論B IM 技術在市政給排水設計及施工中的應用

周 穎

中國市政工程中南設計研究總院有限公司 湖北武漢 430000

BIM 技術是以信息技術和計算機技術為基礎的先進建模技術，通過對施工項目數據的采集和設計進行數字建模，實現項目具體化的呈現。在市政給排水設計及施工時，可以通過BIM 技術增加設計的科學性和合理性、提升各環節的效率和落實程度，從而實現整個給排水建設工程的準確高效進行，提升城市整體工程建設水平。

1 BIM 技術的主要

1.1 可視性

BIM 技術與傳統數字建模技術不同，其具有極強的可視化特點[1]。市政給排水工程作為城市建設中重要的民生服務工程，其便民性和實用性是工程質量的重要指標，整體工程建設需要匹配度最高的設計方案、性價比最高的建設材料。BIM 技術的可視性特點可以找出不同設計方案的優勢和劣勢，進一步增強市政給排水工程設計與城市實際情況的匹配程度。同時，BIM 技術的可視化特點能夠選擇出給排水工程中最合適的建設材料。以管道的選擇為例，通常硬塑管道的應用更多，通過BIM 技術可以發現在地勢較低的區域應選擇抗腐蝕性更好的管道，以減少低洼積水對管道的損耗。

1.2 模擬性

由于市政給排水工程的工程量較大、建設復雜、需要考慮協調因素較多，所以在實際建設過程中需要將市政給排水設計作為首要工作重點。通過BIM 技術可以將給排水工程復雜的管道走向和其他需要考慮的因素（城市整體規劃、人文因素、原生地勢等）進行建模，經過專業人員對建模和相關數據的分析找出潛在問題，經過針對性解決后的方案需要再次模擬，以此獲得在模擬建模階段的完美設計方案[2]。市政給排水工程施工需要嚴格按照設計方案進行，但由于實際施工時的不確定性和設計方案可能存在的滯后性，會出現實際情況與建設方案不匹配的問題。此是地，可以通過BIM 進行針對性模擬建模，將設計方案修改成與實際情況相匹配，以此實現整體市政給排水工程的科學性。例如，在給排水工程建設中涉及到臨時改建地區，需要增加或減少管道布置線路，可以通過BIM 技術將需要增加或減少的管道線路與初始建模相結合，綜合考慮市政給排水工程的整體性和改建地區的針對性，最大程度降低施工的不確定性，在變動初始設計方案的同時保證市政給排水工程的科學性和合理性。

1.3 協調性

市政給排水工程的建設不僅僅需要考量城市供水系統和排水系統，還需要綜合考慮城市布局、水資源循環利用、城市生態系統、城市綠化設計等因素[3]，以此實現整體城市規劃的協調性、提升城市各項基礎設施的運行流暢度，更好地發揮給排水工程的社會屬性。傳統提升市政給排水工程協調性的方式是召集給排水工程涉及到的各部門專業人員成立設計部門，綜合考慮各部門人員的建議，以此達成以協調性為基礎的設計方案。如此不僅會犧牲部分設計中的科學性，還對人力資源造成浪費，應用BIM技術可以將給排水工程涉及到的所有相關環節進行輔助建模，設計人員可以通過計算機將給排水工程與其他城市基礎設施的連接點進行重點設計，增加實際應用時的流暢程度。例如通過BIM 技術對給排水工程和城市綠化的連接進行優化，增設中水管道至城市公園和綠化帶，利用中水系統進行灌溉，實現水資源的重復利用。

2 BIM 技術在市政給排水設計中的具體應用

2.1 管線三維模型

市政給排水工程建設重點是對給排水管線的布置，管道的材料、流量、直徑、交替布置等因素都會直接影響給排水工程的建設質量。通過應用BIM 技術，可以將設計方案中的給排水管線建設成三維模型，使設計人員直觀地發現給排水管線的布置情況，通過模擬運行，輸入不同的供水和排水量，觀察管線重要節點的流水量和承受能力，以此增強給排水工程設計的可靠性。同時在實際施工過程中，可以將給排水管線的三維模型打印，標注管道的直徑、規格、材質，便于施工人員更好地完成建設任務、更加直觀地落實設計方案，從而提升市政給排水工程的施工效率和質量。

2.2 工程量計算

首先利用BIM 技術將給排水工程以管道材料、直徑、建設方式等進行分級分類，再利用三維模型獲得更加全面的管線數據（包括管線長度、管線布置方式、管線運行參數），最后通過數據分析匯總，可以得到初步工程量數據。同時，可以通過BIM 技術制作工程量數據表，對重點環節的建設材料損耗、施工人力資源成本、大型機械設備成本進行統籌，與初步工程量數據集合，可以得到較準確的工程量數據[4]。當前市政工程多采取招投標的形式委托專業建筑公司進行建設，工程量大、建設復雜、涉及的人力資源和材料較多，所以給排水工程的工程量計算是招投標工作中的重點。更加準確、科學的工程量計算數據，可以使市政單位更好地對比各建筑公司的設計水平和綜合實力，選擇工程量最準確、設計方案性價比最高的建筑公司進行委托建設。建筑公司掌握精確的工程量數據，在提升自身競爭實力的同時，也可作為合同談判時的有力武器，增加單位經濟效益。市政給排水工程的工程量準確統計是實現工程建設成本控制的關鍵數據基礎，市政給排水工程的管線數量較多，為保證工程效率，通常需要多處施工地點同時施工，因此會增加工程施工管理及施工環節的成本控制難度。而通過BIM 技術可以計算各施工地點的具體工程量，結合施工損耗、施工風險的不確定因素，得出科學的單位區域工程量數據，以此作為控制工具，從而實現整體給排水工程的成本控制。

