BIM技術(shù)在市政水廠復(fù)雜構(gòu)筑物設(shè)計中的應(yīng)用研究

劉耀龍 吳敏

摘 要：針對市政水廠中活性炭濾池間處理量大，結(jié)構(gòu)多樣化，工藝流程復(fù)雜，質(zhì)量控制嚴(yán)，建設(shè)進(jìn)度緊，信息化管理要求高等特點?；赗evit及Navisworks平臺，通過建立可視化、仿真度高的三維BIM模型，進(jìn)行管線碰撞檢查，施工虛擬模擬，動態(tài)漫游等技術(shù)應(yīng)用，可有效驗證設(shè)計成果的一致性、合理性，進(jìn)一步提高現(xiàn)場的施工效率，為市政工程水廠BIM技術(shù)應(yīng)用提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：市政水廠;BIM技術(shù);碰撞檢查;施工效率

中圖分類號：TU17;TU99 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）01-0130-03

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）是以建筑工程項目各項信息的集成為基礎(chǔ)，將各種項目信息整合在一個三維模型的數(shù)據(jù)庫中。項目各參與方包括設(shè)計，施工，安裝，建設(shè)方等都可以基于BIM進(jìn)行協(xié)同工作，有效提升工程的設(shè)計、施工水平，從而進(jìn)一步提高工程質(zhì)量和投資效益[1]。

市政水廠中構(gòu)筑物與其他工程設(shè)計明顯區(qū)別在于通常具有結(jié)構(gòu)形式多樣，工藝流程復(fù)雜，周期長，多專業(yè)協(xié)作，多地下工程，室內(nèi)外管線布置復(fù)雜等特點。傳統(tǒng)的二維圖紙不具備極高可視化性能的技術(shù)，難以將復(fù)雜的設(shè)計呈現(xiàn)出來，對設(shè)計的一致性進(jìn)行驗證，從而進(jìn)一步指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

目前，基于BIM技術(shù)的有效運用，通過將二維圖紙與三維圖紙進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換，可以將BIM技術(shù)的可視化，可模擬，可優(yōu)化，可制圖等優(yōu)勢展現(xiàn)出來，同時還可以將三維模型以一個更加直觀的視角展現(xiàn)給各參與方，從而達(dá)到對設(shè)計準(zhǔn)確性進(jìn)行驗證，加快施工效率，提升項目的工程質(zhì)量的目的[2]。

本文基于Revit及Navisworks平臺，結(jié)合市政水廠工程的特點，對某污水處理廠中活性炭濾池間進(jìn)行BIM設(shè)計，探討B(tài)IM技術(shù)在市政水廠復(fù)雜構(gòu)筑物設(shè)計中的應(yīng)用。

1 基于Revit及Navisworks平臺BIM模型

BIM的特點及優(yōu)勢是協(xié)同化設(shè)計，即一個項目由一個完整的團隊來共同完成，整個項目的所有信息從開始設(shè)計時，就存放到一個共享平臺。所有項目成員都可以隨時進(jìn)行查看和使用。整個協(xié)同化操作的最終目的是為了使各個專業(yè)之間配合更加密切，信息傳遞流暢，并且準(zhǔn)確，減少無用功，實現(xiàn)工作效率的提升[3]。

目前基于Revit平臺可以高效地進(jìn)行BIM三維模型創(chuàng)作，建筑、結(jié)構(gòu)、工藝、電氣等各專業(yè)人員均可從BIM三維模型中提取所需的信息，并且將這些信息進(jìn)行統(tǒng)一。基于BIM三維模型，同時應(yīng)用Navisworks平臺可以實現(xiàn)碰撞檢測、虛擬施工、動態(tài)漫游等一系列工作，從而提高設(shè)計及施工的準(zhǔn)確性[4]。

2 工程概況及項目特點

2.1 工程概況

東部省某市政污水處理廠工程建設(shè)規(guī)模為10000m3/d，整個工程建設(shè)項目包括深度處理間、綜合樓、活性炭濾池間，細(xì)格柵間、污水池、泵房等構(gòu)筑物。其中活性炭濾池間為兩層的半地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單體工程量大，內(nèi)部空間布局緊湊，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長度81m，寬度48m，高程157.50，總體高度14.5m，本文基于Revit及Navisworks平臺對活性炭濾池間進(jìn)行BIM設(shè)計。

