BIM 技术在市政给排水设计中的应用及常见问题分析

马 聪，张青青

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430014）

1 BIM 技术概述

BIM 技术全称中国建筑企业信息系统模型进行技术，实质上是一系列三维数字建模软件的集合，可以在计算机虚拟社会环境中对真实的建筑市场信息管理加以参数化、模型化。立足这一数字化虚拟模型平台，工程师、施工人员、设计人员等多方均能够实现建筑工程信息的共享，强化彼此之间的沟通交流，实现建筑工程项目全生命周期内的数据信息的传输、共享[1]。在设计技术方面，BIM 技术以三维模型为核心，集中存储有利数据，项目图纸仅为三维模型的表达，在展示设计成果方面，BIM 技术可以直观、生动的通过三维呈现建筑形式，便于各方之间的沟通及交流；在具体的设计流程方面，BIM 技术可以对整个设计过程的各个环节进行全面的分析，让各方参与项目的各个阶段，从而进一步提高设计方案的质量；在实现设计价值、BIM 技术能够凭借其自身三维模型信息的全面性，既可以提高设计人员的设计质量，还可以有效地提高建筑的可持续性、节能、环保等功能[2]。

2 BIM 技术应用的特点

2.1 可视化

这一特点是在建筑施工之前，利用BIM 技术将传统的建筑线条或相关的建筑元素以三维立体图像的形式呈现出来，然后在模型上与建筑构件形成交互的视觉行为和效果，为建筑设计和施工提供更多的视觉展示。

2.2 信息完备性

在建筑企业工程使用BIM 技术发展期间，其保护建筑工程项目建设的各种数据信息进行资料，进而完成对所建设研究对象完整信息的描述和展现。

2.3 优化性

对于一些复杂项目的实施，可以将BIM 技术及其各种相关优化工具相结合，以优化和简化复杂项目，从而加快这些复杂项目的建设。

2.4 模拟性

有些项目在实际施工期间无法运行，而这些难以运行的项目可以利用BIM 技术在虚拟空间中完成，从而确定更合理的施工方案。减少工程造价投入和支出，确保施工顺利进行，如图1 所示。

图1 BIM 技术模拟建造功能

3 市政给排水设计中常见的问题

3.1 给水设计问题

水是生产以及人们生活中不可离开的资源，市政给水系统能够为生产、人们日常生活提供所需的水资源。供水设计中存在的问题会导致供水能力不足，无法满足正常的用水需求，给工业生产和居民生活带来不便，不利于城市经济发展。

水资源规划与城市地下水的开发利用密切相关。如果规划不科学合理，将增加地下水开发难度，造成水资源开发不平衡，影响地下水利用效率，大大降低供水系统的作用。一旦地下水过度开采，将会发展产生一系列社会问题，比较具有典型是地下水资源匮乏；若是发生在中国沿海经济区域，可能需要引起海水与地下水混合[3]。

在城市供水设计过程中，如果所选管道的规格、尺寸和质量存在缺陷，将影响供水系统的运行稳定性和可靠性。设计方案是给水管道采购的主要依据，实际采购要保证管道的规格型号符合设计要求，也要保证管道的质量符合现行标准的要求。但在现实建设中，管材规格、质量管理方面的问题经常有发生，致使给水管网无法充分发挥其应有的作用。

3.2 排水设计问题

排水设计通常存在以下问题：

（1）在早期的市政给排水工程中，雨水和排水系统是一个系统，在使用中发现的问题较多。随着技术的逐步完善，城市给排水设计实现了雨污分离。通过污水处理对所有污水进行统一处理，处理后的污水可回用，解决了污水对城市环境的污染问题。然而，老城区中的雨水和污水进行系统发展紧密相连，导致企业大量的雨水利用资源与污水被一并排入河流，由于生活污水未经特殊处理，使河流遭受污染问题引起富营养化现象，对河流区域内的动植物造成影响，严重危害社会[4]。

（2）市政排水系统主要负责生活污水和雨水的排放。由于其排水性能差，会影响抗汛防洪，很可能导致城市内涝，如图2 所示。

图2 城市排水不畅引起的内涝

城市内涝的主要原因是雨水排放不畅，导致低洼路段大量积水，对行人和车辆的正常行驶造成不利影响。如果企业持续发展出现强降雨，则会进行进一步通过增大内涝的可能性，一旦演变成洪灾，会危及到居民的生命财产及信息安全。