2.3 管線設計出圖

市政給排水工程遍布城市所有區域，在設計和施工時需要考量的因素眾多。傳統給排水工程建設采取整體規劃、區域調整的方法，從市政給排水工程整體功能進行設計，在實際施工過程中遇到問題再進行相應的調整改變，建設效率較低、周期長、降低市民居住舒適度。應用BIM 技術可以在給排水工程設計階段進行問題前置化處理，利用其良好的出圖能力，通過圖紙對實際給排水施工進行指導[5]。BIM 技術的管道設計出圖對設計人員的專業素質具有一定要求，需要設計人員全面掌握給排水工程重點環節、充分發揮BIM 技術的優勢，在給排水工程設計過程中利用全面、可靠的數據，充分結合自身設計經驗，對管線設計進行合理的創新，管線設計圖紙應具備全面性、指導性、應用性，從而通過管道設計圖提升施工效率。以市政給排水工程遇到高層建筑時為例，高層建筑對于供水的水壓具有更高的要求，為節約成本，可在高層建筑關鍵部分應用高壓供水設備。此時可以應用BIM 技術打印管線圖紙、高壓供水設備安裝圖紙和高層建筑結構圖紙，指導工人正確地安裝高壓供水設備，從而提升施工效率的提升、控制施工成本。

2.4 工程協同應用

為減少市政給排水工程建設對市民生活的影響，給排水工程大多采取分段建設的方法，并在保證工程質量的前提下盡量提升施工效率、減少施工周期。將BIM 技術應用于市政給排水工程，可以減少各施工環節的溝通成本、提升施工信息采集速度[6]。將BIM 技術和計算機制圖軟件相結合，可以增加施工細節的改動，繪制更加復雜的設計圖紙；再通過信息通信技術，將各施工環節和總控制中心連接在一起，實時反饋施工具體情況、問題、進度；總控制中心根據反饋數據建立施工實際三維信息模型，并與初始計劃建模展開對比，確保各施工環節的施工質量和進度在規定范圍之內。利用BIM 技術可以實現各施工環節的完美契合，傳統施工中，由于各施工環節的施工隊伍不同，可能會出現連接時的不匹配，影響給排水工程的整體性能。BIM 技術可以通過建模從給排水工程整體考慮，在各施工環節具體落實，重點進行各施工環節連接處的匹配，增強給排水工程建設過程中的整體一致性。

2.5 碰撞檢查

BIM 技術可以對建立好的管道三維模型進行碰撞檢查，通過計算機模擬來檢驗管道結構、管道材質的合理性和承受能力。由于給排水工程的特殊性，在實際使用過程中會遭受污水腐蝕、土地內部擠壓、人為破壞、冷熱交替損耗等不良因素的影響，在傳統給排水工程設計中，只能利用設計人員的經驗來解決管道損耗的問題，因而可能會出現損耗預估不足，管道壽命降低或者損耗預估過量，管道建設成本超標的現象。通過BIM 技術可以將工程中可能出現的損耗進行數據采集，例如污水水流量、土地內部壓力、冷熱氣溫變化等數據；再輸入BIM 系統中進行數據分析和綜合測算，將管道三維模型通過測算數據進行不同等級的碰撞檢查，從而實現對給排水工程管道預估損耗的最優方案，在保證管道使用壽命和使用功能的前提下盡可能控制成本[7]。另外，BIM 技術的碰撞檢查還能避免給排水工程建設過程中對居民生活和城市交通的影響，保證在實際使用過程中的安全性，減少傳統給排水工程建設周期長、施工質量控制不規范造成的交通擁堵和管道損壞現象。

2.6 可視化應用

2.6.1 建筑圖形復原

在施工過程中，設計人員需要通過實際施工情況和相關數據反饋優化設計方案，但僅通過實際施工現場的圖片和數據難以獲得準確具體信息。通過BIM 技術進行實際施工現場的建筑圖形復原，形成三維立體模型，設計人員可以借此進行針對性的設計方案修改。

2.6.2 增加信息傳輸的準確性

總控制中心和各施工環節的信息傳輸對整個給排水工程的協同作用至關重要，設計人員需要根據施工現場的數據進行設計方案升級，施工現場需要根據設計人員的反饋數據將設計方案落地，期間微小的數據誤差都可能造成二次返工的現象，嚴重影響工程效率。BIM 技術的可視化應用可以增加圖像數據的傳輸，輔助判斷數字數據的實際特征，避免傳輸數據失真，增加信息傳遞的準確性和完整性。

3 結語

BIM 技術已經在不同建設項目中充分地證明其優異的指導協同性能，以及提升工程質量、效率的能力，例如在橋梁施工、房建工程、鋼結構工程、地鐵站建筑工程等，都體現出BIM 技術的應用范圍廣、可視化程度高、信息交互準確、三維建模具象程度高等優勢。在市政給排水工程的設計和施工環節應用BIM 技術，能夠為實際施工環節提供規范性指導，對施工過程中可能出現的問題進行前置化處理，避免安全隱患。市政給排水工程關乎民生，應以人為本，盡可能縮短工期、提升工程質量，相關部門可加強BIM 技術的應用程度，為城市建設工作賦能。