BIM技術(shù)在市政道路給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

吳 靜

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030000)

0 前 言

BIM是現(xiàn)階段較為典型的模型技術(shù)，利用BIM技術(shù)提供的重要數(shù)據(jù)，能夠充分了解和掌握項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容。市政給排水工程設(shè)計(jì)中，利用BIM技術(shù)能夠展現(xiàn)不同要素間的聯(lián)系，保證信息共享。為將項(xiàng)目落到實(shí)處，需全面了解項(xiàng)目的生命周期，做到科學(xué)決策。而B(niǎo)IM技術(shù)可滿足上述工作要求，推動(dòng)市政道路給排水工程的高效開(kāi)展。

1 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)是在三維數(shù)字化技術(shù)基礎(chǔ)上構(gòu)建的立體信息模型，可真實(shí)直觀地反映建筑工程具體情況，實(shí)現(xiàn)三維模擬演練，為建筑工程設(shè)計(jì)、施工及管理提供可靠依據(jù)?，F(xiàn)階段建筑領(lǐng)域內(nèi)使用的BIM軟件，以Ar-chiCAD，Revit這兩種為主。將BIM技術(shù)應(yīng)用到市政道路給排水設(shè)計(jì)工作中，能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)分析和掌握，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題并加以控制，完善設(shè)計(jì)方案，同時(shí)通過(guò)三維建模，能夠?qū)κ┕み^(guò)程予以模擬，準(zhǔn)確把控各環(huán)節(jié)作業(yè)情況，及時(shí)提出疑問(wèn)，以保障施工的合理性，減少設(shè)計(jì)變更。在BIM技術(shù)應(yīng)用下，能夠有效降低市政道路給排水工程的復(fù)雜性和難度，增大安全系數(shù)，保證工程順利落實(shí)的同時(shí)改善城市內(nèi)部現(xiàn)有的給排水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

2 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 仿真設(shè)計(jì)

在市政道路給排水設(shè)計(jì)中，仿真設(shè)計(jì)能夠直觀地將設(shè)計(jì)成果展現(xiàn)在工作人員眼前(見(jiàn)圖1)，通過(guò)仿真模擬演練，了解后續(xù)施工的具體情況，并找出其中的問(wèn)題加以調(diào)整和優(yōu)化，消除隱患，推進(jìn)后續(xù)實(shí)際作業(yè)的順利進(jìn)行。在BIM信息模型中涵蓋較多信息內(nèi)容，這為分析模擬提供了一定的數(shù)據(jù)支持，加強(qiáng)信息模型構(gòu)建的完善性、科學(xué)性，提高設(shè)計(jì)工作效率，進(jìn)而為市政道路給排水工程建設(shè)提供支持和幫助。同時(shí)在仿真模擬推動(dòng)下，能夠降低管道處理的復(fù)雜性，推動(dòng)工程作業(yè)的有效開(kāi)展，提高建設(shè)效率。

2.2 可視化功能明確設(shè)計(jì)意圖

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中，多是通過(guò)二維空間圖紙編制為施工作

圖1 仿真設(shè)計(jì)

業(yè)提供指導(dǎo)，修改工作也是在二維圖紙中進(jìn)行的，如此就會(huì)因?yàn)閮?nèi)容上連接性不強(qiáng)，而導(dǎo)致修改后的圖紙存在不匹配的情況，降低了工程的建設(shè)質(zhì)量。而使用BIM技術(shù)后，在三維模型內(nèi)可進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化(見(jiàn)圖2)，增強(qiáng)設(shè)計(jì)工作的可靠性，保證圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的質(zhì)量。同時(shí)，在BIM作用下，工作人員還能夠明確掌握設(shè)計(jì)的主旨內(nèi)容，且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況開(kāi)展分析，為后續(xù)工程項(xiàng)目的落實(shí)提供保障。在城市發(fā)展中，市政道路及各排水工程建設(shè)的復(fù)雜性不斷增強(qiáng)，周邊存在的影響因素種類增多，借助BIM可視化功能，可對(duì)施工區(qū)域予以全面分析和了解，參照設(shè)計(jì)內(nèi)容展開(kāi)專業(yè)探討，從而促使施工作業(yè)的順利落實(shí)，提高工程的建設(shè)質(zhì)量。

