BIM技術(shù)在市政道路給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TU990.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1004-4345（2025）02-0044-04

Application of BIM Technology in the Design of Water Supply and Drainage for Municipal Road

WEN Wei

（Shenzhen Branch of China Nerin Engineering Co.，Ltd.，Shenzhen，Guangdong 518Ooo，China）

AbstractBuilding Information Modeling（BIM）technologyprovidesabasic framework fordigital designbyconstructing threedimensional informationmodelsofmunicipalengineeringfacilities，equipment，andpipelines.TakingtheShenzhenQianhaiUnit ^-8 municipalroadprojectasacasestudytispapersystematicallelaboratesonteBtechnologsystem，deliverysandardsndte applicationincollborativedesignandinteligentanalysis.ThestudyshowsthatBMtechnologycanintuitivelypresentthespatial layoutofcomplexpipelines throughhigh-precisionmodellingandvisualcollboration，andoptimizethedesignconflictthrough colisiondetection，reducetheconstructionchangerate，andefectivelycontroltheprojectcost.Thetechnologycanalsodeply integrategeogaphicinformationsystem（GIS）andhydraulicsimulationtols，realizedynamicasesmentof stormrain waterlogging risk，and provide scientific decision-making support for municipal water supply and drainage design.

KeywordsBIMtechnology;designof watersupplyanddrainage formunicipalroad;collborative design;colisiondetection

建筑信息模型（BuildingInformation Modeling，以下簡稱“BIM\"作為工程設(shè)計(jì)與建造領(lǐng)域的數(shù)字化建模技術(shù)，可顯著提升項(xiàng)目設(shè)計(jì)效率、增強(qiáng)管理水平和優(yōu)化全生命周期協(xié)作水平。隨著BIM技術(shù)應(yīng)用范圍的持續(xù)拓展，深圳市對加快推進(jìn)BIM技術(shù)應(yīng)用提出了具體的實(shí)施意見[1。該意見明確提出：自2023年1月1日起，全市新建工程項(xiàng)目（投資額1000萬元以上，且建筑面積 1000m² 以上）須全面實(shí)施BIM技術(shù)。在此背景下，BIM技術(shù)深度融入了該市市政給排水設(shè)計(jì)領(lǐng)域并引發(fā)技術(shù)范式革新。本文基于2023年深圳前海八單元市政道路工程（一期）項(xiàng)目實(shí)踐，系統(tǒng)闡述BIM技術(shù)在管線綜合優(yōu)化與地下隧道三維協(xié)同設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用。

BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)是以多維動(dòng)態(tài)信息建模為核心的數(shù)字化技術(shù)體系，可貫穿工程設(shè)計(jì)、施工建造及運(yùn)維管理的全生命周期，其本質(zhì)是通過數(shù)據(jù)整合與流程優(yōu)化實(shí)現(xiàn)工程全生命周期的協(xié)同管理。BIM技術(shù)具備多維數(shù)據(jù)集成能力，可廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、方案決策、施工及運(yùn)維管理等環(huán)節(jié)。其核心優(yōu)勢在于構(gòu)建實(shí)時(shí)更新的信息數(shù)據(jù)模型，提升設(shè)計(jì)精度，提高施工效率與項(xiàng)目管理水平。近年來，BIM技術(shù)在市政道路給排水設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用日趨成熟，主要模型類型包括：

1）設(shè)計(jì)與施工圖模型?；趲缀螀?shù)構(gòu)建基礎(chǔ)功能框架。2）設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)模型。支持多專業(yè)沖突檢測與協(xié)同優(yōu)化。3）專項(xiàng)目標(biāo)分析模型。集成地形、道路等地理信息數(shù)據(jù)，針對內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等專項(xiàng)需求進(jìn)行三維分析。三維模型通過碰撞檢測與迭代修正形成標(biāo)準(zhǔn)化交付成果。

針對給排水設(shè)計(jì)復(fù)雜工況，BIM技術(shù)可集成水力仿真軟件、水質(zhì)模擬工具及計(jì)算流體力學(xué)（CFD）分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2 BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)優(yōu)勢分析

2.1協(xié)同設(shè)計(jì)

市政道路給排水設(shè)計(jì)涉及主次干路改造，需統(tǒng)籌給水、排水、燃?xì)狻崃Α?qiáng)弱電及LNG、石油等多類管線，其空間關(guān)系復(fù)雜。傳統(tǒng)管道綜合依賴二維圖紙比對，需反復(fù)協(xié)調(diào)且效率低下，易因?qū)I(yè)間信息不同步導(dǎo)致施工階段管線碰撞，增加工程成本與工期進(jìn)度控制風(fēng)險(xiǎn)。

