BIM技术在半地下式污水处理厂工程设计中的应用

孟祥磊，李 艳

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司 天津 300074）

0 引 言

随着信息化、数字化技术的发展，在工程设计阶段，越来越多的工程能主动地应用BIM技术。同时，由于业主方对于BIM和信息化技术的需求，外部环境不断地提升应用等级，加快了BIM技术的发展，所以国家、行业及地方各类BIM标准持续发布，各地政府相关指导政策相继出台，也催生了各类BIM软件和平台的研发。另一方面，设计阶段的各类资源和条件越来越苛刻、业主频繁变更、设计周期越来越短等对设计单位提出了更高要求。为响应政策要求、应对行业趋势及提高自身设计水平，设计院也在逐步开展基于BIM的正向设计。

市政行业虽起步较晚，但是BIM技术已逐步应用于污水处理厂施工图设计工作［1-3］。本文以某污水处理厂为例，分析了正向设计中遇到的难点问题，探索适用于市政污水厂的BIM正向设计模式，项目主要以Revit软件为基础开展工作。

1 项目概况

该污水处理厂工程处理规模12 万m3/d，采用多级A2O工艺，主要包括2 层半地下式箱体及3 座地上多功能建筑，箱体单层面积35 000 m2。此次正向设计过程仅针对箱体部分。

2 前期准备工作

2.1 协同平台、模式的选择

BIM协同设计指基于BIM模型和BIM软件进行各专业的交互与协作，目的是全部或部分取代CAD设计低效的工作模式，充分利用BIM模型数据的可视化、可传递性实现各专业间信息的多向、及时交流，从而提高设计效率、减少设计错误。根据文件存储方式，可以分为本地协同和集中式协同。

本地协同：每个用户在本地电脑上进行建模，将文件保存在本地，并在需要协同的时候将文件通过互联网、网络盘等方式传输给其他用户。这种方式的优点是每个用户可以按照自己的习惯和需求进行建模，不需要考虑其他用户的影响；缺点是容易出现文件版本不一致、修改冲突等问题，需要耗费大量时间和精力来解决。

集中式协同：所有用户通过服务器软件对文件进行管理和控制。每个用户都可以对文件进行修改和更新，在保存时需要和服务器进行同步并合并。虽然本地协同的方式操作简便，但是由于信息传递和同步的成本过高，不利于发挥Revit软件的优势，所以此次项目结合Revit软件特性，采用了集中式协同方式。

根据平台类型不同，集中式可分为局域网共享、RevitServer、红瓦等平台，各类平台对比如下：①局域网共享，即在局域网内设立文件服务器，将项目文件集中存放于服务器上，该方式的成本较低，不需要额外的软、硬件，可以根据需要添加各种类型的文件，网络速度可以得到保障，缺点是外网基本无法访问；②RevitServer平台，即在局域网部署RevitServer服务器，该方式需要部署一台Windows server，并安装服务器组件，可跨网段部署，通过缓存服务器提高传输效率，缺点是没有权限管理，并只能上传Revit文件；③红瓦等协同平台，这些平台除了常规Revit文件协同外，还整合了任务管理、进度管理等功能，与之相伴的是高额的学习成本，并且需要专门的硬件及网络支持，如果后期全面部署，则可以作为一个选择。此次项目主要用于技术验证，并且考虑到项目文件类型、网络条件等因素，最终采用基于局域网共享的协同。

2.2 协同方式策划

Revit 主要应用工作集与链接2 种方式进行协同，在协同方式的选择上，应综合考虑硬件性能及设计人员使用的便利性。

工作集是Revit的团队工作模式，由一个“中心文件”和一个“本地文件”的副本组成，多个用户可以通过工作集的“同步”机制在各自本地文件上同时处理一个模型文件。若合理使用，则工作集机制可大幅提高大型、多用项目的效率。Revit的链接跟AutoCAD的外部参照概念大体相近，设计师很容易理解。其优势与劣势跟工作集基本上是互补的：它无需特别操作，稳定性较好，可以将单个Revit文件体量控制得比较小，工作环境不受限制，但它无法将各个链接文件的图元互相连接起来，各个文件之间互相独立，有些公用的基准图元（如楼层标高、轴网）及设置（如线型、填充图案、底图的深浅）等需分别设置，也很难访问链接文件里面的构件及视图。协同方式的选择对于硬件的要求有着直接的影响，若所有专业的全部设计人都采用工作集的方式协同，则对于网络带宽、电脑硬件都会产生巨大压力。此外，随着协作人员的增加，同步时间也会呈现几何级增加。因此，根据污水处理厂项目的特点，采用工作集与链接混合的方式进行协同。由于部分土建构件是工艺专业确定位置，结构专业确定厚度，工艺和结构专业采用工作集的方式进行协同，箱体内建筑、电控、暖通分别建立了各自的专业文件，以链接的方式与其他专业协同。