圖2 創(chuàng)建三維模型

2.3 協(xié)同設(shè)計(jì)

市政道路給排水設(shè)計(jì)因受到城市發(fā)展等因素的影響，社會(huì)對(duì)其要求有所提高，設(shè)計(jì)難度增加，涉及內(nèi)容越來(lái)越繁雜。為提高設(shè)計(jì)水平，有必要將BIM技術(shù)應(yīng)用其中，利用協(xié)同設(shè)計(jì)功能，做好信息數(shù)據(jù)的收集和處理，加強(qiáng)部門(mén)間的溝通與交流，從而更好地推動(dòng)設(shè)計(jì)活動(dòng)的開(kāi)展，打造高品質(zhì)的市政給排水工程。在BIM技術(shù)應(yīng)用下，設(shè)計(jì)人員能夠準(zhǔn)確了解設(shè)計(jì)內(nèi)容，在模型內(nèi)完成設(shè)計(jì)更改作業(yè)且設(shè)置相應(yīng)權(quán)限，避免操作失誤。再者，可及時(shí)對(duì)相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)加以分析和修改，針對(duì)不同專業(yè)，安排不同設(shè)計(jì)人員展開(kāi)檢查核對(duì)，確保設(shè)計(jì)內(nèi)容的有效性、科學(xué)性。

2.4 參數(shù)設(shè)計(jì)

在BIM技術(shù)支持下，設(shè)計(jì)人員能夠結(jié)合相同數(shù)據(jù)庫(kù)和建模軟件，對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行自動(dòng)化審核和分析，對(duì)于不符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)參數(shù)，予以自動(dòng)化修改和處理，有效提升設(shè)計(jì)水平。在參數(shù)修改中，軟件系統(tǒng)會(huì)展開(kāi)協(xié)調(diào)處理，在不影響各項(xiàng)設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，完成設(shè)計(jì)活動(dòng)，降低意外問(wèn)題出現(xiàn)的幾率。同時(shí)在BIM技術(shù)作用下，一個(gè)參數(shù)的調(diào)整，與之相關(guān)聯(lián)的參數(shù)也會(huì)重新計(jì)算，有效降低了設(shè)計(jì)難度。

2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

以往在市政道路給排水設(shè)計(jì)中，多是利用斷面法對(duì)工程量數(shù)據(jù)進(jìn)行估算的，該方法時(shí)間消耗長(zhǎng)、偏差大、錯(cuò)誤率高，使得整個(gè)工作復(fù)雜性大大提升。而在BIM技術(shù)作用下，能夠直接通過(guò)模型中的集合數(shù)據(jù)開(kāi)展精準(zhǔn)化計(jì)算和評(píng)估工作，準(zhǔn)確掌握總工程量和各環(huán)節(jié)工程量參數(shù)，并將其直觀展現(xiàn)出來(lái)，便于后續(xù)工作的開(kāi)展。BIM技術(shù)有效解決了人工核算帶來(lái)的各類問(wèn)題，避免了偏差與失誤的產(chǎn)生，在提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的同時(shí)，也為后續(xù)工程作業(yè)提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

3 市政道路給排水設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用

BIM技術(shù)是在三維數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)上研發(fā)的新技術(shù)，將其應(yīng)用于市政道路給排水設(shè)計(jì)中，務(wù)必高度重視模型建設(shè)。采集有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息，在分析后合理應(yīng)用，創(chuàng)建BIM模型。

