BIM技术在市政道路给排水设计中的应用

吴 琼，辛 静，王嘉毅

（中国市政工程东北设计研究总院有限公司，吉林 长春 130000）

给排水工程是市政道路工程中必不可少的一环，多属地下隐蔽工程，运行时检查维修难度较高，其质量甚至直接影响整个工程的使用寿命。BIM技术作为未来设计的主流方向，其先进的工作方式和高效、智能的特点逐渐在设计行业中凸显。BIM技术能对整个市政道路进行数据整合，并模拟实现工程的数据整合，将其贯穿于市政道路设计、施工及运行的全过程，实现市政道路的集中化管理，能极大地提高工作效率。目前BIM技术在管线综合优化、参数设计、数字建模、施工模拟等方面应用较广，在市政道路给排水设计中使用BIM技术是发展的必然趋势。

1 BIM技术概况

BIM（Building Information Molding）是以三维数字手段为基础的建筑信息模型，用以表达详尽的工程相关信息，目前国内建筑领域主要使用的BIM软件有ArchiCAD，Revit等。BIM技术可用于市政道路给排水设计领域，但在应用过程中也出现了各种困难。BIM技术应用要结合项目实际情况，录入项目相关信息，对工程进行三维建模，模拟施工动画，以供市政道路技术人员及施工人员参考。BIM技术可结合参数变化，预测施工风险并提出预防及解决的措施，其在市政道路给排水工程方面的应用，规范了施工质量及施工流程，能为完善市政给排水构筑物的设计及施工提供有效的参考依据。

2 BIM技术在市政道路给排水设计中的优点

BIM技术是基于三维数字技术建立三维信息模型。对市政道路给排水工程的设计、施工和运行进行建模，要从对所需信息识别采集开始，明确信息的质量要求，对采集的数据进行处理及应用，实现BIM模型的建立。BIM在给排水工程设计过程中有仿真性、可视化、协同性、自动化及精确性等特点（见图1）。

2.1 仿真设计，提高分析模拟能力

在市政道路给排水工程设计中，仿真设计能为后期的施工运行提供良好的指导，可以帮助设计人员在设计阶段就能直观地感受到工程的实际效果，方便设计人员进行方案论证和调整，及时发现问题，预防及消除工程隐患。BIM信息模型包含了丰富的信息，可为分析模拟提供数据支撑，以得出准确的模型信息，提高设计、施工的工作效率及工程质量。在市政道路给排水工程施工时，管道错综复杂，施工难度大、周期长，安装时的准确性和协调性难度大，而BIM技术的仿真设计提高了分析模拟的能力，为施工提供了直观准确的支撑，提高了设计和施工效率。

图1 BIM技术的优点

2.2 可视化设计，明确表达设计意图

传统的设计只能反映二维空间要素，修改其中部分图件后需一一修改其他相关图纸。应用BIM技术时，只需在系统整体布局中修改就能有效完成所有修改工作，不仅减少了设计工作量，保证了信息的准确性，还能准确地表达设计的意图，建立完整可视化的三维数字模型，直观地反映工程完工的效果（见图2）。随着市政道路工程的发展，城市复杂市政工程增多，差异性工程增加，导致给排水工程也出现越来越多的奇异构筑物，此时BIM信息模型的可视化功能可以非常直观地反映设计人员的意图，帮助施工人员了解设计情况，提高施工效率和工程质量。

图2 基于BIM技术的可视化设计

2.3 协同设计，提高设计效率

随着城市建设发展，市政道路给排水工程规模越来越大、设计难度越来越高、设计内容越来越细、涉及专业越来越广，仅靠个人、个别部门已无法及时、高效地完成给排水工程的设计工作。BIM技术可以实现不同人员、不同专业之间的协同设计，当设计人员对其中的部分内容做了修改后，其余设计人员能及时地看到修改内容，实现信息模型的实时更新；同时，BIM技术还可以设置协同权限，避免不同专业的设计人员对其他专业的失误操作，当要修改其他专业领域的数据时，需要本专业技术人员的确定才可修改，从而实现多人、多专业的协同设计，极大地提高了设计效率。

2.4 参数设计，实现自动化修改

在给排水工程设计过程中，设计人员采用相同的数据库和建模软件，能实现工程的设计、创新和维护。在对工程参数进行设计修改时，能实现系统引擎位置合理协调，呈现工程所有合理状态。比如在给排水设计中，对消火栓的布置状况进行修改后，在消防设计及消火栓等的布置及数量均产生了合理的修改；在对管道的水力参数进行修改后，能实现管道其余部分合理的自动化修改等。

