工藝專業BIM正向設計在脫水機房中的應用

王楚濛 劉子奇 閆 冰 劉議安 周燕昭

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京 100082）

近年來，建筑行業規模增長速度在逐步放緩，亟須新的活力促進建筑行業振興，建筑信息化、智慧化及精細化發展趨勢應運而生，BIM技術是實現建筑智慧化的數字化基礎[1-2]。由于平臺適配度、行業規則、政策性及人才結構配置等問題，我國BIM的設計仍處于逆向階段[3]，因此針對上述問題，本文梳理并總結BIM技術正向設計的實施方法。利用正向設計理念，對北京市通州區河東資源循環中心一期工程脫水機房項目進行正向設計，確定脫水機房設計工藝方案，按照工藝設計流程完成標準制定、模型設計及協同作業三個方面的BIM技術正向應用，以期為BIM技術正向設計在處理廠相關工程實踐提供參考。

1 BIM正向設計方法

1.1 正向設計方法概述

三維設計包括BIM正向設計和BIM逆向設計。正向設計是指土木工程師在三維軟件的基礎上，同時完成三維模型和二維設計圖紙的方法。BIM正向設計是相對于逆向設計方法創建BIM模型而形成的一個概念。正向設計開始于方案設計，持續到施工圖完成，重點在于優化設計，提高建構筑物的合理性，確保圖紙的正確性。正向設計方法可對工藝專業BIM工作流程進行優化，將逆向設計中的工藝專業與BIM小組并行的工作模型優化為由工藝專業設計人兼任BIM建模人，同時完成設計和建模工作，省去了設計人員和BIM小組的交互流程，更貼合傳統的設計流程。

1.2 正向設計方法特點

（1）二、三維聯動[4]。

從設計流程來看，BIM正向設計通常是在一套設計系統上進行，模型圖紙同時生成，即完成功能和空間后，二維平立剖圖紙可以同步完成，二者可隨時變更，可以降低錯誤概率，提高設計師的工作效率。

（2）設計優化。

對于設計師而言，正向設計可讓設計人員獲得直觀的設計感，更關注設計本身的功能和空間以及關系。在管線設計過程中，設計人員還可根據規范要求和項目情況進行碰撞檢查，以達到輔助質量控制、優化工程設計的目的。

（3）降低成本。

對用人單位而言，正向設計雖然前期培養時間有一定的延遲性，但隨著工程階段的進行，避免了反復的設計變更和建設調整，減少了人機料法環的不必要投入，具有持續性增長力，可為用人單位帶來較大效益。

因此，正向設計可以彌補傳統設計的不足，也可實現對三維逆向設計流程的改進，完成對傳統項目設計流程的升級和優化。工藝專業BIM工作流程如圖1所示。

圖1 工藝專業BIM工作流程

2 污泥脫水機房工藝方案的確定

2.1 項目概況

本工程建設規模為6 萬m3/d，采用“多模式A2O+MBR”處理工藝[5]。項目是一座地下融合污水處理、初期雨水處理、再生水回用、污泥處理、污水源熱泵等多項功能，地上方打造生態濕地的綜合資源利用中心。水處理廠專業度高，部分單體結構復雜，整體箱體處于地面以下，項目參與人員眾多、工藝與環境因素互相影響大，明顯增大了項目的設計難度。因此，在部分復雜單體如膜池、脫水機房、加藥間中，選擇脫水機房采用BIM技術正向設計進行優化設計。污泥工藝采用濃縮脫水工藝，出泥含水率低于80%，脫水后污泥送至污泥處理廠進行處置。

2.2 BIM技術正向設計的應用

2.2.1 制圖標準的確定

本工程采用北京市市政工程設計研究總院制定的《BIM模型交付標準》進行模型設計。管道眾多，為了區分管道種類，在采用Revit軟件進行管線正向設計時，采用管道過濾器及管道組共同配合設置，最后以視圖樣板固定模型制圖標準。本脫水機房項目共含6類管線，如圖2所示。

圖2 管道過濾器

2.2.2 工藝模型的設計

（1）土建模型內尺寸設計。

本單體為脫水機房，首先工藝工程師對離心工藝的地下式脫水機房應有空間概念，明確脫水機房單體建在地下操作層，且污泥首先進入單體內的兩座貯泥池，池底與操作層平齊。采用離心脫水工藝的脫水機房需要在房間內部設置混凝土平臺，完成污泥從離心機到干泥泵的處理。根據建筑專業和暖通專業的初步配合可知，料倉與消防泵房合建，消防泵房下設逃生廊道。根據空間位置關系，工藝設計人可以開始墻梁板柱平面位置的布置。根據設備基礎定位，插入定制設備組，錄入脫水機房內設備的參數信息，如螺桿泵的流量、揚程、功率，離心機荷載等，完成主體提資模型，如圖3所示。

圖3 地下廠污泥脫水機房工藝三維條件

（2）入廊管線設計。

在廠區支廊和污泥脫水機房相鄰的部分，將工藝管線設計為由支管廊進入脫水機房，采用局部做井方案。

從局部井室穿出來的管線分層布置在廠區支廊部分時，不僅會與其他在支廊的管線交叉，也會在單體交接的地方出現多個彎頭。在常規的設計中，建筑制圖的平立圖已經無法清晰表達連續轉彎的管線布置，但三維模型的優勢恰恰在此。項目需要大量剖面圖表達管線交叉關系時，尤其是設計不穩定時期，如方案或初步設計階段，需要經常調整不同管線走向、遮擋關系。管道布置改變時，剖面相應改變，甚至需要更換剖面位置，但在模型里采用范圍框即可達到統一裁剪目的。二、三維的聯動性使生成的二維圖可以同步更新。污泥脫水間局部三維管線布置如圖4所示。

采用Revit范圍框完成的污泥脫水機房支廊管線模型剖面與生成二維圖紙進行深化后的對照關系如圖5所示。

圖5 支廊三維管線剖面圖及BIM深化圖

在設計過程中，工程師需要添加管道、閥門等相關參數，如管材、壓力等級、充滿度，管道是否帶壓，閥門是否帶電等屬性，可隨模型直接傳輸至其他專業進行協同設計。在管線設計過程中，設計人員還可根據自己的設計原則進行碰撞檢查，以達到輔助質量控制、優化工程設計的目的。

2.2.3 三維協同作業

在BIM正向設計的初級階段，缺乏技術支持等因素，主要依靠CAD的外部參照、Revit鏈接或工作集功能進行二、三維或純三維協同作業，原本面對面直接地配合變成適應軟件和依照網絡情況而定的配合，效率較低。近年來，協同平臺產品日益成熟，使各專業之間的圖紙校對、審核、審定功能更便捷和準確。本項目各配套專業與工藝專業的配合采用水處理的二、三維協同平臺完成。

3 結語

BIM作為未來市政基礎設施信息化和數字化建設的發展方向，已經在業內得到了廣泛應用和發展。BIM技術的核心是與大數據結合進行數據錄入及調用，目前將BIM技術與計算機領域的人工智能及大數據技術相融合，構建“互聯網+”環境下的智慧建造工藝已成為發展趨勢。