探索 BIM理念在给排水工程设计中应用

张吕伟

(上海市政工程设计研究总院,上海 200092)

1 前言

目前大规模水厂、污水厂新建项目越来越少,对原有水厂、污水厂扩建、改造工程越来越多。考虑节能减排和环境影响等因素,水厂、污水厂深度处理工程越来越多。

在扩建、改造工程设计中,沟通问题是影响设计效率主要因素,沟通花费时间占整个设计三分之一。目前沟通方式主要通过图纸或者效果图,考虑成本因素,对有些比较大型的扩建、改造工程做些动画,这些都属于静态沟通,对于原则问题沟通还是可以的,但是对于比较细节问题沟通比较困难。动态沟通是解决这些细节问题比较好的方法,通过实时漫游、对三维模型任意剖切进行沟通,可以起到比较好的效果。

在水厂、污水厂深度处理工程中,由于引进设备比较多,构筑物构造比较复杂。目前用地指标比较紧张,场地比较小,许多构筑物建造成叠合形式,构筑物内部结构更加复杂,用二维图形很难表达清楚,设计人员经常需要到施工现场解释图纸内容,设计院人力成本增加。如果能够在二维图形表达同时,配合上三维图形,这样能比较直观理解二维图纸内容。

当前国内外设计进入三维设计时代,是否需要二维图纸,争论比较多。二维图纸在土木工程设计中是必须的,在制造业中,设计加工一体化,可以不需要二维图纸。在土木工程设计中,图形上有许多标注,这些标注全部标在三维图形上是很难看清楚,因此二维图纸是必须的。现在问题是如果二维图纸与三维图形没有关联,模型调整会增加许多二维图纸修改工作量。

针对上述问题,上海市政总院从 2008年开始接触 BIM理念,使用 Revit软件,在一个 5万吨污水处理厂设计中开展 BIM项目研究,由于 Revit 2005版软件不成熟,建模完成后,没有进一步在设计中应用,只做了些探索性研究。虽然试用没有成功,还是认识到 BIM理念是正确的,BIM技术是可行的,只是 BIM软件还不成熟。

Revit 2010版推出,软件功能得到比较大完善。2010年又开始探索 BIM在给排水工程设计中应用,完全按照 BIM理念,对 3个水厂、1个污水厂进行BIM应用探索。

2 对BIM理念认识

BIM是以三维数字技术为基础,集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型。这个模型在建筑全生命周期内,是整个团队共同工作的对象,可供不同参与方从不同角度反复利用,提升各参与方在各个阶段的工作效率和数据一致性。

BIM三大特征:三维化、参数化、智能化。其中三维化是形式,参数化是关键技术,智能化是结果。在 BIM理念中,三维化是基础,开始接触 BIM时,把三维化作为结果,把 BIM模型只使用在效果图和动画中,感觉到开展 BIM研究没有意义,实际效果还不如 3DMAX,对提高设计效率作用不大。

通过 Revit系列软件在几个工程试用,对 Revit系列软件有了深入了解,重新认识了 BIM理念。上海市政总院对 BIM理念进行通俗化描述,即要求BIM模型做到“能看”、“能用”、还“能吃”。

“能看”,要求 BIM模型能够完成效果图、动画、实时漫游。

“能用”,要求 BIM模型能够完成性能分析、施工模拟、运行控制。

“能吃”,要求 BIM模型能够完成二维图纸形成和材料统计。由于这部分内容是设计院最主要内容,如果这部分功能没有,对设计院内部质量和效率提高没有意义。也就是说一个物品只能“看”和“用”,不能“吃”,对人的生存没有作用,它的价值体现不能长久。设计院要生存,提高设计内部质量和效率是首要的。

要实现三维模型和形成的二维图形联动,三维模型动态更新,参数化是关键技术。

要满足工程设计需要,BIM软件需要有智能,根据不同专业提供不同功能。智能是体现在各个 BIM专业软件中,不可能一个软件实现全部功能,这需要软件之间接口标准化,BIM模型在各个 BIM专业软件中进行无缝转换。

