BIM技術(shù)在市政給排水管線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探索

王盈盈 王蘊(yùn)杰 郭 水

(1.北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100045； 2.北京市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100045)

BIM技術(shù)以其獨(dú)有的可視化設(shè)計(jì)、參數(shù)化設(shè)計(jì)、構(gòu)件關(guān)聯(lián)性設(shè)計(jì)以及協(xié)同設(shè)計(jì)等多種優(yōu)勢(shì)，被越來越多的引用到市政設(shè)計(jì)工作中。雖然BIM能為行業(yè)帶來巨大的商業(yè)價(jià)值，但我們也看到，目前國內(nèi)大部分設(shè)計(jì)院在實(shí)施BIM方面并不是一帆風(fēng)順，而是遇到各種各樣的困難[1]。在市政給排水設(shè)計(jì)中，BIM技術(shù)應(yīng)用的還不是十分成熟，通過對(duì)Bentley系列軟件進(jìn)行了應(yīng)用，提出了應(yīng)用中面臨的問題。針對(duì)面臨的問題進(jìn)行了檢查井等標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的參數(shù)化建模，同時(shí)利用模型數(shù)據(jù)進(jìn)行二維出圖，一定程度上提高了BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)效率及普及度。

1 應(yīng)用軟件與不足

1.1 AECOsim Building Designer(ABD)

ABD是建筑設(shè)計(jì)的三維信息模型創(chuàng)建工具，集中建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、電氣多專業(yè)應(yīng)用程序，涵蓋模型創(chuàng)建、圖紙輸出、材料統(tǒng)計(jì)、碰撞檢測(cè)、數(shù)據(jù)利用等整個(gè)設(shè)計(jì)流程。

在市政給排水設(shè)計(jì)中，利用ABD中的MicroStation設(shè)計(jì)平臺(tái)和設(shè)備模塊可進(jìn)行特殊檢查井、泵站等構(gòu)筑物的三維設(shè)計(jì)，并進(jìn)行二維出圖。ABD作為Bentley公司的一款建筑系列設(shè)計(jì)軟件，三維設(shè)計(jì)功能還是很成熟的，但二維圖紙存在細(xì)節(jié)表達(dá)不到位，不規(guī)范的情況。

1.2 Subsurface Utility Engineering(SUE)

SUE是地下公共設(shè)施模型創(chuàng)建工具，為Power Civil軟件中的一個(gè)模塊，可對(duì)給水、雨水、污水、通信、電力、石油、燃?xì)?、熱力等多種管線進(jìn)行管道、涵洞、集水坑等內(nèi)容的設(shè)計(jì)。利用勘測(cè)信息、CAD圖形、GIS數(shù)據(jù)、Excel電子表格、Oracle數(shù)據(jù)庫和其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信息源，在SUE中自動(dòng)創(chuàng)建三維模型。

在市政給排水設(shè)計(jì)中，利用SUE進(jìn)行給水、再生水、雨水、污水的三維設(shè)計(jì)。SUE中無管線二維平面及縱段出圖功能，且未本地化，其內(nèi)置的檢查井等基本構(gòu)件均不符合我國圖集要求。

2 設(shè)計(jì)方法

利用SUE進(jìn)行市政管網(wǎng)模型設(shè)計(jì)時(shí)，有三種方法可依據(jù)不同情形進(jìn)行選擇應(yīng)用：1)數(shù)據(jù)導(dǎo)入法。將高程、管徑、井坐標(biāo)等數(shù)據(jù)編入Excel，將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到SUE中并進(jìn)行設(shè)置定義，由SUE中的ModelBuilder功能提取已設(shè)置完畢的管網(wǎng)數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成管網(wǎng)模型；2)逐一設(shè)計(jì)法。選擇檢查井類型，逐點(diǎn)布置檢查井并進(jìn)行高程設(shè)置，選擇管道種類及規(guī)格，在檢查井之間進(jìn)行管道布置；3)3D線轉(zhuǎn)化法。定義管線平面路由，在縱斷面中定義節(jié)點(diǎn)標(biāo)高，選擇管道模板，拾取已定義好的3D線生成三維管網(wǎng)，三種建模方法的對(duì)比分析見表1。

3 應(yīng)用案例

3.1 項(xiàng)目概況

某新建道路，道路設(shè)計(jì)全長(zhǎng)4.399 km，需隨路進(jìn)行雨水、污水、再生水、給水四種市政給排水管線設(shè)計(jì)。目前已完成初步設(shè)計(jì)階段。

3.2 BIM解決方案

通過應(yīng)用Bentley系列產(chǎn)品，完成管線及相關(guān)構(gòu)筑物的三維協(xié)同設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括PW協(xié)同應(yīng)用、三維模型的建立、模型總裝與碰撞檢查，生成滿足初設(shè)階段要求的二、三維設(shè)計(jì)成果。

基于此，此三維協(xié)同設(shè)計(jì)項(xiàng)目目標(biāo)包括：

1)完成各類管線及構(gòu)筑物三維模型建立，以及單體模型總裝；

2)進(jìn)行專業(yè)間及專業(yè)內(nèi)的模型碰撞檢查；

3)利用雨、污、中、給四種管線的模型數(shù)據(jù)生成二維平面圖、剖面圖；

4)完成三維可視化工程展示(動(dòng)畫渲染)工作；

5)根據(jù)設(shè)計(jì)需求，逐步豐富族庫。

BIM設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

3.3 管線三維設(shè)計(jì)

