BIM技术在市政道路雨水管网工程施工过程中的逆向设计及应用探索

亢秀山 曾赛堂 乔则淳 白琚

市政道路的地下往往需要埋设各种雨水管道、盲沟、电缆线路、通信管道及其相应的构筑物等管网设施，其各自的专业设计在局部难免发生冲突。此外，各类管线及构筑物标高的不同也要求施工组织安排需要有科学合理的先后顺序。在处理冲突及安排施工顺序的过程中，BIM技术就起到了十分重要的作用。本文章以成金简快速路SG4标段项目的雨水管网工程为例，介绍了根据二维图纸逆向设计的过程，以及施工过程中雨水管网三维建筑信息模型的实际应用，或可为其他工程的施工提供一些经验。

一、工程概况

成金简（成都～金堂～简阳）快速路是成都市中心城区与东进片区连接的重要通道，是市域交通“五环二十五射”高快路网和东进区域“四纵八横”快速路网体系的重要组成部分。其SG4标段起于沱江东侧的五福大道，由西向东沿淮州新城规划线位紧邻毗河供水工程行进，止于金堂县与简阳市交界处的回龙村，路线全长4.151km，采用一级公路标准并配套市政设施。

本道路出水口以沱江和杨溪河为主，其中K35+800～K36+845段雨水顺坡自东向西排入沱江；K36+845～K37+400段雨水近期通过道路边沟排入杨溪河，远期同经四路一同接入雨水管网；K37+400～K37+873.9段接入经二路匝道雨水管（自西向东顺坡排放）；K38+117.5～K38+447.0雨水顺坡自西向东排入杨溪河；K38+940～K38+950.518雨水顺坡自东向西排入杨溪河。

道路共有三种（五条）隔离带：中央分隔带4m、主车道两侧的侧分带各4.5m、辅道两侧的机非隔离带各3.75m。每条隔离带内均设碎石盲沟一条，且机非隔离带内设雨水检查井和雨水管。

二、雨水管网建模

1.设计情况

道路两侧机非隔离带内设雨水管和雨水检查井；由中分带边缘、侧分带边缘的雨水口汇集的路面雨水通过雨水连接管流入雨水检查井内，并通过雨水管排出线外（此时雨水连接管串联着雨水口和雨水检查井）；此外，机非隔离带的碎石盲沟直接接入雨水检查井中，道路中分带、侧分带的碎石盲沟中的水通过盲沟检查井收集，并由同一横断面内的雨水连接管排入雨水检查井中（此时雨水连接管同时串联盲沟检查井、雨水口及雨水检查井）。

2.建筑位置信息数据统计

雨水管网的简化模型即“井——管段——井”。因此，仅需分类统计出各种井的坐标位置、井顶面标高及该处设计地面标高、井的埋深、管段起终点处管内底标高、管径这些建筑信息，即可据此描绘出雨水管网的建筑信息模型。在统计时，应注意根据不同类别的井进行编号命名，避免混淆。可根据《建筑给水排水制图标准》（GB/T 50106-2010）第4.4.5条进行统计。

（1）雨水检查井及雨水管位置信息数据统计

关于雨水检查井的相关数据信息，由设计文件中《雨水检查井表》即可得出；而雨水管的管径及管内底标高则需从设计文件《雨水纵断面图》中摘录统计出来。

（2）雨水口及雨水连接管位置信息数据统计

关于雨水口及雨水连接管的相关信息，须根据需要从设计文件中搜集：雨水口的坐标由CAD版《排水平面图》中相应的图块坐标信息批量统计而来，并同时对图块进行批量编号命名和标记，以做到图中的井与坐标数据的一一对应；《排水工程设计说明》中规定了雨水口的埋深及井顶到路面的距离，雨水口处设计地面（即路面）标高可通过雨水口所在的横断面图纸计算得到，亦可将设计数据输入道路测量计算软件后通过雨水口坐标得出；雨水连接管由于其坡度同路面横坡，且《排水工程设计说明》中规定了其管径及管内底标高到路面的距离，因此这两项数据即可得到。

（3）碎石盲沟及盲沟检查井位置信息数据统计

关于碎石盲沟及盲沟检查井的相关信息，需要根据设计文件要求加以处理方可得到：为了使盲沟精确地布置在三处隔离带的中央位置，要根据《逐桩坐标表》中提供的逐桩坐标使用CAD软件绘出各桩点并连接成多段线即为中分带盲沟中心线，根据《路基设计表》确定出每小段桩号间的侧分带、机非隔离带盲沟的偏距，并据此将中分带盲沟中心线偏移得出侧分带、机非隔离带的二维多段线。最后使用CAD软件的脚本插件拾取各盲沟多段线上的顶点坐标即为小段桩号间盲沟的“井坐标”，此“井”各尺寸均为0，仅在需要布置盲沟检查井处统计出设计文件《路基、路面排水工程设计图（中央分隔带设计图）》要求的盲沟检查井顶面标高、设计地面标高、井的埋深，并且盲沟管径及管内底标高可以计算得出。

