BIM技术在市政水厂复杂构筑物设计中的应用研究

刘耀龙 吴敏

摘 要：针对市政水厂中活性炭滤池间处理量大，结构多样化，工艺流程复杂，质量控制严，建设进度紧，信息化管理要求高等特点。基于Revit及Navisworks平台，通过建立可视化、仿真度高的三维BIM模型，进行管线碰撞检查，施工虚拟模拟，动态漫游等技术应用，可有效验证设计成果的一致性、合理性，进一步提高现场的施工效率，为市政工程水厂BIM技术应用提供了借鉴。

关键词：市政水厂;BIM技术;碰撞检查;施工效率

中图分类号：TU17;TU99 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）01-0130-03

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，简称BIM）是以建筑工程项目各项信息的集成为基础，将各种项目信息整合在一个三维模型的数据库中。项目各参与方包括设计，施工，安装，建设方等都可以基于BIM进行协同工作，有效提升工程的设计、施工水平，从而进一步提高工程质量和投资效益[1]。

市政水厂中构筑物与其他工程设计明显区别在于通常具有结构形式多样，工艺流程复杂，周期长，多专业协作，多地下工程，室内外管线布置复杂等特点。传统的二维图纸不具备极高可视化性能的技术，难以将复杂的设计呈现出来，对设计的一致性进行验证，从而进一步指导现场施工。

目前，基于BIM技术的有效运用，通过将二维图纸与三维图纸进行快速转换，可以将BIM技术的可视化，可模拟，可优化，可制图等优势展现出来，同时还可以将三维模型以一个更加直观的视角展现给各参与方，从而达到对设计准确性进行验证，加快施工效率，提升项目的工程质量的目的[2]。

本文基于Revit及Navisworks平台，结合市政水厂工程的特点，对某污水处理厂中活性炭滤池间进行BIM设计，探讨BIM技术在市政水厂复杂构筑物设计中的应用。

1 基于Revit及Navisworks平台BIM模型

BIM的特点及优势是协同化设计，即一个项目由一个完整的团队来共同完成，整个项目的所有信息从开始设计时，就存放到一个共享平台。所有项目成员都可以随时进行查看和使用。整个协同化操作的最终目的是为了使各个专业之间配合更加密切，信息传递流畅，并且准确，减少无用功，实现工作效率的提升[3]。

目前基于Revit平台可以高效地进行BIM三维模型创作，建筑、结构、工艺、电气等各专业人员均可从BIM三维模型中提取所需的信息，并且将这些信息进行统一。基于BIM三维模型，同时应用Navisworks平台可以实现碰撞检测、虚拟施工、动态漫游等一系列工作，从而提高设计及施工的准确性[4]。

2 工程概况及项目特点

2.1 工程概况

东部省某市政污水处理厂工程建设规模为10000m3/d，整个工程建设项目包括深度处理间、综合楼、活性炭滤池间，细格栅间、污水池、泵房等构筑物。其中活性炭滤池间为两层的半地下钢筋混凝土结构，单体工程量大，内部空间布局紧凑，结构复杂，长度81m，宽度48m，高程157.50，总体高度14.5m，本文基于Revit及Navisworks平台对活性炭滤池间进行BIM设计。

2.2 工程施工难点

2.2.1 工程量大，结构复杂

本构筑物属于半地下工程，深度较深，工程量大，管道交叉频繁，不利于现场的组织施工。同时根据工艺要求，池体内部局部出现上下多格水池，内部管道走向复杂，池底与地面设置上下连通楼梯，底板布置设备工艺设备较多，整个单体施工难度大，容易造成漏缺、工程返工、管道碰撞等质量问题。

2.2.2 配合专业较多

整个单体项目涉及结构，暖通，建筑、电气、工艺专业。每个专业之间都需要共同协调设计方案，整个设计过程中存在方案调整，修改的过程，设计图纸是否符合现场施工要求还有待进一步验证。

2.2.3 工期紧，目标高

与其他工程相比，市政水厂工程项目通常结构比较复杂，体量大，参与方众多，且一般为政府主导项目，工期要求更为紧张，建设方对混凝土成型精度要求较高。

3 BIM技术应用策划

整个BIM设计过程首先需要制定适用于本项目的一系列BIM技術标准。基于上述标准，由项目负责人总体协调、统筹建筑、结构、工艺、暖通、电气等各专业之间的配合工作，将BIM技术应用成果规范化，协调解决工程设计中可能出现的问题，提前对BIM技术进行应用策划。图1为本单体的BIM实施技术路线。

4 BIM技术应用分析

4.1 模型构建要求

由于该构筑物结构复杂，各专业工程技术人员在BIM三维模型构建之前需要做如下准备工作。

（1）各专业包括建筑、工艺、结构、电气需要通用的项目样板，模型轴网，比例，标高等其他参数统一。（2）采用多用户模式工作，每个工程技术人员负责自己相对独立的区域互不干扰。（3）简化场地地形，不考虑地形起伏的影响，基于Revit平台直接建立场地。