2.2 工程施工難點

2.2.1 工程量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜

本構(gòu)筑物屬于半地下工程，深度較深，工程量大，管道交叉頻繁，不利于現(xiàn)場的組織施工。同時根據(jù)工藝要求，池體內(nèi)部局部出現(xiàn)上下多格水池，內(nèi)部管道走向復(fù)雜，池底與地面設(shè)置上下連通樓梯，底板布置設(shè)備工藝設(shè)備較多，整個單體施工難度大，容易造成漏缺、工程返工、管道碰撞等質(zhì)量問題。

2.2.2 配合專業(yè)較多

整個單體項目涉及結(jié)構(gòu)，暖通，建筑、電氣、工藝專業(yè)。每個專業(yè)之間都需要共同協(xié)調(diào)設(shè)計方案，整個設(shè)計過程中存在方案調(diào)整，修改的過程，設(shè)計圖紙是否符合現(xiàn)場施工要求還有待進(jìn)一步驗證。

2.2.3 工期緊，目標(biāo)高

與其他工程相比，市政水廠工程項目通常結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，體量大，參與方眾多，且一般為政府主導(dǎo)項目，工期要求更為緊張，建設(shè)方對混凝土成型精度要求較高。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用策劃

整個BIM設(shè)計過程首先需要制定適用于本項目的一系列BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?；谏鲜鰳?biāo)準(zhǔn)，由項目負(fù)責(zé)人總體協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌建筑、結(jié)構(gòu)、工藝、暖通、電氣等各專業(yè)之間的配合工作，將BIM技術(shù)應(yīng)用成果規(guī)范化，協(xié)調(diào)解決工程設(shè)計中可能出現(xiàn)的問題，提前對BIM技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用策劃。圖1為本單體的BIM實施技術(shù)路線。

4 BIM技術(shù)應(yīng)用分析

4.1 模型構(gòu)建要求

由于該構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各專業(yè)工程技術(shù)人員在BIM三維模型構(gòu)建之前需要做如下準(zhǔn)備工作。

（1）各專業(yè)包括建筑、工藝、結(jié)構(gòu)、電氣需要通用的項目樣板，模型軸網(wǎng)，比例，標(biāo)高等其他參數(shù)統(tǒng)一。（2）采用多用戶模式工作，每個工程技術(shù)人員負(fù)責(zé)自己相對獨立的區(qū)域互不干擾。（3）簡化場地地形，不考慮地形起伏的影響，基于Revit平臺直接建立場地。

4.2 族庫的創(chuàng)建

Revit中可以實現(xiàn)各類參數(shù)化族庫的創(chuàng)建，從而提高工作效率，以活性炭濾池間池壁防水鋼套管為例，該活性炭濾池間有多種不同直徑的穿墻防水鋼套管，建模過程中如果每個都創(chuàng)建，不僅耗時耗力，工作量大，而且隨著后續(xù)模型不斷的修改，重復(fù)修改的工作量大，占用時間較長，造成工作效率低。因此，考慮到上述問題，BIM設(shè)計過程中可以事先建立一個防水鋼套管的族，根據(jù)其屬性特征賦予不同的參數(shù)，在需要創(chuàng)建不同直徑鋼套管時只需要修改所定義的參數(shù)即可，無需重新定義模型，需要新建時重命名就可以創(chuàng)建另一種鋼套管，節(jié)省大量工作時間。

首先需要創(chuàng)建一個公制樣板的族，然后對各參數(shù)化族定義子類別。需要對可見性進(jìn)行設(shè)置。然后后根據(jù)設(shè)計圖紙按比例進(jìn)行繪制。實際設(shè)計過程中，可根據(jù)不同專業(yè)的需要，建立各自需要的參數(shù)化族庫。在需要創(chuàng)建不同尺寸時修改相應(yīng)的參數(shù)，即可滿足本工程的實際化需要，也可為今后同類工程的快速建模所用。

4.3 模型建立

基于建立好的各專業(yè)參數(shù)化族庫，各專業(yè)技術(shù)人員在Revit平臺上對活性炭濾池間可以進(jìn)行一系列的建模操作，包括池壁，頂板，室內(nèi)樓梯，欄桿，管道，設(shè)備布置等工作，最后各專業(yè)在同一平臺上進(jìn)行模型組裝，完成最終模型的創(chuàng)建。圖2為活性碳慮池間BIM整合模型。實際建模過程中如果有其他項目的模型文件也可以通過Revit進(jìn)行整合。