管線模型深度參照我院自主編制的《市政工程BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》中給水及排水部分模型要求及深度；項(xiàng)目交付的信息模型應(yīng)根據(jù)統(tǒng)一的格式進(jìn)行模型文件命名，模型文件命名規(guī)則宜符合如下要求：【項(xiàng)目序號(hào)】—【分區(qū)/系統(tǒng)】—【專業(yè)代碼】—【單體名稱/總裝】—【描述】。同時(shí)，根據(jù)傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)各類管線設(shè)計(jì)顏色不同，將三維管線模型色彩進(jìn)行約定。

根據(jù)以上約束，進(jìn)行雨、污、中、給四種管線三維設(shè)計(jì)，以及閥門井、排氣井及排泥井等節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，最終將四種管線進(jìn)行總裝，總裝模型如圖2所示。

3.4 碰撞檢查

對(duì)雨、污、中、給四種管線進(jìn)行專業(yè)內(nèi)部碰撞檢查作業(yè)，并生成碰撞檢查報(bào)告。依據(jù)碰撞檢查結(jié)果進(jìn)行模型調(diào)整，指導(dǎo)施工圖設(shè)計(jì)。碰撞后調(diào)整的原則是：雨水及污水的平面路由及管線高程基本穩(wěn)定，根據(jù)雨水及污水的高程位置，進(jìn)行給水和再生水的高程調(diào)整。初次進(jìn)行碰撞檢查作業(yè)后，由于壓力管線還未做高程分析，發(fā)現(xiàn)高達(dá)105處碰撞點(diǎn)，主要集中在：

1)壓力管線與重力管線檢查井碰撞；2)壓力支線與重力管線碰撞，見表2。

表2 碰撞檢查結(jié)果

3.5 工程量統(tǒng)計(jì)

SUE可生成檢查井及排水管道工程報(bào)表，并可導(dǎo)出.txt格式，可便利轉(zhuǎn)成.xls格式。工程報(bào)表中可以統(tǒng)計(jì)每段管道規(guī)格、長(zhǎng)度、標(biāo)高、類型等基本數(shù)據(jù)。這樣可以精確統(tǒng)計(jì)工程量，避免了傳統(tǒng)二維人工統(tǒng)計(jì)的繁瑣與不精確，而且可以統(tǒng)計(jì)每個(gè)檢查井標(biāo)高，從而可以精確計(jì)算管道平均覆土，解決了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)對(duì)管道平均覆土進(jìn)行估算而不夠精確的問題。

3.6 族庫積累

由于SUE中無排泥井構(gòu)件，根據(jù)設(shè)計(jì)需求，創(chuàng)建了排泥井構(gòu)件并形成排泥井族庫，井筒及井室可實(shí)現(xiàn)參數(shù)化調(diào)整。族庫對(duì)象的半徑、高及直徑等基本尺寸可參數(shù)調(diào)整，提高族庫利用效率，便于控制不同標(biāo)高下特殊井的高度變化，見圖3，圖4。

3.7 二維出圖

節(jié)點(diǎn)出圖利用ABD中的出圖功能進(jìn)行大樣圖出圖及標(biāo)注，構(gòu)件平面表達(dá)與傳統(tǒng)二維有一定差別，但更接近實(shí)際；管線出圖利用SUE提取管線的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入進(jìn)行平面及縱段數(shù)據(jù)出圖，此種方法出圖深度與標(biāo)準(zhǔn)與二維出圖可實(shí)現(xiàn)完全統(tǒng)一，如圖5所示。

節(jié)點(diǎn)二維圖紙與模型是聯(lián)動(dòng)統(tǒng)一的，當(dāng)模型更改時(shí)，圖紙會(huì)自動(dòng)更新，這在一定程度上提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量及效率。

4 應(yīng)用總結(jié)

SUE軟件還未進(jìn)行本地化開發(fā)，很多內(nèi)容不符合我國設(shè)計(jì)需求。首先，檢查井等構(gòu)件樣式與我國標(biāo)準(zhǔn)圖集完全不一致；其次,管道類型及規(guī)格不滿足常規(guī)設(shè)計(jì)要求。針對(duì)此問題，需進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)圖集檢查井的單獨(dú)建模，并對(duì)工作空間中“Bentley-Civil-Metric”管道模板進(jìn)行編輯，添加所需的管道樣式及規(guī)格。

實(shí)現(xiàn)BIM模型的信息化利用。BIM模型的最關(guān)鍵因素之一就是“信息”，可以隨時(shí)查看給排水模型任意一個(gè)構(gòu)件的屬性信息，包括規(guī)格、類型、長(zhǎng)度、標(biāo)高、材質(zhì)等基本信息，甚至施工方法，設(shè)備廠家等。由于SUE中無管線二維出圖功能，所以提取模型的數(shù)據(jù)信息，將數(shù)據(jù)作為鴻業(yè)軟件與BIM軟件的橋梁，用鴻業(yè)軟件彌補(bǔ)現(xiàn)有BIM軟件中的不足之處，提高了BIM的利用效率及價(jià)值。

[1] 中國勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)市政工程設(shè)計(jì)分會(huì)信息管理工作委員會(huì).中國市政設(shè)計(jì)行業(yè)BIM實(shí)施指南(2015版)[Z].2015:13-14.