BIM技術(shù)基于三維可視化協(xié)同平臺(tái)，通過多專業(yè)數(shù)據(jù)共享與實(shí)時(shí)碰撞檢測，顯著提升了設(shè)計(jì)糾錯(cuò)效率。工程師可直觀識(shí)別管線沖突，并基于碰撞檢測報(bào)告動(dòng)態(tài)優(yōu)化布局2。以某市政道路工程為例：BIM系統(tǒng)自動(dòng)生成管線碰撞清單（表1），精準(zhǔn)定位沖突點(diǎn)（如標(biāo)高重疊、走向交叉等），設(shè)計(jì)人員可依據(jù)檢測報(bào)告調(diào)整管道標(biāo)高/走向，或采用翻彎避讓策略3，使施工變更率大幅降低。其核心優(yōu)勢體現(xiàn)為：1）協(xié)同性?？鐚I(yè)數(shù)據(jù)互聯(lián)，消除信息孤島，打破傳統(tǒng)分段設(shè)計(jì)壁壘。2）預(yù)見性。碰撞檢測能精準(zhǔn)定位沖突點(diǎn)，可規(guī)避 90% 以上的施工沖突。3）迭代性。模型參數(shù)聯(lián)動(dòng)更新，支持設(shè)計(jì)一施工一運(yùn)維全周期追溯。

2.2智能設(shè)計(jì)

市政道路、片區(qū)路網(wǎng)給排水設(shè)計(jì)前期需要結(jié)合具體情況進(jìn)行校核計(jì)算。相較于傳統(tǒng)計(jì)算模式，BIM技術(shù)通過深度集成地理信息系統(tǒng)（GIS）與水力仿真工具，整合市政排水設(shè)施分布、地形特征、土地利用類型等城市地理數(shù)據(jù)，并基于多元信息耦合分析，從而實(shí)現(xiàn)極端氣候條件下排水系統(tǒng)的三維動(dòng)態(tài)效能模擬與推演。該項(xiàng)功能有效解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助工具存在的弊端，使設(shè)計(jì)成果具備更強(qiáng)的直觀性，且能精確地展示出各關(guān)聯(lián)要素之間的相互作用，達(dá)成給排水的智能設(shè)計(jì)4。例如，在市政道路海綿設(shè)計(jì)上，通過流量及水質(zhì)的模擬可判斷海綿設(shè)施在徑流和污染物削減上的控制率是否達(dá)標(biāo)，以及市政片區(qū)排水系統(tǒng)在洪水和暴雨等極端氣候條件下是否存在內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。圖1為鴻業(yè)暴雨排水系統(tǒng)模擬的道路淹水范圍，圖2為東莞某街箱涵在暴雨重現(xiàn)期10a情況下雨水排放的動(dòng)態(tài)演示。由圖2可以看出，BIM模擬包括了地形、路網(wǎng)、管網(wǎng)、河渠水文等信息，通過水力過程模擬，可判斷出內(nèi)澇點(diǎn)的具體位置、淹水深度，并形成危害評(píng)估報(bào)告。

3 前海八單元市政道路給排水設(shè)計(jì)

3.1 工程背景

前海八單元片區(qū)定位為粵港澳大灣區(qū)山海人文城市客廳。該區(qū)域匯集世界級(jí)公共文化資源，旨在打造具有中國氣韻的現(xiàn)代化大灣區(qū)地標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)這一城市發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，需統(tǒng)籌建設(shè)交通、能源、排水等基礎(chǔ)設(shè)施，確保區(qū)域公共服務(wù)建設(shè)完備，形成完善的城市道路體系，打造高品質(zhì)城市形象，促進(jìn)片區(qū)繁榮發(fā)展。2023年，當(dāng)?shù)貑?dòng)的一期工程涵蓋6條城市支路，包括2條地下—地面復(fù)合道路（前灣四路、金岸中街）、4條地面道路（海馨街、海馨北一街、海文西一街、海文西二街）及3座地下人行通道，同步實(shí)施市政管線與附屬設(shè)施工程。該項(xiàng)目旨在完善區(qū)域路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為深圳博物館、一丹中心等重點(diǎn)地塊提供市政配套服務(wù)，為片區(qū)活力營造提供基礎(chǔ)支撐。

3.2BIM標(biāo)準(zhǔn)體系與交付要求

深圳市2021年出臺(tái)了《交通建設(shè)工程BIM標(biāo)準(zhǔn)體系》，如圖3所示。該體系由技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成。1）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要包括《交通建設(shè)工程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)》《城市道路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》和《交通建設(shè)工程信息傳遞標(biāo)準(zhǔn)》3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，主要針對軟件開發(fā)人員，確保工程各參與單位的數(shù)據(jù)互通性。這也是交通建設(shè)工程BIM標(biāo)準(zhǔn)體系的核心標(biāo)準(zhǔn)。2）應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，按設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維3階段編制，涵蓋道路、橋隧、管廊等專業(yè)模型交付規(guī)范。市政道路管線工程需滿足不同模型精細(xì)度（L100-L300）要求，其中L300級(jí)模型需精確表達(dá)構(gòu)件幾何參數(shù)與安裝需求。《市政道路管線工程信息模型設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)》適用于深圳市新建、改建、擴(kuò)建的市政道路管線工程在可行性研究、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)階段的模型成果交付5，具體要求見表2。

