陳 紅，曾偉鑫

BIM技術(shù)應(yīng)用于市政工程管線綜合優(yōu)化*

陳 紅1，曾偉鑫2

（1. 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 深圳 518055；2. 深圳市華陽(yáng)國(guó)際城市科技有限公司，廣東 深圳 518000）

建設(shè)工程領(lǐng)域信息化設(shè)計(jì)、精細(xì)化施工需求越來(lái)越迫切，促使BIM技術(shù)在我國(guó)工程領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深入．文章以廣州萬(wàn)達(dá)主題樂(lè)園管線綜合優(yōu)化項(xiàng)目為例，通過(guò)BIM技術(shù)在市政工程管線綜合優(yōu)化應(yīng)用中的實(shí)踐，分別從強(qiáng)弱電、給排水各系統(tǒng)3D建模技術(shù)、管線綜合碰撞檢測(cè)、高程精確調(diào)整與路由優(yōu)化等方面，呈現(xiàn)市政工程管線綜合BIM技術(shù)應(yīng)用的流程、方法和成效．解決傳統(tǒng)2D設(shè)計(jì)精確“控制高程”難的問(wèn)題,從而減少不必要的返工和資源浪費(fèi)．

Revit；市政工程；管線綜合

市政工程建設(shè)是所有城市配套基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，即道路（含橋梁、隧道）、排水、電力、自來(lái)水、燃?xì)狻⑼ㄓ?、照明、?chǎng)平工程，簡(jiǎn)稱“七通一平”．管線綜合就是通過(guò)強(qiáng)電、弱電、給水、排水等各專業(yè)設(shè)計(jì)、施工規(guī)范貫徹和溝通，提前解決各專業(yè)之間管道與管道、管道與結(jié)構(gòu)之間在平面走向、立體交叉時(shí)的碰撞問(wèn)題．傳統(tǒng)市政管線設(shè)計(jì)是將各專業(yè)獨(dú)立完成的管線2D設(shè)計(jì)圖紙匯總到管線綜合專業(yè)，在總體規(guī)劃各專業(yè)管線的空間位置，交叉口“控制高程”（上極限或下極限，區(qū)間），管線與其他工程設(shè)施的距離后，直接進(jìn)入施工階段．管線綜合調(diào)整一個(gè)交匯點(diǎn)處滿足各專業(yè)控制“控制高程”條件后，難以避免管線高程調(diào)整帶來(lái)的“連鎖反應(yīng)”，很難對(duì)管線進(jìn)行全面的精準(zhǔn)優(yōu)化[1]．

廣州萬(wàn)達(dá)主題樂(lè)園位于花都中軸線北端，總用地面積約60.91萬(wàn)平方米，園內(nèi)分為千年商都、海上絲路、五羊傳說(shuō)、南越古國(guó)、夢(mèng)幻花園、嶺南印象共6個(gè)主題園區(qū)．主題公園用地59.61萬(wàn)平方米；宿舍及酒店配套設(shè)施用地1萬(wàn)平方米；消防站用地0.3萬(wàn)平方米．本項(xiàng)目管線綜合設(shè)計(jì)包括沿市政道路及其兩側(cè)綠化帶敷設(shè)的電力、弱電、排水、給水各專業(yè)系統(tǒng)，管線多、線路長(zhǎng)、交匯點(diǎn)多．采用BIM技術(shù)進(jìn)行管線綜合設(shè)計(jì)，各專業(yè)管線在同一模型空間設(shè)計(jì)，建立帶有屬性信息的3D模型，從設(shè)計(jì)技術(shù)和工作方式上減少和避免錯(cuò)、漏、碰、缺等設(shè)計(jì)缺陷[2]．

廣州萬(wàn)達(dá)主題樂(lè)園管線綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)項(xiàng)目，采用Autodesk公司的Revit和Naviswork軟件技術(shù)協(xié)作完成．Revit具有參數(shù)化3D建模、2D出圖和工程量報(bào)表等功能，Naviswork具有模型輕量化、漫游、動(dòng)畫（施工）模擬、碰撞定位問(wèn)題報(bào)告等分析功能．

