BIM 技術(shù)在城市泵閘EPC 工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

游孟陶，潘 飛

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，上海市200092]

0 引 言

城市排澇是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，直接影響到城市的各種功能發(fā)揮。隨著全球氣候變暖，極端天氣頻發(fā)，風(fēng)暴潮與天文潮及臺(tái)風(fēng)暴雨疊加的概率越來越高，因此城市排澇泵閘的建設(shè)顯得尤為迫切。另一方面，近年來隨著城市用地日益緊張，城市泵閘周圍往往市政建筑設(shè)施密集。城市泵閘除了需要滿足排澇功能，在城市風(fēng)貌提升以及生活場景打造等方面也提出了更高的要求，設(shè)計(jì)施工過程中如何達(dá)到充分利用地塊、使環(huán)境影響減小到最低程度是一個(gè)值得全面考慮的問題。

針對(duì)此問題，本文以?？谑旋埨吓艥潮瞄l為例，采用BIM 技術(shù)為手段[1]，從設(shè)計(jì)施工一體化角度分析設(shè)計(jì)方案的合理性，因地制宜，打造布局合理、環(huán)境優(yōu)美的工程設(shè)計(jì)方案，為類似城市泵閘工程的實(shí)施提供參考。

1 工程概況

龍昆溝排澇泵閘工程位于海南省海口市龍昆溝流域，由泵站、水閘和引水箱涵組成，主要功能是防潮、排澇[2]。工程選址于濱海立交西南側(cè)的龍珠灣綠地中，為了使工程建設(shè)不影響周邊的綠化環(huán)境景觀以及道路與龍珠灣海域之間的景觀通透性，工程采用全地埋式設(shè)計(jì)，見圖1。工程等別為I 等，主要建筑物均為1 級(jí)水工建筑物。工程實(shí)施后可以有效緩解龍昆溝流域的排澇壓力，提高片區(qū)的排澇保障能力。工程采用泵閘分建的平面布置方案，水閘布置在現(xiàn)狀箱涵出口位置，泵站布置在現(xiàn)狀箱涵出口西南側(cè)綠地中，泵站與水閘之間由引水箱涵連接。

圖1 工程實(shí)施效果圖

2 協(xié)同設(shè)計(jì)流程

隨著城市泵閘工程在建設(shè)過程中面臨著越來越復(fù)雜的建設(shè)條件，工程區(qū)域真實(shí)環(huán)境的創(chuàng)建在設(shè)計(jì)之初顯得尤為重要。在工程區(qū)域真實(shí)環(huán)境模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員可以更好的結(jié)合施工條件、建筑布置、環(huán)境影響等因素，并以工程任務(wù)和建設(shè)規(guī)模為依據(jù)，擬定多個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選，選定最優(yōu)的方案進(jìn)行下一步的深度設(shè)計(jì)。

協(xié)同設(shè)計(jì)是BIM 建模的重要優(yōu)勢之一，多個(gè)專業(yè)在“一個(gè)設(shè)計(jì)平臺(tái)、一個(gè)設(shè)計(jì)模型、一個(gè)數(shù)據(jù)架構(gòu)”上設(shè)計(jì)，形成一個(gè)完全融為一體的BIM 模型，保證了模型數(shù)據(jù)和信息的準(zhǔn)確性和完整性，從而實(shí)現(xiàn)高效的協(xié)同設(shè)計(jì)[3]。

針對(duì)EPC 泵閘工程的設(shè)計(jì)，本文基于勘察設(shè)計(jì)流程，首先建立勘察信息模型和場地信息模型，并以此為基礎(chǔ)信息模型，集成各專業(yè)信息模型，最終形成泵閘工程BIM 模型，協(xié)同技術(shù)路線見圖2。

圖2 協(xié)同設(shè)計(jì)流程圖

3 模型創(chuàng)建及應(yīng)用

3.1 勘察信息模型

（1）地形地質(zhì)建模

勘察信息模型的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)主要包括勘察數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)以及水文氣象數(shù)據(jù)。本文主要根據(jù)勘察測量等專業(yè)提供的數(shù)據(jù)建立勘察信息模型，采用Civil3D 進(jìn)行三維地形地質(zhì)模型的快速創(chuàng)建，見圖3。首先對(duì)原始地形地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到.cvs 格式的點(diǎn)文件；然后導(dǎo)入Civil3D 中進(jìn)行曲面和實(shí)體建模；最后將模型數(shù)據(jù)與InfraWorks 及Revit 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，為下游設(shè)計(jì)創(chuàng)造基礎(chǔ)。