3.1 在管線綜合優(yōu)化中的應(yīng)用

市政道路給排水工程設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性和復(fù)雜性，且工程中涵蓋大量地下隱蔽工程，工程涉及到電力、天然氣和管道等諸多系統(tǒng)，與給排水系統(tǒng)交替鋪設(shè)。在工程設(shè)計(jì)中也需要考慮多個(gè)因素，設(shè)計(jì)人員需保證排水系統(tǒng)管線的獨(dú)立性，防止系統(tǒng)布設(shè)影響其他系統(tǒng)的運(yùn)行，為后期維護(hù)施工提供便利條件。應(yīng)用BIM技術(shù)能夠更加生動(dòng)直觀地展現(xiàn)地下管線的三維位置與分布情況，協(xié)助設(shè)計(jì)人員全方位掌握地下管線間的交叉概況和相隔距離，防止對(duì)其他系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行造成影響，為設(shè)計(jì)人員調(diào)整管線設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

3.2 在參數(shù)設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

豐富的數(shù)據(jù)參數(shù)是BIM建模的重要基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)人員可利用BIM技術(shù)創(chuàng)建建筑工程三維模型，計(jì)算工程量明細(xì)和水力等重要指標(biāo)。如設(shè)計(jì)人員調(diào)整工程參數(shù)，軟件可自主調(diào)節(jié)其他相關(guān)參數(shù)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的不足。如在市政道路給排水設(shè)計(jì)中，平面位置參數(shù)的變化對(duì)空間數(shù)量參數(shù)具有顯著影響。合理利用BIM技術(shù)更新工程量明細(xì)，可縮短統(tǒng)計(jì)時(shí)間，保證統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確率和時(shí)效性，不斷完善設(shè)計(jì)方案。

3.3 在數(shù)字建模方面的應(yīng)用

在給排水工程中應(yīng)用BIM技術(shù)建模時(shí)，需要明確管道的主要類型，收集現(xiàn)有管線的重要資料，了解管線的基本信息，并以此為基礎(chǔ)建立三維數(shù)字模型，且加強(qiáng)模型的可視化和碰撞檢測(cè)。根據(jù)實(shí)際對(duì)交叉管線做好優(yōu)化控制。合理分類不同類型和屬性的材料，注重?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性，提高數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的效率，及時(shí)預(yù)防和消除安全隱患。

3.4 在施工模擬方面的應(yīng)用

給排水工程與普通建筑工程相比，是典型的地下隱蔽工程，施工環(huán)境尤為復(fù)雜，存在諸多不確定因素。應(yīng)用BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)施工過(guò)程和管道分布的可視化模擬，引入不同的時(shí)間維度，以此協(xié)助工作人員完善施工進(jìn)度安排，加強(qiáng)工程規(guī)劃的科學(xué)性。同時(shí)也可加強(qiáng)分包工程間的協(xié)調(diào)配合，提高工程的施工效率。

3.5 管線碰撞分析

BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)碰撞試驗(yàn)，在碰撞試驗(yàn)的過(guò)程中可協(xié)助設(shè)計(jì)人員認(rèn)真分析管線布局是否合理，這也是BIM技術(shù)的關(guān)鍵功能。碰撞試驗(yàn)后可生成報(bào)告，設(shè)計(jì)人員分析報(bào)告后方可總結(jié)管線設(shè)計(jì)中的不足，作出合理調(diào)整和修改，不斷優(yōu)化管線布局方案，增大空間利用率(見(jiàn)圖3)。碰撞檢測(cè)可相對(duì)準(zhǔn)確地檢測(cè)到管線設(shè)計(jì)的遺漏問(wèn)題，優(yōu)化管線性能。

圖3 管線碰撞分析

3.6 管線設(shè)計(jì)出圖

BIM技術(shù)能夠?qū)С瞿Ｐ?，設(shè)計(jì)人員在完善設(shè)計(jì)方案后，便可借助BIM落實(shí)管線出圖工作，從而形成較為完整的設(shè)計(jì)圖。施工人員應(yīng)利用圖紙，依據(jù)工程施工概況調(diào)整施工模式，優(yōu)選施工方案，保證工程作業(yè)的效率。設(shè)計(jì)人員也要結(jié)合時(shí)代發(fā)展概況確定設(shè)計(jì)理念，深度了解和掌握BIM技術(shù)的主要特點(diǎn)，明確技術(shù)應(yīng)用的主要方法，且不斷更新設(shè)計(jì)內(nèi)容，保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性與合理性。BIM技術(shù)也可為排水工程周圍建筑模型的構(gòu)建創(chuàng)造有利條件，設(shè)計(jì)人員可在分析周圍建筑分布的前提下，調(diào)整管線設(shè)計(jì)方案，規(guī)避重要建筑物，以此降低由于后續(xù)設(shè)計(jì)變更投入的工程成本。