4.2 族库的创建

Revit中可以实现各类参数化族库的创建，从而提高工作效率，以活性炭滤池间池壁防水钢套管为例，该活性炭滤池间有多种不同直径的穿墙防水钢套管，建模过程中如果每个都创建，不仅耗时耗力，工作量大，而且随着后续模型不断的修改，重复修改的工作量大，占用时间较长，造成工作效率低。因此，考虑到上述问题，BIM设计过程中可以事先建立一个防水钢套管的族，根据其属性特征赋予不同的参数，在需要创建不同直径钢套管时只需要修改所定义的参数即可，无需重新定义模型，需要新建时重命名就可以创建另一种钢套管，节省大量工作时间。

首先需要创建一个公制样板的族，然后对各参数化族定义子类别。需要对可见性进行设置。然后后根据设计图纸按比例进行绘制。实际设计过程中，可根据不同专业的需要，建立各自需要的参数化族库。在需要创建不同尺寸时修改相应的参数，即可满足本工程的实际化需要，也可为今后同类工程的快速建模所用。

4.3 模型建立

基于建立好的各专业参数化族库，各专业技术人员在Revit平台上对活性炭滤池间可以进行一系列的建模操作，包括池壁，顶板，室内楼梯，栏杆，管道，设备布置等工作，最后各专业在同一平台上进行模型组装，完成最终模型的创建。图2为活性碳虑池间BIM整合模型。实际建模过程中如果有其他项目的模型文件也可以通过Revit进行整合。

4.4 碰撞检查

单体工程活性炭滤池间包含大量的管道敷设、安装工作等，传统的二维设计，即使对图纸进行深化设计，也只是简单的将各专业平面进行简单的叠加，各种系统管线的位置准确性难以保证，因此，设计碰撞的问题没有从根本上得到解决。在实际现场施工时，往往会发生已完成的工程，发现漏管，管道安装位置错误，管道相互碰撞等情况。此时的变更需要消耗大量的人力和物力，严重影响了现场的工程进度。

Revit自带碰撞检查的功能，基于各专业模型应用BIM技术进行冲突检测，可以在施工前期预先检查各类管道之间的碰撞，高效快速地自动生成碰撞检测报告，工程技术人员可以根据检测报告中的碰撞信息对碰撞部位进行分析及修改。整个碰撞检测流程如图3所示。

如图4为基于Revit平台建立的三维内部管道安装BIM模型，将BIM模型转入到Navisworks后，图5为BIM模型下检测出的管道碰撞问题，以及优化后的模型方案。

4.5 虚拟施工

大型污水处理厂中复杂构筑物普遍空间布局紧凑，现场施工交叉作业多，往往导致现场工程建设施工组织难度较大，为此，可以应用BIM技术进行4D施工模拟，对现场的施工组织进行优化部署，从而实现现场各施工工序，机械设备、劳动力等资源合理配置。

在Revit菜单中附件工具中外部模块Navisworks2016，通过生成同名文件NWC文件，将其文件导入到Navisworks，采用Project编制详细的进度计划，然后将模型与Project进度相关联，通过Navisworks中的TimeLiner功能，可以实现三维施工进度模拟演示（如图6所示），实际施工中的可能遇到如管线碰撞、构件安装等问题可以提前发现并且避免。通过采用虚拟施工技术，还可以对现场最佳施工方案的制定提供辅助，从整体上提高施工效率，消除现场施工的安全隐患，有效降低施工成本与时间耗费。

4.6 Navisworks动态漫游

基于Navisworks平台通过动态漫游功能可以对建好的BIM三维模型进行自由的模拟查看，可以在构筑物内全方位地观察各个部位的细节，不仅可以发现其中的问题，还可以进行实地模拟测量，图7为漫游动态效果图，此操作过程不仅可以随时感受建筑内外细部效果，还能以动画的方式将三维的漫游过程输出成MP4等其他格式供参建方共享。

5 结论

本文基于Revit及Navisworks平台针对某大型污水处理厂中复杂构筑物进行BIM技术应用分析，得出如下结论。

（1）通过建立BIM三维模型，可以实现管线碰撞检查，设计优化布置，可以有效解决设計中不易发现的问题，减少因构件碰撞而发生的变更问题，从而推动设计工作的顺利进行，有效地减少了设计错误传递到施工阶段，保证了工程质量。（2）基于BIM技术的应用表现出的可视化优势，通过对关键施工工序的模拟，动态漫游，可有效提高现场的施工效率，降低施工成本与时间耗费。

综上所述，基于BIM技术可以有效的提升大型污水处理厂中复杂构筑物设计过程中的准确性，以及出图效率，为今后市政工程的顺利开展奠定基础。因此，BIM技术在市政工程领域内的应用具有良好推广价值。

参考文献

[1] 卜彩华，张俊，刘光远，等.浅谈项目设计阶段的BIM应用概况[J].建筑热能通风空调，2017，36（09）：82-84.

[2] 何关培.BIM和BIM相关软件[J].土木建筑工程信息技术，2010，2（04）：110-117.

[3] 徐忠天，陈伟.浅谈BIM技术在建筑工程管理过程中的应用[J].土木建筑工程信息技术，2016，8（04）：89-93.

[4] 杰德尔别克·马迪尼叶提，牛志伟，蒯鹏程，等.基于Revit及Navisworks软件的泵站BIM模型及其应用[J].水电能源科学，2018，36（06）：92-95.