1 創(chuàng)建參數(shù)化族構(gòu)件

Revit參數(shù)化3D建模，除用到Revit軟件自帶的“系統(tǒng)族”、標(biāo)準(zhǔn)“可載入族”構(gòu)件外，必須根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需要，創(chuàng)建專用關(guān)鍵構(gòu)件的“可載入族”．本項(xiàng)目需要?jiǎng)?chuàng)建電纜人（手）孔井、電力排管、排水檢查井三類關(guān)鍵構(gòu)件的“可載入族”．

1.1 創(chuàng)建電纜敷設(shè)人（手）孔井族

《電力電纜設(shè)計(jì)與安裝》07SD101-8設(shè)計(jì)規(guī)范要求[3]：（1）高壓電纜線路、低壓主干線路，排管根數(shù)大于10根的弱電主干線路宜設(shè)置人孔井，其它部位宜采用手孔井．電力電纜敷設(shè)在線路轉(zhuǎn)角、分支、敷設(shè)方向及標(biāo)高變化處設(shè)置電纜人（手）孔井；（2）電纜人孔井的凈空高度不應(yīng)小于1.8 m；電纜手孔井的凈高度為1.1 m；（3）人孔井在底部設(shè)集水坑，采用臨時(shí)移動(dòng)排水泵排水．手孔井排水優(yōu)先采用排水管以1%的坡度就近引入雨水井；（4）電纜人（手）孔井設(shè)置在道路及硬質(zhì)鋪裝上面時(shí)，需做雙層井蓋．除道路和鋪裝部位外的電纜井井蓋標(biāo)高需高出完成面10 cm．

按照設(shè)計(jì)規(guī)范、電纜人孔井的大樣圖，通過(guò)Revit族建模功能，創(chuàng)建手孔井和人孔井（直通井、三通井、四通井、直角井、轉(zhuǎn)角井）6個(gè)類別的“可載入族”，如圖1所示．

Revit創(chuàng)建的參數(shù)化的電纜井族，可以根據(jù)規(guī)格尺寸（表1：直通井），修改模型參數(shù)，快速生成工程項(xiàng)目所需要各個(gè)規(guī)格尺寸電纜井，如圖2所示．“可載入族”具有高度的可自定義性，同一個(gè)族中的不同圖元的部分或全部屬性（參數(shù)）可以賦予不同的值，形成模型系列，這正是管線綜合參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計(jì)所需要的．

為了方便區(qū)分強(qiáng)電井與弱電井，在創(chuàng)建電纜井族的時(shí)候，在電纜井的井蓋上添加文字說(shuō)明參數(shù)，方便選擇強(qiáng)電或弱電文字標(biāo)注來(lái)標(biāo)識(shí)電纜井模型．

1.2 創(chuàng)建電力排管族

設(shè)計(jì)規(guī)范參數(shù)要求：（1）室外排管選用重型PVC管，強(qiáng)電管徑一般采用150 mm；弱電管徑一般采用110 mm，電纜敷設(shè)最小半徑不小于15D，進(jìn)戶預(yù)埋管采用104無(wú)縫鋼管．排管頂部距地面覆土不應(yīng)小于0.7 m；（2）排管安裝時(shí)，應(yīng)有傾向人（手）孔井側(cè)不小于0.25%的排水坡度；（3）排管溝底部應(yīng)墊平，并應(yīng)鋪設(shè)不少于80 mm厚的混凝土墊層．

當(dāng)電力（強(qiáng)電、弱電）排管位置確定，電力排管溝的位置隨即確定，因此電力排管溝建模時(shí)，只要?jiǎng)?chuàng)建電力排管模型，無(wú)需添加電力排管溝，以減少建模工作量，提高工作效率．