3 根据给排水工程设计特点,对 BIM协同模式进行探索

给排水工程主要有水厂、污水厂、泵站、城市管网。

特点之一:在一个工程中构筑物多,每个构筑物都是一个完整独立体,各个专业配套齐全,在构筑物之间通过厂区管网连接,形成一个大系统。

特点之二:构筑物重复利用率高,每个水厂、污水厂、泵站等构筑物类型基本相同,只是大小不同。

特点之三:设备、管配件、连接件等尺寸比较大,没有现成族可以利用。

特点之四:工艺专业作为设计主导,所有尺寸有工艺确定,但工艺专业不建模型,上部建筑由建筑专业建模,下部构筑物由结构专业建模,工艺专业对模型需要进行反复调整,这种协同模式流程比较复杂。

上述特点,反映了给排水行业与建筑行业不同,Revit软件按照建筑行业进行设置,建筑行业应用可以使用大部分软件系统设置功能。给排水工程应用 Revit软件,需要进行协同模式确定,视图管理树确定,系统过滤器设置、设备族全部重新定义。

根据给排水工程特点,对 Revit软件提供的二种协同模式进行探索,链接模式和工作集模式使用下来效果都不理想。

链接模式独立性比较强,但形成整个厂区管网系统比较困难,整个项目转换到 Naviswork,链接文件不能一次性导入,采用 DWF格式可以一次性导入,但要损失许多信息。链接模式对构筑物重复利用比较有利,对参数化设计、构筑物材料独立统计、图纸形成也比较有利。

工作集模式,由于在同一个项目中,比较容易形成整个厂区管网系统,统一修改构筑物信息比较方便,但是工作集模式的权限管理问题,构件 ID冲突问题,影响了整个建摸效率。在某个水厂建模中,有 14个人员同时进行,经常发生权限冲突问题,只能反复重新形成中心文件。

根据二种模式优缺点,在进行第三个水厂 BIM研究中,采用二种模式相结合,取得一些效果,但是还不是最理想,主要问题二种模式界限如何划分,尝试了几个方案,最终确定如下方案,按照建筑、结构、工艺建立工作集,对于场地、一期建筑等采用链接。经过实际试用,项目文件超过 200M,运行速度降低,对这个方案再进行改进,把建筑作为链接,这样项目文件大小可以减少很多,在布置厂区管网系统时,运行速度得到满足。见图1～2

4 应用实例

某水厂深度处理,共有后臭氧活性炭滤池、臭氧制备车间下叠回用水池、臭氧制备车间、污泥处理池、污泥脱水机房 5个构筑物。BIM应用内容有三维剖面图、室内效果图、工艺图纸、碰撞检查、施工模拟。协同工作采用链接模式,在完成构筑物链接后,进行厂区总管布置。见图3～图10所示。

5 REVIT软件存在问题

在 BIM应用过程中,发现 REVIT软件存在如下问题:

5.1 缺少符合中国建设标准的构件

市政工程常用的管道、管件类型、机械设备族库;

5.2 Revit软件应用于市政工程领域,与建筑工程有较大的差异性

专业分工不同、设计流程不同、图元属性要求不同

5.3 Revit精确绘制管道、管件与管件直接连接的问题

在项目初设、施工图阶段,Revit管道模型的精确度达不到要求,管件之间管道长度很难精确绘制。RevitMEP 2010中管件和管件直接相连比较困难,管件、阀门、设备之间直接相连不太方便。

5.4 Revit的管路系统类型和计算问题

构筑物内的管路不一定直接连接成封闭系统,导致管路系统计算功能不易使用。复杂管网系统的水力计算。系统类型无重力管路系统,无法自动计算。

5.5 BIM模型的重复利用的问题

在项目中建成的单体构筑物二次利用难度较高,不能在项目中设置变量,现有的模型复制和移动时经常出现管路连接断开、不能随意移动等问题。

5.6 出图存在的问题

Revit的统计表只能将管道、管件、设备等按类别分类统计,如需合并,则要后期导出后手动修改。注释类型较少,与实际使用差距较大。Revit二维功能比较弱,无法满足出图要求。图象输出分辨率不能满足要求。

5.7 协同设计的问题

工作集的权限管理。采用链接模式的协同设计,管路系统连接问题。

6 结束语

虽然目前 Revit软件不是很成熟,但已经把 BIM理念和技术完全体现出来。经过上海市政总院近半年时间探索,已经取得一些成果,针对给排水工程,制定了协同模式和流程,在 Revit软件中建立了适合给排水工程标准模板。同时上海市政总院还在考虑满足 BIM理念其他平台,适应道路、桥梁、水工、固废处理、隧道、地下工程、轨道交通等专业开展 BIM项目研究。