2.3 硬件要求

根据此次项目的测试，通过不同配置打开、编辑同一文件对比，不同硬件的优先级如下：单核主频＞内存大小＞CPU硬盘读写速度＞显卡＞网络带宽。此外，通过对链接文件的合理载入等优化措施，8 代i7、16G内存基本上能保持流畅运行。以上配置为仅针对Revit软件进行施工图设计时的情况，需要进行渲染操作时，显卡的重要性会明显提高。

2.4 项目的定位原则

在项目启动阶段，需要严格定义好项目定位规则，因会影响到设计的准确性、管综的准确性、大场景整合交付的便捷性和准确性等。对项目定位规则进行约定主要有以下几种情况：①若项目共用一套地下轴线，则采用总轴网的方式进行地上、地下和单体文件的定位；②若项目不共用一套地下轴线，有多个独立子项时，则由总平面图中最左下角的用地红线角点作为原点进行定位，同时，以此红线文件为底图，以原点到原点的方式创建各自地块的总轴网文件，并将其由各地块的轴网定位图结合形成总轴模型的场地文件；③单体文件本身，不论是采用总轴网，还是场地文件整理定位时，均按照矩形文件以单体左下角主轴线，如1-A轴作为项目基点。圆形项目按照以弧形轴网为圆心进行项目基点的定位，此项目为地下单个箱体，因此，各个文件均采用总轴网的方式进行地上和地下定位。

2.5 视图样板/制图标准化

由于制图原理的差异，导致BIM软件是一种面向对象的设计模式，图面与模型的线条均来自模型自动生成，在Revit软件中，图元的显示控制更是通过多个层级进行设置。因此，需要按照对象样式、可见性/图形替换（VV）、视图过滤器进行综合控制。

视图样板是Revit样板设置中技术含量最高的环节之一，要考虑的因素非常多，需要在项目实践中不断迭代，这样才能打磨出好用的视图样板。作为企业Revit样板，视图样板既要考虑统一性，又要考虑普适性，尽量减少不必要的强制设置，在满足标准化表达的同时将更多的自由度留给设计师。

2.6 水处理设备

没有充足的设备库是正向设计起步阶段普遍存在的问题，部分单位的正向设计甚至止步于此。在此次正向设计过程中，我们采用以下几种方式进行了应对：①从在线公开的族库下载，如广联达构件坞、红瓦族库大师等族库平台和格兰富等设备厂家可以提供部分成熟的族库，但是构件质量参差不齐；②从专业厂家获取机械加工模型，部分厂家可以提供基于Solidworks或Inventor的设备模型，但是此类模型必须首先进行格式转换及轻量化处理，如某厂家提供的设备模型大约有5 000 个零件，经轻量化处理后可以减少至200 个左右，导入Revit可显著提高性能；③设计人自己制作，对于形体相对简单的设备，采用常规的几何体进行快速建模，并定义接口位置；④二三维分离建模，对于类似刮泥机等复杂设备，利用简单几何体在空间占位，剖切时利用软件特性，仅显示二维详图，在满足施工图出图标准的前提下最大程度地提高效率。

2.7 命名规则

“命名规则”是BIM设计应用和实施管理的重要基础。结合工程项目的具体情况，BIM命名规则与设计师的设计行为、项目数据管理模式、协同工作流程、最终交付的BIM成果等密切相关，且影响重大。①对设计行为影响：BIM设计经常需要在多文件、多专业间进行文件链接、数据信息共享与传递、数据统计、视图显示及构件样式（涉及建筑设计制图标准等）控制等，那么统一、规范的数据级BIM命名规则将提高上述工作的效率和成果质量，意义重大。②对项目数据管理模式影响：BIM设计各阶段将产生大量BIM项目文件及由BIM项目文件导出、打印产生的大量相关延伸BIM成果文件（BIM浏览模型、BIM碰撞报告、BIM模拟分析报告、PDF图纸、DWG图纸等），加上项目前期的基本资料、往来文档、最终交付和归档文件等，若想高效地存储、共享、管理、检索海量项目文件，则BIM文件级命名规则将起到重要的作用。③对协同工作流程影响：前述BIM构件的数据级命名规则、文件级命名规则对BIM设计在多文件、多专业间的文件链接关系，以及BIM信息传递、BIM协同工作流程（包括提资、校审、碰撞检查、施工模拟等），影响重大。④对最终交付BIM成果的影响：除BIM 模型质量、BIM图纸（信息完整、图面美观等）等的影响外，最重要的影响体现在BIM模型成果能否高效得到其他需要的、满足需要的BIM成果（如BIM浏览模型、BIM算量统计、CAD图纸、各项经济技术指标等）。

项目前期主要对文件名、族名、视图样板等名称进行了约定，其中文件名命名规则为【项目编号】-【项目简称】-【子项目编号/名称】-【专业代码】-【分区代码】-【Central】.rvt；族名命名规则为【专业/多专业编码】-【构件类别】-【一级子类】-【二级子类】-【描述】-【软件版本】.rfa；视图样板命名规则为【专业代码】-【视图类型】-【视图比例】-【描述】。

