BIM技术在市政管线综合设计中的应用探讨

李拓

摘要：随着我国经济社会的不断完善，城市建设也进入快速发展时期，市政道路工程管线种类日益增多，传统设计流程的二维管线综合在解决管线设计问题时存在诸多缺陷。本文对BIM技术在市政管线综合设计中的应用进行了探讨。

关键词：BIM技术 市政道路 管线综合 设计 应用

1.传统二维市政管线综合设计的缺陷

在大型、较复杂的市政工程项目设计中，由于管线系统繁多、布局复杂，常出现各专业工程管线在水平或竖向空间位置上产生互相干扰碰撞，或者管线与其他管道附属构筑物冲突的情况。给施工带来麻烦，造成返工或浪费，甚至存在安全隐患。为了避免上述情况的发生，传统的设计流程中通过二维管线综合设计来协调各专业的管线布置。但传统二维市政管线综合只是将各专业的平面管线布置图进行简单的叠加，按照一定的原则确定各种系统管线的相对位置，进而确定各管线的原则性标高，再针对关键部位绘制局部的剖面图。总的来说存在以下缺陷：

（1）管线交叉的地方靠人眼观察，难以进行全面的分析，碰撞无法完全暴露及避免。特别是对于大型的市政道路，管线种类众多，在道路标高变化较大或周边地形复杂的地方，管线避让、满足敷设要求以及控制埋深等各问题之间常常顾此失彼。

（2）管线交叉的处理均为局部调整，很难将管线的连贯性考虑进去，可能会顾此失彼，解决了一处碰撞，又带来别处的碰撞。

（3）管线标高多为原则性确定相对位置，仅局部绘制剖面的位置有精确定位，大量管线没有全面精确地确定标高。

（4）多专业叠合的二维平面图纸图面复杂繁乱，不够直观。仅通过“平面+局部剖面”的方式，对于多管交叉的复杂部位表达不够充分。

由于传统的二维市政管线综合设计存在以上不足，采用BIM技术进行三维市政管线综合设计就成为针对大型复杂市政管线设计问题的优选解决方案。

2.BIM技术应用于三维市政管线设计的优点

BIM（Building information modeling/Building information model）是指建筑信息建模/建筑信息模型。在Jerry Laiserin著名的比较苹果与橙子论述提出后，这一设计理念初步深入人心并得到应用推广。BIM计算是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性等五大特点。

BIM技术的发展使三维管线综合的设计方式得以实现，通过BIM协同设计可以直觀表达各专业管线的设计意图，进而明确管线构筑物的复杂构造及管线之间的相互空间关系，方便进行碰撞与干涉检查和实时调整，实现元素级别的协同。

3.BIM应用于三维市政管线设计的主要软件

目前国内已有多种软件可供选择，但三维管线综合的设计有其特殊的需求，需要跟市政道路进行紧密结合。目前业内使用较成熟的主要设计软件包括Autodesk公司开发的Revit MEP软件、Autodesk Civil3D软件、以及鸿业公司开发的鸿业三维智能管线设计系列软件。经过笔者对不同项目的使用分析，对这即款主流软件的不同应用重点有如下体会：

Revit系列软件包含Revit Architecture、Revit Structure、Revit MEP三个软件，分别对应建筑、结构、设备专业，三者互相融合度高，可以满足复杂的市政工程节点、以及大型综合体市政道路出入口处的管线综合设计的需要。

Autodesk Civil3D软件可以实现大型市政道路、城市公路的整体设计，其数据分析功能强大，在土方计算、区域排水等参数分析上优势明显。但Autodesk Civil3D对市政管线的支持限于道路排水，其余类型的市政管线需要用户自行设置类型及规则，这对设计用户的培训要求较高。

BIM软件在和其他软件协同方面，目前主要通过LandXML、FBX、SKP、DWG等数据文件进行，可以和InfraWorks、3dMax、Google Skyetchup等软件交换信息和模型数据，具体交换形式需要视对接的软件而进行不同设定。

3.三维管线综合设计流程

三维管线综合设计作为BIM技术的主要应用方向之一，已在国内多个大型、复杂项目中进行设计实践，取得了一定的经验与技术积累。笔者通过多个项目总结出的市政管线BIM设计流程是先建立市政道路模型，然后进行市政管线的建模，再根据各专业要求及管线敷设要求，对管线进行合理细致的调整、避让，最后汇成文档出图。具体的各个设计阶段如下：

3.1市政管线模型的建立

市政设备管线BIM建模按照各专业的施工图分系统进行，如给水、污水、雨水、消防、热力、电力电缆、通信电缆等，各系统设置不同颜色以便区分，建模的顺序大致按从上到下、从大管到小管的顺序进行，以减小后期调整避让的难度。如果有横向的雨水口连接管则需特别注意，应在其他市政管线之前建模，这是由于重力流管到有坡度，而且不能上弯，一般需要其他管线去避让它，因此先行建模有利于后期调整避让。

3.2管线调整避让

为了避免管线碰撞、控制埋深，管线间的避让是不可避免的。在建模的过程中即需观察管线间的空间关系并予以调整，在局部区域完成建模后，要及时使用BIM软件的碰撞检测功能，发现并消除碰撞，不必等到道路所有管线都建模完成再进行检测，因为各软件的整体检测速度都较慢，并且调整起来更难控制。通过三维BIM模型使得精确地调整管线高度成为可能，为满足敷设要求及埋深控制，在多管交汇的地方可以进行精细的实体避让。

3.3汇成文档并出图

由于采用了三维的方式进行设计，最后提交设计成果的方式有别于以往的管线综合设计。拟以三个层次的成果提交：

（1）传统的表达方式，即管线综合平面图、局部剖面大样等；此外，对于管线关系较复杂的局部，辅以三维轴测图以便直观地表达。

（2）管线标高层次示意图，即按颜色深浅及色调变化来直观表达管线标高的彩色平面图。可以非常直观地表达所有管线的高度变化，并可直接看出整条道路各路段市政管线的埋深，对于影响埋深的局部管线一目了然，从而可以有针对性地进行调整甚至要求具体专业变更设计。

（3）对于最终完成的整个BIM模型，导出为相应的格式提交给建设单位，以便进行后期的维护运营配合。

结语：

国内BIM技术的应用正蓬勃发展，国家到各地方均已经出台并即将实施相应的BIM设计规范。虽然目前在市政行业内，各单位的设计成果也基本都是处于某个工程项目甚至某一个阶段中，无法实现项目间的统一协调。但随着标准化的数据载体和编码规范的不断完善，协同困难问题将会有更优解决方法。同时随BIM产品的本地化程度不断提高，会有更多适合市政行业使用的软件投入国内市场。配合我国城市建设的飞速发展期，BIM技术在市政管线设计中的应用必将越来越普遍。

参考文献：

[1] LAISERIN J.Comparing pommes and naranjas [EB/OL].（2002）http：//www.Laiserin.com/

[2] 杨远丰 蔡晓宝 三维管线综合设计实践与技术探讨 建筑技艺[M] 2011-02-20

[3] 孙同谦 徐峥 BIM在市政管线综合中的应用 中国给水排水 Vo1.30 No.12

[4] 刘保石 利用BIM技术进行管线综合平衡设计 建筑时报 2012-04-30

[5] 印明 市政工程设计中BIM技术的发展前景 城市道桥与防洪 2012年7月第7期