根據(jù)電力排管溝的大樣圖以及電纜排管組合方式（如圖2a、b），可以看出電力排管數(shù)量不同，排布方式就不同，既而電力排管溝的大小尺寸也就不同，因此電力排管族按照電力排管的數(shù)量創(chuàng)建．以10孔電力排管溝為例，排管數(shù)量為10根的排列方式為兩行，每行有5根電力排管，每根電力排管的直徑為150 mm，混凝土墊層厚度為100 mm，創(chuàng)建強(qiáng)電排管族，如圖2（c）所示．同樣步驟，可創(chuàng)建弱電排管族．

圖1 電纜人（手）孔井族

表1 電纜人孔井（直通井）規(guī)格表

1.3 創(chuàng)建排水檢查井族

國(guó)標(biāo)圖集《排水檢查井》06MS201-3設(shè)計(jì)規(guī)范要求：（1）污水管道均采用1000圓形磚砌污水檢查井；（2）雨水管道DN300～DN500采用1000圓形磚砌雨水檢查井，DN600～DN800采用1250圓形磚砌雨水檢查井，DN900～DN1000采用1500圓形磚砌雨水檢查井；（3）雨水管道DN1000以上、埋深在3m以下采用矩形（扇形）直線檢查井；DN1000以上，埋深在3 m以上采用矩形（扇形）直線混凝土雨水檢查井．

根據(jù)排水檢查井大樣圖，分別創(chuàng)建參數(shù)化雨水（圖3）、廢水、污水排水檢查井族，其尺寸類型與大樣圖的尺寸相對(duì)應(yīng)．排水檢查井具有多種規(guī)格尺寸，類似電纜井族，應(yīng)用Revit參數(shù)化技術(shù)，不需要一個(gè)個(gè)創(chuàng)建幾何形狀相同、規(guī)格尺寸不同的構(gòu)件，只需要參照一個(gè)尺寸的排水檢查井大樣圖創(chuàng)建參數(shù)化的族．在需要不同規(guī)格尺寸的檢查井時(shí)，編輯排水檢查井族的類型參數(shù)，即可快速生成所需要規(guī)格尺寸檢查井的3D模型．

圖3 排水井族

2 創(chuàng)建管線模型

為了更好的識(shí)別各專業(yè)管線進(jìn)行管線綜合優(yōu)化，建模時(shí)分別創(chuàng)建各專業(yè)管線過(guò)濾器，并按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定各專業(yè)管線顏色，因而在視圖上可以非常方便地通過(guò)顏色區(qū)分各類管線．

2.1 電力管線建模

強(qiáng)電管線平行于道路紅線敷設(shè)，位于非機(jī)動(dòng)車道和人行道下，減少與機(jī)動(dòng)車道的交叉穿越．園區(qū)共設(shè)置3個(gè)總高壓電房，在各區(qū)域共設(shè)置12個(gè)變配電房．強(qiáng)電管線設(shè)計(jì)包括園區(qū)范圍內(nèi)總高壓電房及變配電房的高、低壓進(jìn)出管線．

首先通過(guò)Revit軟件鏈接強(qiáng)電管線2D總平面圖和豎向標(biāo)高平面圖，根據(jù)強(qiáng)電管線總平面圖確定強(qiáng)電電纜井的位置及類型尺寸；根據(jù)豎向標(biāo)高平面圖確定地面高度．按照設(shè)計(jì)規(guī)范，除道路和鋪裝部位外的電纜井井蓋標(biāo)高需高出完成面10 cm，結(jié)合豎向標(biāo)高平面圖，即可確定強(qiáng)電井的高程，放置強(qiáng)電電纜井．

當(dāng)強(qiáng)電井布放完成后，可根據(jù)強(qiáng)電管線總平面圖放置強(qiáng)電排管．建模中，采用強(qiáng)電排管溝覆土層為1 m來(lái)預(yù)設(shè)高程，如有調(diào)整需求，可結(jié)合電井的凈空深度進(jìn)行上下調(diào)整，但仍應(yīng)滿足覆土層不小于0.7 m的設(shè)計(jì)規(guī)定．參數(shù)化的強(qiáng)電排管分支節(jié)點(diǎn)3D模型，如圖4所示．

