陳平勝,吳學(xué)深

(中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司,西安 710077)

0 引言

給排水施工設(shè)計(jì)工作是市政工程的重要基礎(chǔ),設(shè)計(jì)質(zhì)量將直接影響整體市政工程的建設(shè)水平。在給排水設(shè)計(jì)中,應(yīng)充分應(yīng)用BIM技術(shù),發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢,最大限度提升給排水設(shè)計(jì)質(zhì)量。BIM(Building Information Modeling)是建筑信息模型的簡稱,是一種先進(jìn)的建筑設(shè)計(jì)理念,可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑項(xiàng)目的信息化、可視化管理,更好地為建設(shè)單位提供設(shè)計(jì)方案、施工工藝、運(yùn)營維護(hù)等信息服務(wù)。BIM技術(shù)從根本上改變了傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與施工模式,在促進(jìn)工程項(xiàng)目向高質(zhì)量、高效率、低成本發(fā)展的同時(shí),有效縮短了項(xiàng)目實(shí)施周期,降低了建設(shè)成本。BIM技術(shù)可與其他軟件相結(jié)合,進(jìn)行協(xié)同作業(yè)及模擬施工,提高設(shè)計(jì)工作效率及質(zhì)量。目前,BIM技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于建筑、工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。在市政給排水工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)可有效提升設(shè)計(jì)圖紙的精確性、完整性及設(shè)計(jì)方案的可行性,有利于促進(jìn)給排水工程建設(shè)的高質(zhì)量發(fā)展[1]。

BIM技術(shù)具有模擬性特點(diǎn),可將采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行充分利用,通過虛擬模擬建模方式對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行檢測?；贐IM技術(shù)對(duì)市政給排水管道模型進(jìn)行模擬鋪設(shè),便于編制應(yīng)急處理預(yù)案,可減少施工事故。如在設(shè)計(jì)初期需對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)勘,特別是對(duì)既有線路及實(shí)際地質(zhì)水文信息進(jìn)行收集[2]。

1 BIM技術(shù)在市政給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.1 在設(shè)計(jì)圖紙中的應(yīng)用

表1 某地區(qū)給排水管網(wǎng)統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of water supply and drainage network in an area

市政給排水工程設(shè)計(jì)信息提取插件是借助Revit軟件以二次開發(fā)的形式實(shí)現(xiàn)的,其三維模型根據(jù)IFC標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)。IFC標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件交換結(jié)構(gòu)如圖1所示。常見的IFC標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)有STEP架構(gòu)和XML架構(gòu)。

圖1 IFC標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件交換結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of IFC standard data file exchange

BIM可視化技術(shù)可為圖紙?jiān)O(shè)計(jì)提供良好的條件,將管線鋪設(shè)的實(shí)際情況與設(shè)計(jì)方案有機(jī)結(jié)合,設(shè)計(jì)人員將施工現(xiàn)場實(shí)勘采集的數(shù)據(jù)信息輸入到BIM中,對(duì)管線鋪設(shè)方案進(jìn)行微調(diào),可最大限度提升施工的可行性。借助BIM技術(shù)可對(duì)施工資料進(jìn)行分類整理,對(duì)較為復(fù)雜的區(qū)域進(jìn)行細(xì)致分析,通過三維軸側(cè)視圖對(duì)其進(jìn)行全面展現(xiàn),令施工人員了解施工圖紙。市政給排水設(shè)計(jì)包括建筑設(shè)計(jì)與規(guī)劃、構(gòu)建物設(shè)置等,需對(duì)地勢地形及施工規(guī)格等設(shè)計(jì)要素進(jìn)行充分考量。借助BIM技術(shù)構(gòu)建虛擬模型,從源頭上對(duì)給排水施工問題進(jìn)行控制,最大限度地發(fā)揮BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢,全面提升市政給排水設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1.2 在設(shè)計(jì)流程中的應(yīng)用

BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)給排水管道與既有建筑物的三維協(xié)同設(shè)計(jì),包括模型碰撞檢測、三維可視化工程展示及各類管線的基本三維建模。表2為BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)方式對(duì)比。

表2 BIM技術(shù)在市政給排水中的設(shè)計(jì)對(duì)比Tab.2 Design comparison of BIM technology in municipal water supply and drainage

根據(jù)市政給排水的4種管道模型數(shù)據(jù),將其生成平面圖與剖面圖,為施工建設(shè)提供翔實(shí)的數(shù)據(jù)信息。圖2為BIM技術(shù)設(shè)計(jì)流程。