4 BIM技術(shù)在項(xiàng)目中的應(yīng)用實(shí)例

4.1 項(xiàng)目概況

某市政道路標(biāo)段工程設(shè)計(jì)全長(zhǎng)280.145 m，道路規(guī)劃寬度為50 m，是城市的主干道，兩側(cè)鋪設(shè)雨污水管道和雨水管道。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該工程具有十分顯著的生態(tài)環(huán)保設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。

4.2 給排水BIM模型構(gòu)建

1)協(xié)同方式。BIM技術(shù)應(yīng)用于給排水模型的創(chuàng)建中，要明確協(xié)同設(shè)計(jì)的主要模式。當(dāng)前，協(xié)同設(shè)計(jì)主要采取鏈接模式和工作集模式。工作集基于中心文件，在一個(gè)平臺(tái)完成建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電設(shè)計(jì)專業(yè)的各項(xiàng)工作，每個(gè)設(shè)計(jì)師均可查看其他人員的設(shè)計(jì)概況，但是該人員只有查看權(quán)，無(wú)編輯權(quán)，以防止設(shè)計(jì)人員隨意修改設(shè)計(jì)圖紙，為協(xié)同工作創(chuàng)造條件。鏈接模型是在給排水模型中，鏈接建筑模型和結(jié)構(gòu)模型，在復(fù)制和監(jiān)視功能的支持下，獲取梁柱等重要結(jié)構(gòu)的標(biāo)高，避免重復(fù)建模，依據(jù)鏈接模型預(yù)留孔洞。若鏈接模型發(fā)生變化，則僅需重新鏈接修改后的模型，全面增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)的協(xié)同性，減少工作量。

2)創(chuàng)建項(xiàng)目樣板。協(xié)同設(shè)計(jì)中創(chuàng)建項(xiàng)目樣板尤為重要，若軟件自帶樣本不能高度順應(yīng)設(shè)計(jì)要求，可利用自建模型加以調(diào)整，確保樣本的可靠性與科學(xué)性。建立樣本的過(guò)程中，務(wù)必嚴(yán)格遵照既定的標(biāo)準(zhǔn)與要求，減輕工作人員的工作壓力，滿足設(shè)計(jì)圖紙的要求，注重樣本的通用性。

3)建立給排水模型。該項(xiàng)目中主要應(yīng)用Revit軟件與鴻業(yè)插件，設(shè)計(jì)人員一方面可了解管線的走向與排列，另一方面也可統(tǒng)計(jì)管線和管材的數(shù)量。在BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建三維模型，確定管線中的不合理之處，做好修訂和優(yōu)化處理，降低材料損耗的同時(shí)，嚴(yán)格把控項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)度。

4.3 碰撞檢查

施工前需完成碰撞檢測(cè)，明確工程設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，及時(shí)作出優(yōu)化調(diào)整。二維平面設(shè)計(jì)中，平、立、剖面圖設(shè)計(jì)不一致是較為常見(jiàn)的問(wèn)題，該類問(wèn)題會(huì)使構(gòu)件發(fā)生碰撞，甚至引發(fā)返工問(wèn)題，對(duì)工程的施工進(jìn)度產(chǎn)生較大的影響，降低材料利用率。BIM的應(yīng)用可及時(shí)檢查設(shè)計(jì)中的不足，防止后期返工，確保工程建設(shè)滿足設(shè)計(jì)要求。