2.8 数据安全

数据备份的形式主要有以下几种方法：①用另存的方法，定期重做中心文件；②设计师每天用时间戳的方式从中心文件创建出新的本地副本文件，用于个人备份；③中心文件设置同步备份数量；④在服务器上安装增量备份软件，每天定时备份。本项目采用软硬件结合的方式保证数据安全，硬件上采用 Raid1 实现数据冗余，软件上则利用群晖带的备份工作定时备份。

3 协同设计过程

3.1 结构数据的导入

结构数据的导入和更新是正向设计的另一个难点，大部分软件仅能提供计算模型向Revit模型的单向转换，且不支持更新操作。虽然部分软件宣称能与Revit进行双向数据同步，但在实际运用中，将Revit中结构数据写回PKPM 或者YJK 还存在着很多问题，如在Revit中沿边线放置的墙体导入至结构软件中就变为了沿中线布置，甚至部分位置出现重叠构件等。出于设计安全的考虑，此次设计仅将结构计算数据单向写入Revit。

3.2 提资过程

BIM提资和CAD提资在内容上并无区别，只是在形式和过程上有所差异。CAD提资时是以文件为单元进行，BIM提资时则是以视图或者记录的方式进行。以工艺和结构专业为例，由于2 个设计人均在同一个文件内设计，所以当工艺完成主要模型搭建时，实际上已经具备了提资条件，虽然BIM模型的变化能实时反映在被提资人的视图上，但一些关键性的修改或对结构方案有影响的改动，如洞口大小修改、楼梯修改、降板区域变化等，还是需要在提资视图里用云线标记，必要时需增加文字说明。

3.3 校审过程

在没有协同平台的情况下，一般有以下几种校审方式：直接在Revit软件内建立专门的视图校审，然后导出DWG、DWF、PDF。

①在Revit内校审优点是不需要二次传文件，且校审记录便于记录，可以一直存在文件内；缺点是无法脱离网络环境，并且校审人员需要熟悉Revit软件的基本操作。②导出DWF 优点是校审时会产生标记，可以方便地将标识导入进Revit，并且可以脱离网络环境，离线校审。③导出PDF优点是不需要额外的客户端软件；缺点是根据校审意见查找Revit中图纸不便。④导出DWG优点是不改变原有习惯；缺点是导出后会存在显示不一致的情况。

3.4 碰撞检测

在确定专业综合设计原则和碰撞检测规则的前提下，采用BIM技术对各专业的BIM模型进行专业综合碰撞检查，根据碰撞结果，提前发现管线设计存在的碰撞和冲突，尽早发现和解决施工过程中可能出现的问题。因此，碰撞检查是专业综合设计的重要前提环节与依据，可很好地指导专业综合设计、空间管线布局，必要时需协调土建专业进行相应调整［4］。

设计主要步骤如下：①确定专业综合人员安排相应的工作职责，根据项目情况确定管综原则及碰撞检查要求，在此基础上确定管综碰撞的模型要求并进行相应的设置，然后在Revit软件中进行碰撞检查；②基于碰撞结果，对管线排布设计进行调整，必要时，在调整完成后再次进行碰撞检查，直到管综结果满足设计要求为止。

对于参与管线综合的构件范围主要包括水/工艺专业的管道系统：水管≥50 mm；暖通专业的风管系统、管道系统；电专业的桥架和电气设备；结构专业的结构柱和结构梁；建筑专业的门、窗。管线综合设计基本原则：①应满足各个专业修改规范要求（包括净高、间距、上下关系等），保证工程各种管线的整体合理性；②应留有管线之间及建筑构件之间合理的施工安装间距，特别注意安装空间、分支、阀门、连接件、吊架等因素；③保证使用功能及正常维护；④考虑管线日常检修的可能性，注重后期经常变更管线的灵活性，临时管线让永久管线；⑤主干路径设置以整体经济性和合理性为主，低造价管线合理避让高造价管线；⑥有压水管让无压水管，低压管让高压管，小管合理避让大管，易弯管让难弯管；⑦竖向立管尽可能靠墙、柱安装。

4 结 论

①在项目BIM应用方面，应坚持以问题为导向，通过梳理传统设计过程中常见的痛点与难点，匹配针对性的BIM解决方案。此次以解决碰撞、各专业图纸一致为出发点，通过在线协作的方式，较好地解决了上述问题。

②BIM软件在本土化、易用性方面确实存在诸多问题，从出图效率上来说，与传统CAD存在差距，还需要本地第三方企业逐步完善开发，以此来提高软件的易用性和效率。

③正向设计对于人员、管理、技术都提出了更高的要求，需要团队具备更高的协作能力和信息共享能力，也需要具备跨专业整合能力的专业人员。

④正向设计应充分考虑技术、人力、资源、设计周期、设计收费等各方面条件，应当在当下技术可行的基础上，在不增加太多资源投入、不改变太多设计管理流程的前提下，逐步、稳定地推进。■