BI M技术在市政给排水设计中的应用

朱攀

（黄石市市政园林设计研究院，湖北 黄石 435000）

1 引言

随着城市化的持续推进，大规模的人口向城市聚集，对各种水资源的需要也越来越大，使得给排水官网建设越来越复杂。给排水系统是城市的生命线，是城市正常运转的保证，一旦给排水管道产生问题，将影响千百万人的生活。同时，市政给排水系统涉及的管道多，传统的二维平面图纸不能直观地反映各种给排水管道的空间布局及与其他专业管道的交叉情况。如何以最低的经济成本完成市政给排水管线的设计，并保证其施工质量，是需要解决的重要问题。鉴于此，国内外很多专家和学者开始研究BIM 技术在市政给排水设计中的应用，取得了很多先进成果。但由于我国在城市给排水设施建设中应用BIM 技术较晚，可参考的工程实例不多，导致设计理论不完善[1]。因此，进一步研究BIM 技术在市政给排水设计中的优势和应用方法具有十分重要的工程价值。

2 市政给排水存在的问题及BI M技术的特点

2.1 市政给排水存在的问题

目前，国内给排水项目设计采用的软件都是基于Anto-CAD，属于二维设计模式。CAD 软件虽然大大提高了设计人员的工作效率，但由于给排水管道材料多样、空间布局复杂、计算难度大等，在设计过程中仍存在以下问题[2]：第一，工作效率低。在给排水设计期间，设计人员需要先将管道和设备的三维结构构思好，再在CAD 软件中用线条表达出来，同时还要标注各种尺寸，工作量大且烦琐，难以集中精力放在给排水方案的优化中。第二，可视化效果差。二维设计图难以直观地表示给排水管道的空间分布情况，尤其是在管线数量多的情况下，不利于各专业之间的交流，增加了各专业的沟通成本。第三，与其他管线冲突。城市地面下不仅埋设了给排水管道，还有电力管道、燃气管道、国防光缆等。如果给排水管道设计时没有考虑不同管线间的交叉关系，可能引起工程返工、延期等问题。

2.2 BI M技术的特点

2.2.1 BIM 技术应用流程

选择BIM 技术平台的核心就是选择建模软件。目前，在市政给排水设计领域，Autodesk Revit MEP 软件的应用较为广泛。Autodesk Revit MEP 与Navisworks 软件搭配，可以实现设计参数整合、设计内容共享、设计成果审阅。此外，Navisworks软件还能对给排水管道进行碰撞检查和布置优化，帮助设计人员短时间内找到碰撞点位置，并输出相应的碰撞信息，以减少设计错误，其运行流程如图1 所示。

图1 BI M技术应用流程

2.2.2 BIM 技术应用优势

BlM 技术并不是指某个特定的绘图软件，该技术是以三维建模软件为核心，多种软件协作交互，以可视化的形式对某一工程进行模拟，并将工程相关的各类参数信息进行汇总管理。将BIM 技术应用于市政给排水设计中的优势主要体现在以下两个方面[3]。

1）可视化。可视化是BIM 技术区别于其他数字技术的关键，运用BIM 技术可以将二维管线图纸用三维模型展现出来。设计人员利用BIM 技术的可视性特点可以在给定的铺设环境下对地下给排水管道建模，以保证管线方案的可实施性。同时，设计人员还可以根据施工场地的实际情况对给排水管网展开优化，以提高给排水管道的设计水平和经济效益。

2）参数化设计。参数化特征是BIM 技术的另一优势。运用BIM 技术可将市政给排水项目涉及的所有信息集中到三维模型中，且数据库可以动态更新并下载（参与项目的各专业人员均有相应权限），以保证模型数据的有效性，以避免设计方案反复修改、各专业信息冲突等难题。

3 BI M技术在市政给排水设计中的应用分析

3.1 工程概况

以某城市道路给排水管道项目为研究对象，阐述BIM 技术在设计中的具体应用。给排水管道项目所处区域地形整体较平坦，属亚热带季风气候，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）长度为1 688 m，给水管道长度为868 m，均处于中心城区的交通要道，各类管道分布密集，必须做好设计工作，以免给排水管道与其他管线互相碰撞，延误施工工期，提高工程造价，造成不良的社会影响。鉴于此，设计单位组织经验丰富的设计人员，利用Autodesk Revit MEP 软件开展排水管道设计。