需要注意的是，依此法得出的机非隔离带碎石盲沟仅有尺寸为0的“井”，故应对其CAD二维多段线重设顶点处理。由于设计文件规定机非隔离带碎石盲沟直接接入雨水检查井中，故重设的顶点坐标应同雨水检查井坐标一致。

最后，考虑到中、侧分带碎石盲沟接入雨水管网的方式，需在每个有盲沟检查井的断面上修改雨水连接管的建筑信息（增加或打断雨水连接管），使得碎石盲沟与雨水检查井协调成系统地结合在一起。

3.各构件模型的创建

本项目共有15种型号的雨水检查井、2种雨水口、1种盲沟检查井、8种管径的Ⅱ级钢筋混凝土管、3种管径的Ⅲ级钢筋混凝土管和1种型号的盲沟打孔波纹管。创建构件时，雨水检查井、雨水口、盲沟检查井各创建一个构建模型，并根据其各自不同型号的尺寸差异设置好模型可变参数，后续管网建模时给定参数即可获得不同型号的构件；管道构件则使用软件的MEP系统并设置好不同的规格参数即可。

4.雨水管网模型建立

有了2.2中的位置信息及2.3中构建的模型，只需将相应的构件调整好参数放置于其位置上即可。由于工作量繁杂且要求精确，故可采用脚本插件对海量表格数据进行处理，最终绘制成型。此时，若已将上述数据根据《建筑给水排水制图标准》的要求制成《xx管道高程表》，并根据插件要求格式制成《xx坐标表》，则可以利用插件直接识别表中数据。进行绘制时，插件将调用已绘制好的相应构件模型，根据识别到的位置数据将整个雨水管网项目的三维信息模型绘制出来。

5.道路各节点面的绘制

为了便于安排施工组织顺序，可绘制道路各节点面以供参考，较为重要的如路面、路床顶面及路床底面。BIM应用软件中如无路基路面相关绘制功能，则可依据2.2中各坐标点的设计地面标高以及设计文件中的路面坐标及标高来创建地形图即为路面图，相应的路床顶、路床底等节点面可依据路面图及结构厚度向下偏移得出。

三、三维建筑信息模型的施工应用

1.碰撞检查

本工程雨水管网及盲沟等地下管道设施较多，利用三维建筑信息模型可方便地排查出管线碰撞的部位，并与设计单位沟通解决问题。例如：本项目原设计的侧分带盲沟波纹管与雨水连接管有少许冲突，且考虑到雨水连接管的混凝土满包基础后，冲突更加明显。因此我方积极同设计单位沟通，在施工之前即调整设计使碰撞得以避免。

2.水流方向检查

根据三维建筑信息模型中管道上显示的坡度等信息可得知水流方向，将此水流方向与《排水工程设计说明》进行对比，来检查是否满足设计要求，若有疑问则与设计单位沟通解决。如本项目中，发现桥台位置雨水连接管坡度与设计说明相反，以雨水检查井YN68、YS68两处的雨水连接管为例，设计文件要求此处雨水口汇集的路面雨水应通过雨水连接管流入雨水检查井YN68、YS68内，然后接入经二路匝道雨水管，但按照设计要求，依道路纵坡设置雨水连接管，这就导致了设计水流方向是从雨水检查井向雨水口流去，最终会造成排水不畅。因此我方征得设计同意后，将此处雨水连接管反坡设置，保证了桥台位置排水的畅通。

3.科学合理地进行施工组织

雨水管网模型建立完成并绘制了路面、路床顶面、路床底面等节点面图形后，地下管网相对于道路结构的位置关系变得清晰明了。通过这样的信息模型，可以向施工员、施工班组进行形象生动的技术交底，并帮助施工员安排出科学合理的施工组织、施工计划，能够在节约项目成本的同时有效缩短工期。

4.项目成本测算

由于BIM应用软件具有生成明细表或类似的功能，所以建模完成后可以很方便地对此分部分项工程进行分门别类的工程数量统计。这大大节约了项目的商务计算工作量，也能够向项目决策者提供更为准确、及时和直观的成本信息。

四、结语

利用BIM技术进行逆向设计与建模在市政道路的雨水管网工程施工中可以起到十分积极有效的作用，它使得真实环境下的施工在计算机系统中得到了预演，且可以直观地观察到设计三维效果图，并以此进行设计上的查漏补缺和施工上的合理安排，非常具有现实意义。但是，本文章中逆向设计与建模过程的工作量十分庞大，或与笔者选取的BIM应用软件不恰当、不适用于市政道路地下管网有关，但仍应关注到：市政管网等地下设施在进行逆向设计时，施工图设计文件涉及专业分类较多（除本文介绍的雨水管网外，还有通信、照明、交安等），故数据过于分散且数据所需的中间处理环节较多，这些都导致了工作量的激增。因此更适用于此类项目的BIM应用软件及更多的正向设计文件是很有必要的。