分明，雨量充沛，年平均降水量1 382.6 mm。

排水管道（雨污分流）長度為1 688 m，給水管道長度為868 m，均處于中心城區的交通要道，各類管道分布密集，必須做好設計工作，以免給排水管道與其他管線互相碰撞，延誤施工工期，提高工程造價，造成不良的社會影響。鑒于此，設計單位組織經驗豐富的設計人員，利用Autodesk Revit MEP 軟件開展排水管道設計。

3.2 排水管道三維建模

3.2.1 初始化文件

在建立三維模型之前，需在軟件中創建項目初始文件，輸入項目名稱、設計人員、設計單位等基本信息，并選擇管道類型。如果Autodesk Revit MEP 軟件中沒有項目中要用的管道類型，設計人員可自定義管道的粗糙度、材質、公稱直徑等，自定義具體內容如圖2 所示。

圖2 排水管道自定義界面

3.2.2 建立工作集

給排水項目煩瑣，通常由多個設計人員共同參與。在對全部設計內容分解后，每個設計人員可建立自己的工作集。這樣可以減少同一頁面內設計人員所面對的視圖信息，也在一定程度上降低了三維模型構建的難度。

3.2.3 導入CAD 平面圖

使用Autodesk Revit MEP 軟件建立三維模型是基于給排水管道的二維平面圖紙。導入CAD 文件后，需要對給排水管道標高和周線位置進行標定，確保給排水管道三維信息的準確性，也為后續管道碰撞檢測、工程量統計提供數據支撐[4]。

3.3 確定基坑開挖位置

該項目的給排水管道是施工難度比較大的城市基礎設施，施工周期短，各個施工環節作業時間比較少，且施工會影響交通與附近居民日常生活。給排水管道的基坑開挖位置一定要準確，否則可能造成大面積返工，延誤工期，影響項目的社會效益。因此，給排水管道在設計時，不能使用傳統的管線調整方法，需使用BIM 技術對管線精確定位，使設計人員能全面了解地下管道設置情況，找到基坑開挖具體位置，并給施工單位提供管道開挖坐標。

3.4 管道碰撞檢查

項目碰撞有“硬碰撞”與“軟碰撞”，前者是指構件間的直接碰撞（即接觸碰撞），后者是指構件間距小于規范要求值而產生的碰撞點。Autodesk Revit MEP 軟件雖然自帶管道碰撞檢查功能，但該軟件對計算機性能要求過高，碰撞檢查效率低，耗費時間長，且對碰撞問題修改不方便。本文建議在交付給排水管道設計成果之前，利用Navisworks 軟件對管道開展交叉碰撞檢查，在施工前消除設計誤，從而減少因設計失誤引起的勞動力、施工資源、施工時間的浪費。

市政給排水碰撞檢查目標是驗證給排水管道與電力管道、燃氣管道、消防管道等是否存在沖突，具體步驟如下[5]：（1）將Revit 軟件建立的排水管道信息模型導入Navisworks 軟件中；（2）點擊Navisworks 軟件中的“clashdetective”按鈕，分別選擇給排水管道和其他管道作為碰撞檢查對象，碰撞類型選擇“硬碰撞”；（3）給排水管道碰撞結束后，自動生成檢查報告；（4）設計人員分析碰撞點信息，并找到碰撞點位置進行修改。在修改給排水管道模型時，先修改主干管道，再修改分支管道。管道模型修改后要再次進行管道碰撞檢查，直到碰撞點清零。

3.5 管道工程量統計

3.5.1 開挖基坑工程量

市政給排水管道基坑開挖工程量與地面線數據準確性密切相關。地形圖測量數據不能直接導入Revit 軟件中，需要按下述步驟在CAD 中進行預處理[6]：首先，打開圖層命令，只顯示給排水管道設計需要的等高線、坐標、高程等數據；隨后，將上述數據復制到空白圖形，利用線條合并命令將等高線轉換為多段線；最后，將處理后的圖形導入Revit 軟件中創建地形曲面。地形曲面建立后，可結合設計文件，利用Revit 軟件模擬給排水管道的開挖，自動導出開挖工程量。

3.5.2 管材工程量

相較于其他BIM 軟件，Revit 軟件可以自定義管材用量明細表，根據管道類型、管道直徑等屬性分類統計出各類給排水管道的長度。

市政給排水管材用量明細表的自定義內容包括字段、過濾器、排序/ 成組、格式、外觀等內容，具體含義見表1。

表1 管材用量明細表自定義

4 結語

本文研究了BIM 技術在市政給排水設計中的應用流程與應用優勢，并依托某城市給排水管道項目，探討了BIM 技術的具體操作方法，主要得到以下結論：

1）BlM 技術以三維建模軟件為核心，多種軟件協作交互，應用在市政給排水設計中具有可視化、參數化等優勢；

2）建立市政給排水管道三維模型是基于二維平面圖紙，在此之前需初始化文件和建立工作集；

3）Revit 軟件與Navisworks 軟件聯合使用，可以對給排水管道進行碰撞檢查，幫助設計人員找到碰撞點，及時修改設計圖，以減少設計失誤；

4）利用BIM 技術可模擬管道開挖，導出土石方工程量，并根據管材用量明細表分類統計各類給排水管道工程量。