3.2 排水管道三维建模

3.2.1 初始化文件

在建立三维模型之前，需在软件中创建项目初始文件，输入项目名称、设计人员、设计单位等基本信息，并选择管道类型。如果Autodesk Revit MEP 软件中没有项目中要用的管道类型，设计人员可自定义管道的粗糙度、材质、公称直径等，自定义具体内容如图2 所示。

图2 排水管道自定义界面

3.2.2 建立工作集

给排水项目烦琐，通常由多个设计人员共同参与。在对全部设计内容分解后，每个设计人员可建立自己的工作集。这样可以减少同一页面内设计人员所面对的视图信息，也在一定程度上降低了三维模型构建的难度。

3.2.3 导入CAD 平面图

使用Autodesk Revit MEP 软件建立三维模型是基于给排水管道的二维平面图纸。导入CAD 文件后，需要对给排水管道标高和周线位置进行标定，确保给排水管道三维信息的准确性，也为后续管道碰撞检测、工程量统计提供数据支撑[4]。

3.3 确定基坑开挖位置

该项目的给排水管道是施工难度比较大的城市基础设施，施工周期短，各个施工环节作业时间比较少，且施工会影响交通与附近居民日常生活。给排水管道的基坑开挖位置一定要准确，否则可能造成大面积返工，延误工期，影响项目的社会效益。因此，给排水管道在设计时，不能使用传统的管线调整方法，需使用BIM 技术对管线精确定位，使设计人员能全面了解地下管道设置情况，找到基坑开挖具体位置，并给施工单位提供管道开挖坐标。

3.4 管道碰撞检查

项目碰撞有“硬碰撞”与“软碰撞”，前者是指构件间的直接碰撞（即接触碰撞），后者是指构件间距小于规范要求值而产生的碰撞点。Autodesk Revit MEP 软件虽然自带管道碰撞检查功能，但该软件对计算机性能要求过高，碰撞检查效率低，耗费时间长，且对碰撞问题修改不方便。本文建议在交付给排水管道设计成果之前，利用Navisworks 软件对管道开展交叉碰撞检查，在施工前消除设计误，从而减少因设计失误引起的劳动力、施工资源、施工时间的浪费。

市政给排水碰撞检查目标是验证给排水管道与电力管道、燃气管道、消防管道等是否存在冲突，具体步骤如下[5]：（1）将Revit 软件建立的排水管道信息模型导入Navisworks 软件中；（2）点击Navisworks 软件中的“clashdetective”按钮，分别选择给排水管道和其他管道作为碰撞检查对象，碰撞类型选择“硬碰撞”；（3）给排水管道碰撞结束后，自动生成检查报告；（4）设计人员分析碰撞点信息，并找到碰撞点位置进行修改。在修改给排水管道模型时，先修改主干管道，再修改分支管道。管道模型修改后要再次进行管道碰撞检查，直到碰撞点清零。

3.5 管道工程量统计

3.5.1 开挖基坑工程量

市政给排水管道基坑开挖工程量与地面线数据准确性密切相关。地形图测量数据不能直接导入Revit 软件中，需要按下述步骤在CAD 中进行预处理[6]：首先，打开图层命令，只显示给排水管道设计需要的等高线、坐标、高程等数据；随后，将上述数据复制到空白图形，利用线条合并命令将等高线转换为多段线；最后，将处理后的图形导入Revit 软件中创建地形曲面。地形曲面建立后，可结合设计文件，利用Revit 软件模拟给排水管道的开挖，自动导出开挖工程量。

3.5.2 管材工程量

相较于其他BIM 软件，Revit 软件可以自定义管材用量明细表，根据管道类型、管道直径等属性分类统计出各类给排水管道的长度。

市政给排水管材用量明细表的自定义内容包括字段、过滤器、排序/ 成组、格式、外观等内容，具体含义见表1。

表1 管材用量明细表自定义

4 结语

本文研究了BIM 技术在市政给排水设计中的应用流程与应用优势，并依托某城市给排水管道项目，探讨了BIM 技术的具体操作方法，主要得到以下结论：

1）BlM 技术以三维建模软件为核心，多种软件协作交互，应用在市政给排水设计中具有可视化、参数化等优势；

2）建立市政给排水管道三维模型是基于二维平面图纸，在此之前需初始化文件和建立工作集；

3）Revit 软件与Navisworks 软件联合使用，可以对给排水管道进行碰撞检查，帮助设计人员找到碰撞点，及时修改设计图，以减少设计失误；

4）利用BIM 技术可模拟管道开挖，导出土石方工程量，并根据管材用量明细表分类统计各类给排水管道工程量。