圖3 工程區(qū)三維地質(zhì)圖

（2）影像數(shù)據(jù)下載

影像數(shù)據(jù)一定程度上能夠反映工程建設(shè)區(qū)域周邊的歷史及現(xiàn)狀情況，對(duì)工程設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。本文中的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)來源于ArcGIS Online地圖，分辨率為0.298 6 m/ 像素。根據(jù)工程區(qū)位，采用地圖下載器下載后導(dǎo)入InfraWorks 場景中與地形進(jìn)行貼合[4]。

3.2 場地信息模型

場地信息模型的建立是以勘察信息模型為中心模型。首先水工專業(yè)進(jìn)行初步的基坑開挖設(shè)計(jì)，然后主體專業(yè)將收集的城市數(shù)據(jù)（包括建筑數(shù)據(jù)、水系數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)、管線物探數(shù)據(jù)等）轉(zhuǎn)化成數(shù)字模型，并布置在場地信息模型中，此時(shí)初步完成從勘察信息模型到場地信息模型的深化。

（1）交通信息

本工程基坑所處地理位置特殊，位于濱海立交西南側(cè)的龍珠灣綠地內(nèi)，緊臨港灣路、濱海立交和龍珠灣海域，項(xiàng)目周邊環(huán)境保護(hù)要求較高。由于施工期間保留機(jī)動(dòng)車道功能，同時(shí)施工期間考慮到大型設(shè)備及材料進(jìn)場，因此合理的交通疏導(dǎo)對(duì)保證交通安全暢通以及施工進(jìn)度至關(guān)重要。

本文利用InfraWorks 自帶的道路建模功能，建立了濱海立交及港灣路等道路設(shè)施，為道路交通組織模擬提供了模型基礎(chǔ)。

（2）建筑信息

本工程毗鄰萬綠園、濱海立交橋、世紀(jì)大橋以及世紀(jì)廣場，400 m 范圍內(nèi)有復(fù)興城、國際離岸創(chuàng)新大廈、海關(guān)大樓等，對(duì)周邊建筑的影響因素主要為居住、辦公環(huán)境?？刂乒こ探ㄔO(shè)區(qū)環(huán)境噪聲水平，保障居民辦公、住宅等噪聲敏感點(diǎn)的聲環(huán)境達(dá)標(biāo)是環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)需要考慮的問題之一。本項(xiàng)目施工期施工機(jī)具噪聲影響預(yù)測可采用點(diǎn)聲源擴(kuò)散模型，建筑輪廓數(shù)據(jù)采用建筑矢量數(shù)據(jù)。通過InfraWorks 按指定的屬性字段拉伸，并賦以建筑樣式數(shù)據(jù)，得到建筑模型。通過創(chuàng)建腳本計(jì)算影響距離并進(jìn)行分類主題分析，分析受影響區(qū)域，以便合理選用施工機(jī)械和工藝，并安排施工時(shí)段。圖4 中淺色陰影部分為噪聲主要影響范圍內(nèi)建筑。

圖4 建筑噪聲影響范圍分析

（3）管線信息

現(xiàn)狀龍珠灣綠地地塊內(nèi)市政管線齊全，管線布置密集，包括電力、通信、燃?xì)?、有線電視、國防光纜、供水、雨水、污水等八大類管線。因此施工時(shí)，結(jié)合基坑圍護(hù)方案，需做好沖突部位的管線搬遷工作，同時(shí)需要對(duì)不需要改遷的管線做好保護(hù)工作。本次設(shè)計(jì)首先通過物探技術(shù)，測得各類地下管線的管位及走向。再結(jié)合Revit 中的Dynamo 工具，開發(fā)了三維管線自動(dòng)生成腳本，自動(dòng)完成各類管線的建模工作，見圖5。

圖5 Dyna mo 自動(dòng)生成管線模型

（4）水系信息

水系數(shù)據(jù)信息關(guān)系到工程施工導(dǎo)流和施工圍堰的設(shè)計(jì)，因此場地信息模型中水系模型的加載也十分必要。本工程龍昆溝泵閘外河側(cè)為龍珠灣海域，泵站和節(jié)制閘新建時(shí)需修筑圍堰。另外泵站泵房、進(jìn)出水池、引水箱涵施工時(shí)無需導(dǎo)流，節(jié)制閘施工需要進(jìn)行導(dǎo)流。為便于施工導(dǎo)流，節(jié)制閘采用分幅施工的方式進(jìn)行。