圖4 強(qiáng)電排管分支節(jié)點(diǎn)3D模型

2.2 弱電管線建模

弱電管線設(shè)計(jì)范圍包括：指揮中心、數(shù)據(jù)中心機(jī)房至各主題園區(qū)分控室的弱電管線，各分控室至各主題園單體建筑的弱電管線．園區(qū)共設(shè)置7個(gè)控制室，在后勤區(qū)指揮中心設(shè)置1個(gè)總控室，其他6個(gè)主題園區(qū)各設(shè)置1個(gè)分控室．應(yīng)用Revit創(chuàng)建弱電管線模型方法與類似強(qiáng)電管線模型創(chuàng)建方法．

2.3 排水管網(wǎng)建模

園區(qū)每個(gè)組團(tuán)設(shè)置1～2路污水干管，收集各單體的污水后排入市政污水管網(wǎng)；主要路由選擇綠地為主，污水干管和市政污水接戶井采用管中平接的方式；污水管管徑采用DN300～DN400，設(shè)計(jì)坡度0.3%；整個(gè)園區(qū)設(shè)置16個(gè)污水出口．

園區(qū)每個(gè)組團(tuán)設(shè)置2～3路雨水干管，主要路由選擇綠地為主，收集各單體地面的雨水后排入市政雨水管網(wǎng)．園區(qū)的雨水干管和市政雨水接戶井/箱涵采用管中平接的方式．雨水工程總的匯水面積約為60萬(wàn)平方米，經(jīng)計(jì)算最大一個(gè)區(qū)域的匯水量=2356L/s，設(shè)計(jì)管徑DN1400，整個(gè)園區(qū)的雨水工程采取滿流設(shè)計(jì)，采用雨水管管徑DN500～DN1400，設(shè)計(jì)坡度0.2%．根據(jù)市政道路的走向及市政雨水管網(wǎng)的資料，整個(gè)園區(qū)設(shè)置20個(gè)雨水排水出口．

設(shè)計(jì)規(guī)范要求：DN500以下排水管道采用HDPE雙壁波紋管；DN500以上排水管道采用Ⅱ級(jí)鋼筋混凝土管．排水管頂覆土層小于0.7 m時(shí)，過(guò)消防車道處要設(shè)管溝保護(hù)．

首先，應(yīng)用Revit鏈接排水總平面圖，根據(jù)排水管道類型和尺寸確定排水檢查井的類型尺寸，再按照排水檢查井的頂標(biāo)高和底標(biāo)高，布放排水檢查井（檢查井井蓋平鋪路面處裝路面，非鋪裝路面處井蓋高出地面50 mm）．為了方便后續(xù)模型檢查，在放置排水檢查井時(shí)即刻標(biāo)注其頂標(biāo)高和底標(biāo)高．

然后，布放排水管，創(chuàng)建排水管網(wǎng)．排水管為重力管，存在坡度，因此應(yīng)注意排水的傾斜方向；同時(shí)排水管管壁應(yīng)盡可能的貼近排水檢查井的底端，減少排水檢查井內(nèi)積水的可能性，如圖5所示．

圖5 排水管壁貼近排水檢查井的底端放置

2.4 給水管網(wǎng)建模

給水管網(wǎng)包括市政供的生活用水系統(tǒng)、湖水補(bǔ)水的雜用水系統(tǒng)和各單體的生活用水室外埋地給水系統(tǒng)．生活用水系統(tǒng)水源為市政自來(lái)水，本項(xiàng)目在西面有DN1000的自來(lái)水管，在北面有DN500的自來(lái)水管，從這兩根市政給水管各引入1個(gè)DN300的給水接口．雜用水系統(tǒng)水源為園區(qū)西北面的河水，雜用水系統(tǒng)供湖水補(bǔ)水、場(chǎng)地綠化、洗地．室外埋地生活給水系統(tǒng)設(shè)置了1套市政壓力供水環(huán)管（DN300）和1套變頻加壓供水環(huán)管（DN200），各單體建筑按建筑高度的不同，各自在不同的供水環(huán)管中引入生活用水至室內(nèi)．給水管道埋深滿足車行道管頂覆土不小于0.7m要求，在沿線最高處設(shè)置放氣閥，管道盡量沿綠化帶敷設(shè)，并在沿線街區(qū)的適當(dāng)位置預(yù)留接戶閥門井．