項(xiàng)目碰撞可分為硬碰撞與軟碰撞，前者主要指構(gòu)件間的碰撞，又可分為專業(yè)間碰撞和專業(yè)內(nèi)碰撞。專業(yè)內(nèi)碰撞與設(shè)計(jì)師失誤有著密切的關(guān)系，專業(yè)間碰撞則與設(shè)計(jì)師溝通不暢有關(guān)。軟碰撞是構(gòu)件間距小于規(guī)定要求產(chǎn)生的碰撞點(diǎn)。依據(jù)專業(yè)劃分，碰撞檢查主要分為多專業(yè)碰撞檢查和單專業(yè)碰撞檢查兩種形式。前者指建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電兩個(gè)以上的專業(yè)碰撞檢測(cè)。后者則是某一專業(yè)的碰撞檢測(cè)，確定碰撞點(diǎn)。單專業(yè)碰撞檢測(cè)發(fā)揮著重要作用，可為多專業(yè)檢測(cè)掃除障礙。

5 BIM技術(shù)在市政給排水設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及對(duì)策

5.1 硬件要求十分嚴(yán)格

BIM技術(shù)建模中需要大量的參數(shù)支持，設(shè)計(jì)中也產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)信息，這對(duì)計(jì)算機(jī)硬件及軟件設(shè)計(jì)提出了較高的要求。現(xiàn)如今，給排水設(shè)計(jì)軟件主要是基于建筑BIM模型軟件二次開(kāi)發(fā)，每個(gè)專業(yè)分項(xiàng)工程數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)模都相對(duì)較大，建模時(shí)也對(duì)計(jì)算機(jī)硬件提出了較高要求，需要專門(mén)配置計(jì)算機(jī)完成此項(xiàng)工作。

5.2 模型權(quán)限的問(wèn)題

盡管BIM技術(shù)在不同專業(yè)和人員協(xié)同設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢(shì)尤為明顯，但是在集合形管線設(shè)計(jì)中，該技術(shù)在信息模型權(quán)限的獲取與管理等方面依然十分復(fù)雜。有關(guān)專業(yè)權(quán)限的獲取與授權(quán)需以平臺(tái)為基礎(chǔ)確認(rèn)生效。為此，要不斷優(yōu)化模型權(quán)限設(shè)置，發(fā)揮設(shè)計(jì)模型的積極作用，合理調(diào)整模型的使用權(quán)限，從而解決當(dāng)前存在的主要問(wèn)題，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

5.3 專業(yè)技術(shù)人才不足

目前，很多給排水設(shè)計(jì)人員均以CAD軟件組織開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，BIM技術(shù)應(yīng)用不夠全面，與設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)習(xí)慣和對(duì)BIM的熟悉程度有著十分密切的聯(lián)系。此外，BIM建模技術(shù)的課程和教育培訓(xùn)明顯不足，影響了BIM技術(shù)與CAD軟件的有效結(jié)合。BIM技術(shù)專業(yè)人才建設(shè)方面存在著較為明顯的問(wèn)題。為此，有必要加強(qiáng)BIM專業(yè)知識(shí)與技能的培訓(xùn)，引導(dǎo)技術(shù)人員全面了解和掌握BIM建模技術(shù)，增強(qiáng)工作人員的業(yè)務(wù)能力，提升綜合素質(zhì)。這樣在加強(qiáng)人才建設(shè)的同時(shí)，也可為后續(xù)各項(xiàng)工作的順利進(jìn)行創(chuàng)造有利條件。

6 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)城市化建設(shè)進(jìn)程日漸深入，給排水工程現(xiàn)代化建設(shè)也對(duì)城市發(fā)展產(chǎn)生了較大影響。BIM技術(shù)應(yīng)用于市政道路給排水工程，是科技發(fā)展的總體趨勢(shì)。在給排水工程設(shè)計(jì)中需充分利用BIM技術(shù)和工程信息建模，制定完善的施工方案，組織開(kāi)展工程分析工作，以更為生動(dòng)、具體和直觀的方式為使用者展示施工內(nèi)容，規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，避免不必要資源和時(shí)間的消耗，指導(dǎo)給排水工程建設(shè)。

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