3.3 專業(yè)信息模型

龍昆溝北雨水排澇泵站工程設(shè)計(jì)涉及多個(gè)不同專業(yè)，包括水工、機(jī)電、金結(jié)、電氣、排水、建筑、景觀等。根據(jù)本文制定的BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)流程及龍昆溝北雨水排澇泵站工程的需要，首先建立工作集，由水工建立中心模型文件，不同專業(yè)在同一中心文件的基礎(chǔ)上進(jìn)行BIM 模型的并行設(shè)計(jì)，完成各自專業(yè)的設(shè)計(jì)。

（1）水工專業(yè)信息模型

水工模型是整個(gè)工程的基礎(chǔ)，包含泵房、箱涵、水閘、進(jìn)水池、出水池等多個(gè)內(nèi)容，在進(jìn)行模型創(chuàng)建前需對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行劃分，才能更好地保證模型創(chuàng)建的準(zhǔn)確性與標(biāo)準(zhǔn)性。本工程主要模型構(gòu)件以施工縫為界進(jìn)行功能體拆分。下圖為泵站主體部分三維剖切視圖，見圖6。

圖6 泵站主體三維剖切視圖

（2）水機(jī)金結(jié)專業(yè)信息模型

本工程水機(jī)模型主要基于Autodesk Inventor 軟件創(chuàng)建。金結(jié)模型如閘門、液壓泵、清污機(jī)、清污皮帶等構(gòu)件在已有參數(shù)化構(gòu)件庫的基礎(chǔ)上，根據(jù)本工程內(nèi)容，進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)例化創(chuàng)建，見圖7。

圖7 基于構(gòu)件庫的金屬結(jié)構(gòu)模型實(shí)例化

（3）建筑專業(yè)信息模型

本次設(shè)計(jì)管理區(qū)內(nèi)布置地下配電用房，景觀通透性好，無視線遮擋，滿足規(guī)劃及使用的要求。地下建筑按照地塊特點(diǎn)，達(dá)到充分利用地塊的目的，同時(shí)配合天井采光通風(fēng)，同時(shí)便于電氣設(shè)備的吊裝，并且把對(duì)綠化環(huán)境的影響減小到最低程度，見圖8。

圖8 建筑專業(yè)信息模型及天井采光分析

3.4 泵閘工程BIM

通過InfraWorks 集成環(huán)境，將勘察、場地、專業(yè)等模型統(tǒng)一在一個(gè)工作環(huán)境中，最終形成泵閘工程BIM 模型。結(jié)合交互式三維展示，不僅大大提高了設(shè)計(jì)工作效率，也為參建各方提供了直觀形象的工程模型，也為后續(xù)精益管理提供了絕佳途徑，見圖9。

圖9 Infra Works 中泵閘工程三維展示

3.5 BIM 模型應(yīng)用

本次設(shè)計(jì)通過模型的快速算量，為工程主體的工程量統(tǒng)計(jì)提供十分準(zhǔn)確的數(shù)值，極大提高了統(tǒng)計(jì)效率和精度，如混凝土算量，與實(shí)際澆筑相比，誤差僅為1.02%。本次采用BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)，在一個(gè)BIM模型中完成設(shè)計(jì)過程，加快了設(shè)計(jì)效率。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，本次各專業(yè)間進(jìn)行了定期碰撞檢查，使得溝通修改工時(shí)共減少約32 h。從水動(dòng)力特性角度，通過BIM模型結(jié)合水力學(xué)數(shù)值模擬，驗(yàn)證了龍昆溝泵閘工程設(shè)計(jì)合理，能滿足基本設(shè)計(jì)要求，見圖10。

4 結(jié) 論

通過對(duì)?？谑旋埨媳瞄l工程BIM 模型的建立，真實(shí)的展現(xiàn)了工程周邊的復(fù)雜環(huán)境，并為應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行專項(xiàng)分析提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過對(duì)周邊環(huán)境影響的分析，評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案的合理性，提高了設(shè)計(jì)服務(wù)的質(zhì)量與水平。同時(shí)也為其他地區(qū)城市泵閘工程設(shè)計(jì)提供了有益的參考。