室外給水消防干管環(huán)網(wǎng)敷設(shè)，環(huán)網(wǎng)管管壁間距為500 mm，覆土層不小于1 m，當(dāng)管線避讓時(shí)出現(xiàn)覆土層不夠等情況，應(yīng)記錄說(shuō)明此處覆土層不夠，并采取加封包固等措施．根據(jù)給水總平面設(shè)計(jì)圖和豎向標(biāo)高圖確定給水環(huán)管的位置（排列順序）與埋設(shè)深度，創(chuàng)建給水管網(wǎng)3D模型，局部模型如圖6所示．

圖6 給水消防干管環(huán)網(wǎng)3D模型

3 管線高程精確調(diào)整與路由優(yōu)化

3.1 強(qiáng)電—弱電排管溝優(yōu)化

應(yīng)用Navisworks軟件，導(dǎo)入Revit強(qiáng)電與弱電管線模型，進(jìn)行強(qiáng)電與弱電管線間的碰撞檢測(cè)，可快速檢測(cè)出強(qiáng)電排管與弱電排管發(fā)生交叉碰撞，如圖7（a）所示．在平面圖紙上由于無(wú)法準(zhǔn)確知道該排管的埋設(shè)深度，無(wú)法確定此處是否存在碰撞．

依照設(shè)計(jì)規(guī)范，人孔井內(nèi)具有一定的凈空深度，排管可根據(jù)情況上下調(diào)節(jié)高程．當(dāng)強(qiáng)電排管與弱電排管發(fā)生碰撞時(shí)，按照管線避讓原則，管徑較大的向下調(diào)整，因此優(yōu)先將強(qiáng)電排管向下調(diào)整，并保證排管滿足覆土層不小于0.7 m的要求．在Revit中，下調(diào)此處碰撞點(diǎn)的強(qiáng)電排管高程后，再將模型重新導(dǎo)入到Navisworks中，即可發(fā)現(xiàn)碰撞點(diǎn)已排除，如圖7（b）所示．

3.2 強(qiáng)電—弱電—排水管溝優(yōu)化

當(dāng)強(qiáng)電排管優(yōu)先下調(diào)埋設(shè)深度，避讓弱電排管后，如圖8（a）所示，強(qiáng)電排管又與排水管發(fā)生交叉．借助BIM技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了管線高程調(diào)整帶來(lái)的“連鎖反應(yīng)”新碰撞問(wèn)題．

由于排水管屬于重力管，按照設(shè)計(jì)原則，其他管線與排水管碰撞時(shí)，應(yīng)主動(dòng)調(diào)整避讓排水管．因此當(dāng)電力排管與排水管線碰撞時(shí)，如圖8（b）所示，適當(dāng)下調(diào)強(qiáng)電排管這一側(cè)的弱電排管的埋設(shè)深度，抬升此處強(qiáng)電排管的埋設(shè)深度，即可解決“強(qiáng)電—弱電排管碰撞”調(diào)解引發(fā)的“強(qiáng)電—排水管”連鎖碰撞新問(wèn)題．

3.3 給水環(huán)管—排水管優(yōu)化

按照國(guó)家規(guī)范，給水管盡可能排布在綠化帶或人行道下方，與建筑物和其他管線的水平間距需保持一定的距離，減少給水管埋設(shè)于永久道路下方的次數(shù)．建模時(shí)，給水管偏向道路側(cè)，避開排水井．但在優(yōu)化過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)給水管卻處于永久道路下方，不利于后期檢修及更換，如圖9（a），并出現(xiàn)給水環(huán)管穿過(guò)排水井．