圖2 BIM技術(shù)設(shè)計(jì)流程Fig.2 BIM technology design process

1.3 在管線建材中的應(yīng)用

管線建材是市政給排水施工建設(shè)中的基礎(chǔ)要素?？茖W(xué)合理地對(duì)管線建材進(jìn)行有效甄選,可最大限度地提升設(shè)計(jì)質(zhì)量及建設(shè)質(zhì)量。借助BIM技術(shù)優(yōu)勢可保證建材甄選的合理性,全面提升給排水管線設(shè)計(jì)質(zhì)量。在對(duì)管線建材進(jìn)行甄選之前,可借助BIM技術(shù)進(jìn)行管線模擬設(shè)計(jì),對(duì)工程量進(jìn)行計(jì)算,明確所需的建材數(shù)量及質(zhì)量要求。將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM技術(shù)數(shù)據(jù)庫中,對(duì)建材進(jìn)行建模模擬,對(duì)其施工適用性進(jìn)行全面了解。將BIM技術(shù)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用于管線建材甄選中,可有效對(duì)建材種類進(jìn)行全面控制,在第一時(shí)間對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充,實(shí)現(xiàn)對(duì)施工設(shè)計(jì)成本的有效控制及對(duì)管線建材資源的科學(xué)合理調(diào)配,保證給排水施工建設(shè)的順利進(jìn)行。在市政給排水設(shè)計(jì)中,要對(duì)管線建材性能進(jìn)行計(jì)算,將計(jì)算結(jié)果體現(xiàn)在三維模型中,將多元化信息應(yīng)用于虛擬三維模型中,滿足市政工程建設(shè)需求。市政給排水施工要以科學(xué)合理的施工設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ),利用BIM技術(shù)構(gòu)建建筑信息模型,對(duì)管線建材中的質(zhì)量問題及安全隱患進(jìn)行分析,及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案,保障建設(shè)安全。需對(duì)建材進(jìn)行質(zhì)量模型分析,令其符合給排水施工建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。管線建材質(zhì)量將直接影響管道質(zhì)量,需利用BIM技術(shù)對(duì)其進(jìn)行判斷矩陣構(gòu)建。圖3為判斷矩陣構(gòu)建流程。

圖3 判斷矩陣構(gòu)建流程Fig.3 Judging matrix construction process

基于市政給排水管道設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)機(jī)制,需對(duì)最大特征根λmax及一致性比率C.R進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)驗(yàn)證,計(jì)算公式如下：

(1)

式中,C.I表示一致性指標(biāo),C.R表示一致性比率,R.I表示隨機(jī)一致性指標(biāo)。R.I的取值如表3所示。

表3 隨機(jī)一致性指標(biāo)數(shù)據(jù)Tab.3 Random consistency indicator data

1.4 綜合優(yōu)化

多數(shù)的市政工程給排水施工建設(shè)會(huì)與既有的供熱管道、運(yùn)行電纜及天然氣管道項(xiàng)目發(fā)生重疊,需對(duì)給排水管道的鋪設(shè)位置進(jìn)行科學(xué)合理的計(jì)算,規(guī)避既有市政管道。利用BIM技術(shù)構(gòu)建施工區(qū)域的給排水管道鋪設(shè)三維立體模型,與既有市政管線建設(shè)模型進(jìn)行整合,避開既有市政管線,防止發(fā)生建設(shè)沖突?？山柚鶥IM技術(shù)的碰撞檢測功能對(duì)給排水管線進(jìn)行檢測,自動(dòng)生成碰撞檢測報(bào)告,據(jù)此對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,為施工圖紙定版提供數(shù)據(jù)支持。以某地區(qū)市政給排水工程中的雨污分流改造工程為例,將BIM技術(shù)應(yīng)用其中,利用BIM技術(shù)進(jìn)行工程三維建模,對(duì)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。圖4為市政雨污分離改造。

圖4 市政雨污分離改造Fig.4 Municipal rain and sewage separation reform

設(shè)計(jì)人員需根據(jù)雨水管道設(shè)計(jì)流量計(jì)算公式對(duì)最小流域面積進(jìn)行計(jì)算。

[譯文1]Cattle may make sounds to their masters or headers when hungry or distressed.

Q=Ψ×q×F

(2)

式中,Q表示實(shí)際雨水設(shè)計(jì)流量,單位L/s;Ψ表示徑流系數(shù),通常取值低于1.0;q表示暴雨強(qiáng)度設(shè)計(jì)數(shù)值,單位L/s.ha;F表示匯水面積,單位為ha。該公式需在一定的假定條件下應(yīng)用,基于BIM三維建模對(duì)該公式進(jìn)行推算。需對(duì)改造工程中的徑流系數(shù)數(shù)值進(jìn)行分析,徑流系數(shù)如表4所示。

表4 徑流參數(shù)表Tab.4 Runoff parameter

由于改造工程中的徑流系數(shù)很難明晰,故在實(shí)際設(shè)計(jì)中需對(duì)單一覆蓋徑流系數(shù)進(jìn)行科學(xué)甄選。雨水管道水力計(jì)算公式如下：

Q=v×A

(3)

V=1/(nR2/3i1/2)

(4)

式中,Q表示流量,單位m3/s;V表示流速,單位m/s;n表示粗糙系數(shù),若使用聚乙烯材料為排水管,n的取值一般為0.009,若使用鋼混排水管,n的取值為0.014。R表示水力半徑,單位為m;i表示水力坡度;A表示水流斷面,單位為m2。

設(shè)計(jì)人員可以將Revit軟件與BIM技術(shù)有機(jī)融合,對(duì)給排水管線布局進(jìn)行優(yōu)化模擬,最大限度地降低管線碰撞風(fēng)險(xiǎn)。市政給排水設(shè)計(jì)具有一定的系統(tǒng)性,需做好與其他項(xiàng)目施工的組織協(xié)調(diào),利用BIM技術(shù)修改管線鋪設(shè),對(duì)給排水設(shè)計(jì)的全流程進(jìn)行協(xié)同聯(lián)結(jié),令排水設(shè)計(jì)有效融入工程建設(shè)中[4-5]。

2 結(jié)束語

將BIM技術(shù)充分應(yīng)用于市政給排水設(shè)計(jì)中,可有效提升給排水設(shè)計(jì)質(zhì)量,需充分利用BIM技術(shù),全面推動(dòng)給排水設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化及自動(dòng)化發(fā)展,為市政工程建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。