4.4 碰撞檢查

單體工程活性炭濾池間包含大量的管道敷設(shè)、安裝工作等，傳統(tǒng)的二維設(shè)計，即使對圖紙進(jìn)行深化設(shè)計，也只是簡單的將各專業(yè)平面進(jìn)行簡單的疊加，各種系統(tǒng)管線的位置準(zhǔn)確性難以保證，因此，設(shè)計碰撞的問題沒有從根本上得到解決。在實際現(xiàn)場施工時，往往會發(fā)生已完成的工程，發(fā)現(xiàn)漏管，管道安裝位置錯誤，管道相互碰撞等情況。此時的變更需要消耗大量的人力和物力，嚴(yán)重影響了現(xiàn)場的工程進(jìn)度。

Revit自帶碰撞檢查的功能，基于各專業(yè)模型應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行沖突檢測，可以在施工前期預(yù)先檢查各類管道之間的碰撞，高效快速地自動生成碰撞檢測報告，工程技術(shù)人員可以根據(jù)檢測報告中的碰撞信息對碰撞部位進(jìn)行分析及修改。整個碰撞檢測流程如圖3所示。

如圖4為基于Revit平臺建立的三維內(nèi)部管道安裝BIM模型，將BIM模型轉(zhuǎn)入到Navisworks后，圖5為BIM模型下檢測出的管道碰撞問題，以及優(yōu)化后的模型方案。

4.5 虛擬施工

大型污水處理廠中復(fù)雜構(gòu)筑物普遍空間布局緊湊，現(xiàn)場施工交叉作業(yè)多，往往導(dǎo)致現(xiàn)場工程建設(shè)施工組織難度較大，為此，可以應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行4D施工模擬，對現(xiàn)場的施工組織進(jìn)行優(yōu)化部署，從而實現(xiàn)現(xiàn)場各施工工序，機械設(shè)備、勞動力等資源合理配置。

在Revit菜單中附件工具中外部模塊Navisworks2016，通過生成同名文件NWC文件，將其文件導(dǎo)入到Navisworks，采用Project編制詳細(xì)的進(jìn)度計劃，然后將模型與Project進(jìn)度相關(guān)聯(lián)，通過Navisworks中的TimeLiner功能，可以實現(xiàn)三維施工進(jìn)度模擬演示（如圖6所示），實際施工中的可能遇到如管線碰撞、構(gòu)件安裝等問題可以提前發(fā)現(xiàn)并且避免。通過采用虛擬施工技術(shù)，還可以對現(xiàn)場最佳施工方案的制定提供輔助，從整體上提高施工效率，消除現(xiàn)場施工的安全隱患，有效降低施工成本與時間耗費。

4.6 Navisworks動態(tài)漫游

基于Navisworks平臺通過動態(tài)漫游功能可以對建好的BIM三維模型進(jìn)行自由的模擬查看，可以在構(gòu)筑物內(nèi)全方位地觀察各個部位的細(xì)節(jié)，不僅可以發(fā)現(xiàn)其中的問題，還可以進(jìn)行實地模擬測量，圖7為漫游動態(tài)效果圖，此操作過程不僅可以隨時感受建筑內(nèi)外細(xì)部效果，還能以動畫的方式將三維的漫游過程輸出成MP4等其他格式供參建方共享。

5 結(jié)論

本文基于Revit及Navisworks平臺針對某大型污水處理廠中復(fù)雜構(gòu)筑物進(jìn)行BIM技術(shù)應(yīng)用分析，得出如下結(jié)論。

（1）通過建立BIM三維模型，可以實現(xiàn)管線碰撞檢查，設(shè)計優(yōu)化布置，可以有效解決設(shè)計中不易發(fā)現(xiàn)的問題，減少因構(gòu)件碰撞而發(fā)生的變更問題，從而推動設(shè)計工作的順利進(jìn)行，有效地減少了設(shè)計錯誤傳遞到施工階段，保證了工程質(zhì)量。（2）基于BIM技術(shù)的應(yīng)用表現(xiàn)出的可視化優(yōu)勢，通過對關(guān)鍵施工工序的模擬，動態(tài)漫游，可有效提高現(xiàn)場的施工效率，降低施工成本與時間耗費。

綜上所述，基于BIM技術(shù)可以有效的提升大型污水處理廠中復(fù)雜構(gòu)筑物設(shè)計過程中的準(zhǔn)確性，以及出圖效率，為今后市政工程的順利開展奠定基礎(chǔ)。因此，BIM技術(shù)在市政工程領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用具有良好推廣價值。

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