市政給水管屬于有壓管，在與其他管線發(fā)生碰撞時(shí)，應(yīng)優(yōu)先避讓其他無(wú)壓管線．因此，將給水管調(diào)整到綠化帶上，改變給水環(huán)網(wǎng)管的路由，也減少了與排水管交叉的可能性，如圖9（b）所示．同時(shí)也不影響其他管線的排布．

圖9 給水環(huán)管—排水路由

4 結(jié) 語(yǔ)

應(yīng)用BIM技術(shù)，對(duì)廣州萬(wàn)達(dá)主題樂(lè)園進(jìn)行全專業(yè)的市政管線綜合協(xié)同設(shè)計(jì)，不僅為業(yè)主創(chuàng)建了與實(shí)際施工符合的電纜井和排水井族，為后期施工提供3D可視化的管線模型和數(shù)據(jù)；同時(shí)在市政管線綜合方面幫助設(shè)計(jì)方發(fā)現(xiàn)碰撞問(wèn)題共150處，并解決碰撞共60處，協(xié)助設(shè)計(jì)方解決50處，遺留碰撞問(wèn)題40處．將在施工階段才能發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題前置到設(shè)計(jì)階段，更早的解決，減少工程返工量，贏得業(yè)主的認(rèn)可．

BIM技術(shù)的應(yīng)用是對(duì)設(shè)計(jì)手段和施工理念的一種轉(zhuǎn)變和改進(jìn)，極大地提高了市政工程設(shè)計(jì)中的高效化和信息化．但是也有許多不盡人意之處，如業(yè)主方和施工方缺乏對(duì)BIM技術(shù)的全面認(rèn)識(shí)，會(huì)導(dǎo)致BIM施工管理容易出現(xiàn)重重阻礙．還有技術(shù)上，眾多的BIM軟件以國(guó)外進(jìn)口占主導(dǎo)，沒(méi)有一款國(guó)產(chǎn)軟件起主導(dǎo)地位；市面上的運(yùn)維平臺(tái)也不夠成熟，還需要大量的二次開發(fā)．

[1] 孫同謙，徐崢．BIM在市政管線綜合中的應(yīng)用[J]．中國(guó)給排水，2014，30（12）：77-79．

[2] 張新蘭，李顏強(qiáng)，李文江．積極推進(jìn)BIM設(shè)計(jì)技術(shù)在市政工程中的應(yīng)用[J]．中國(guó)給排水，2013，29（6）：63-67．

[3] GIBT989-2007中華人民共和國(guó)建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)．《電力電纜井設(shè)計(jì)與安裝》圖集號(hào)07SD1001-8[S]．

Application of BIM Technology in Comprehensive Optimization of Municipal Pipelines

CHEN Hong1, ZENG Weixin2

（）

As the demand of building design information and fine construction is more and more urgent, the application of BIM technology in the engineering field has become an inevitable trend in China. Through the practice of BIM technology in the application of optimization of municipal engineering pipelines comprehensive, this paper presents the process, methods and effects from the aspects of strong and weak power system 3D modeling technology, and water supply and drainage system 3D modeling technology, integrated collision detection, precise adjustment of pipelines elevation and optimization of pipelines routes. Solving difficult problem of the traditional 2D design accuracy “control elevation” will reduce unnecessary rework and waste of resources.

Revit; municipal engineering; pipeline comprehensive

TU17；TU990.3

A

1672-0318（2021）05-0009-06

10.13899/j.cnki.szptxb.2021.05.002

2021-02-19

廣東省教育廳2018年高職教育質(zhì)量工程校內(nèi)實(shí)踐基地建設(shè)項(xiàng)目，智慧樓宇與能源管理公共實(shí)訓(xùn)中心部分研究成果．

陳紅，女，湖北武漢人，教授，研究方向?yàn)锽IM技術(shù)應(yīng)用、自動(dòng)化裝備開發(fā)、功能材料應(yīng)用與控制．

（責(zé)任編輯：王璐）