2.5 数据统计，精确计算工程量

在传统设计中，市政道路的给排水工程量采用断面方法估算，这种算法不仅浪费时间、误差较大，而且易产生错误，在实际的修改中也很复杂，如在对图纸进行修改后需重新统计所有的材料，工作量很大，严重影响了设计效率。BIM技术应用于给排水设计中，其模型具有精确的几何数据，可以精确统计长度、面积、体积等工程量，精确计算道路工程中所需的土方工程量，并能精确地将需用的数据表现出来，不需要人工统计，减少了人为误差，同时也提高了设计的工作效率和准确率。

3 BIM技术在市政道路给排水设计中的应用

3.1 在管线综合优化中的应用

市政道路给排水工程设计非常复杂，大多属于地下隐蔽工程，涉及了电力、天然气、管道等多个系统，与给排水系统纵横交错，因此在设计中要综合考虑各方面的因素，保证给排水系统管线的布设与其他系统互不影响，方便后期维护和施工。利用BIM技术可以直观地显示地下管线的三维位置及布设情况，帮助设计人员了解地下各管线之间的交叉情况、距离远近等，避免了对其他系统的影响，同时也方便设计人员对管线设计进行调整和优化。

3.2 在参数设计方面的应用

BIM技术建模是建立在大量的数据参数的基础上，设计人员运用BIM技术可以构建拟建工程的三维模型，进行工程量明细、水力计算等；当设计人员调整部分参数时，软件可以自动调整其他相关参数，弥补了传统设计的不足。例如在市政道路给排水设计中，平面位置参数的调整会影响空间数量参数的变化，利用BIM技术对工程量明细表进行实时更新，极大地节省了统计时间，提高了准确性和工作效率，也提高了设计质量，有利于设计方案的优化。

3.3 在数字建模方面的应用

在给排水工程BIM建模过程中，首先区分出管道类型，收集已有管线资料，了解其基本信息；然后构建三维数字模型，对模型进行可视化及碰撞检测工作，对涉及交叉问题的管线进行优化调整；最后利用BIM技术统计各工程量及所需材料、施工机械配置等，对不同属性的材料进行分类，实现快速准确的数据统计等功能，提高了给排水设计的工作效率和准确率，能预防和消除安全隐患，为施工提供准确的依据。

3.4 在施工模拟方面的应用

给排水工程不同于普通的建筑工程，属于地下隐蔽工程，施工环境比较恶劣，不确定因素较多。而BIM技术的应用，给原本不确定因素较多的管道施工提供了可视化模拟，同时可以引入时间维度，能帮助工作人员合理地安排工程进度，有效地规划施工和安装进度；对各种不确定因素进行模拟，还能减少施工中的设计变更问题，增加各分包工程的协同作业，提高施工效率。

4 BIM技术在市政道路给排水设计中存在的问题

4.1 BIM技术对硬件要求高

BIM技术建模过程中需要诸多参数，在设计过程中会产生大容量的数据，这对计算机硬件及设计软件的要求很高。目前给排水设计软件多是在建筑BIM建模软件的基础上进行二次开发，每个专业分项工程的数据库都很大，在建模过程中对处理数据的计算机的硬件要求较高，需要配置专门的计算机支撑设计工作。

4.2 BIM模型权限的问题

虽然BIM技术在不同专业、人员的协同设计方面有巨大的优势，但对于集合型的管线设计来说，其在信息模型权限释放和获取方面比较复杂，相关专业的权限的获取和释放都需要通过平台对其进行确认生效。

4.3 BIM技术人才匮乏问题

目前，大部分给排水设计人员主要使用ArchiCAD进行设计，对BIM技术相应软件的应用较少，原因主要是设计人员本身的工作设计习惯影响和对BIM技术软件的熟悉程度不高，以及设计任务的复杂程度高。并且，BIM建模技术相关的课程、教育培训相对较少，BIM其他软件也无法与广泛使用的ArchiCAD图件完美融合，导致BIM技术人才相对匮乏。

5 结束语

综上所述，BIM技术在市政道路给排水工程中的规模化应用是行业发展的必然趋势。随着当下城市建设的快速发展，市政道路给排水设计的地位愈发重要，BIM三维数字建模技术在给排水工程设计中优点明显，不但能提升设计人员的工作效率，减少人员误差，还能降低设计人员的劳动强度、节省工作时间；同时还能提供准确的工程量计算等功能，针对不同的给排水设计问题给出合理的解决措施；通过建立可视化模型，能为工程施工提供准确的依据，引领给排水设计行业发展潮流，增加设计施工企业的经济效益。