3.3BIM軟件介紹與選擇

BIM技術(shù)較傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)軟件有很大不同，它不是一個(gè)簡單的軟件，而是一個(gè)可使不同專業(yè)組協(xié)同工作的共同平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)兼容了各專業(yè)的主要設(shè)計(jì)軟件，包括主流設(shè)計(jì)軟件公司Autodesk（歐特克）、Bentley（本特利）、NemetschekGraphisoft（圖軟）、GeyserTechnology（蓋澤科技）公司旗下的RevitArchitecture RevitStructural、RevitMEP、BentleyArchitecture、BentleyStructural、BentleyBuildingMechanical Systems、ArchiCAD、ALLPLAN、Vectorworks、DigitalProjec、CATIA等建模軟件。其中，應(yīng)用于市政道路的主流BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)包括A（Autodesk）B（Bentley）和C（Catia）三大平臺(tái)。A平臺(tái)功能插件、設(shè)備模型庫豐富，為市場上的主體平臺(tái)，主要適用于工業(yè)與民用建筑；B平臺(tái)專業(yè)工程類型兼容性強(qiáng)，支持模型格式轉(zhuǎn)換，目前市場占比呈上升趨勢；C平臺(tái)外圍集成計(jì)算軟件完善，但偏于水利工程等專門領(lǐng)域。

本項(xiàng)目主要采用B平臺(tái)建模，該平臺(tái)功能完全適用于本項(xiàng)目涉及的道路、綠化，管線及隧道等專業(yè)。該項(xiàng)目BIM設(shè)計(jì)工作流程如圖4所示。

本項(xiàng)目前期方案階段采用“管立得一鴻城平臺(tái)”的簡化技術(shù)路線，初步設(shè)計(jì)與施工圖階段采用“管立得—ORD\"技術(shù)路線。道路、綠化等專業(yè)采用Bentley直接建模。針對B平臺(tái)在給排水專業(yè)上存在檢查井和管道連接效率不高的問題，可以通過廣聯(lián)達(dá)的管立得軟件轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)，Bentley-ORD通過讀取管立得軟件管道字段的起點(diǎn)節(jié)點(diǎn)編號(hào)、終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)編號(hào)、起點(diǎn)內(nèi)底標(biāo)高、終點(diǎn)內(nèi)底標(biāo)高、公稱直徑、管道編號(hào)等信息生成三維模型。最終各專業(yè)BIM成果集成至鴻業(yè)鴻城平臺(tái)，成果可單獨(dú)匯報(bào)。

3.3管道綜合設(shè)計(jì)

市政道路給排水協(xié)同設(shè)計(jì)主要是管道綜合設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)CAD設(shè)計(jì)依賴二維平面圖人工校核管線碰撞，效率低且易遺漏。BIM技術(shù)從是否碰撞以及是否不滿足規(guī)范凈距要求兩方面展開自動(dòng)碰撞檢測，并生成可視化沖突報(bào)告，設(shè)計(jì)師可根據(jù)報(bào)告及時(shí)、動(dòng)態(tài)地調(diào)整管線布局，減少施工變更，保證了管道綜合設(shè)計(jì)的高效、準(zhǔn)確。表4為碰撞檢查示意，深圳前海八單元市政道路工程（一期）項(xiàng)目BIM模型成果見圖5。

4結(jié)語

從BIM技術(shù)在前海八單元市政道路給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)踐可以看出，BIM技術(shù)在市政給排水設(shè)計(jì)中主要呈現(xiàn)三大核心價(jià)值。1）三維協(xié)同設(shè)計(jì)：通過可視化模型實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)實(shí)時(shí)碰撞檢測，施工變更率大幅降低。2）智能分析優(yōu)化：集成GIS與CFD工具，暴雨內(nèi)澇模擬精度得到提升。3）標(biāo)準(zhǔn)化交付：遵循深圳市L100＼～L300模型精細(xì)度要求，設(shè)計(jì)成果合規(guī)率也得到了提高。

目前，BIM的各個(gè)平臺(tái)雖然都可以提交滿足要求的BIM設(shè)計(jì)產(chǎn)品，但平臺(tái)間數(shù)據(jù)兼容性不足仍是主要的技術(shù)瓶頸。隨著BIM技術(shù)的成熟度日益提高，廣聯(lián)達(dá)等綜合平臺(tái)的開發(fā)，各軟件也會(huì)逐漸完善，未來BIM正向設(shè)計(jì)必將成為市政工程的主流模式。建議進(jìn)一步推動(dòng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一與軟件接口開放，以進(jìn)一步釋放BIM技術(shù)的全生命周期管理潛力。

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