4 BIM 技术在市政给排水设计中的应用

BIM 技术的先进应用体现在高效的成本预算上，为给排水设计的合理性提供了成本预算有效助力。传统的手工成本核算效率低，受计算工具和人工计算能力等因素的影响，容易造成计算偏差。BIM 技术发展具有计算企业核心功能，以自动计算教学方式，提升了给排水系统设计的成本预算合理性。本文介绍了城市给水排水工程的概况，分析了城市给水排水工程造价预算的现状，提出了城市给水排水工程造价预算的设计思路，为城市给水排水工程造价预算的编制提供了依据。市政单位应全面提高设计人员对BIM 技术的应用能力，增强技术人员解读BIM 技术的能力，将其完全融入给排水设计工作，发挥其技术应用的综合价值，从仿真和动态的角度提高市政单位给排水设计的合理性[5]。

4.1 设计出图环节

BIM 技术能为设计研究阶段的出图工作人员提供一个良好的基础条件。在这种情况下，设计人员需要将管道应用与设计方案结合起来，在BIM 技术中输入各种运行数据，优化调整管道设计方案，为以后的实际工作打下良好的基础（图3）。在给排水管道的设计中，在制定了具体的设计方案后，还必须做好各类数据的分类、汇总和应用，并编制各环节的图纸。因为在制图技术应用发展过程中，管线周围的环境问题相对来说比较分析复杂，因此，在制图过程中，不少企业工作管理人员会习惯性地使用纸张材料，画出综合管线的平面图。这种方法比较传统，整体效率难以保证。利用BIM技术，对管道中相对复杂的局部区域进行调整，并添加三维轴侧视图，使员工对整个项目规划的意图有更直观的理解和认识[6]。城市给排水系统管线进行设计中，还包括整体建筑工程设计和规划，就给排水的构建物设置，应考虑不同地形、规格等因素的要求，设计时要慎重，尽量预防排水管线给企业造成不利环境影响。利用BIM 技术，还可以落实虚拟模型施工工作，从源头上控制建筑构件安装过程中可能出现的交叉、碰撞等问题。所以在BIM 技术的设计环节中，可以充分展示自己的价值和作用。

图3 BIM 技术图纸设计

4.2 确定工程量

城市给排水管线设计中运用BIM 技术，可以通过提高企业工程量计算的准确性和针对性，使设计研究人员在进行设计时，可以得到有效地获取各种相关数据管理信息，在确定了给排水管线的具体长度后，可以同时根据我国工程的实际发展情况进行全面地了解。在BIM 的指导下，设计人员可以对给排水管道进行合理的分类。此时，BIM 的应用可以保证工程量的准确性。经过计算和分析，设计人员可以告知无效的工作，以便未来的工作可以按计划进行。在实际应用阶段，BIM 技术具有自身的可视化特点，对给排水管道的数据信息建立可视化的虚拟模型，管道设计和运行后存在的问题可以得到及时的控制和处理。设计工作人员需要通过制定应急预案，以避免工程项目建设和目标进行规划之间的偏差，从而可以保证工程的运行质量[7]。针对现阶段市政工程的实际情况，在给排水管道建设中，由于管道数量众多，在进行各种管理和布局工作时，需要调整管道的运行参数，使管道运行效率不断提高。因此，在给排水系统工程量计算过程中，BIM 技术在工程企业实际中的有效管理应用，需明确各环节的具体设计要求，并将管线运行中的各种数据处理信息网络应用到位，使各相关研究人员在构建一个应用发展过程中能有章可循，三维模型有效地应用于工程项目施工建设过程中，可以通过避免管线渗漏问题的产生，提高管线运行的整体教学效率。由于给排水管线在市政建设工程中的分工不同，所以在水的流量、流速等方面都有自己一定的差异，此时设计者需要学生根据管线的设计工作情况，实现教学设计研究方案的优化企业完善，从而可以保证产品设计的科学、有效。

4.3 三维模型构建与应用

该三维模型可以为管道的分布和应用提供全面反馈。它对提高设计工作的质量具有积极的作用。在应用BIM 技术发展过程中，根据我国现阶段建筑行业标准进行规范的要求，有效地建立起三维模型，一方面可以使排水以及供水系统的运行安全性得到有效提高，另一方面又可以通过控制系统的整体经济运行工作效率，从而为市政工程相关研究项目的建设社会奠定理论基础设施条件。为掌握市政工程给排水管道的设计要求，制定给排水设计的基本要求，必须充分考虑施工环境、使用要求等方面。由于受水压、水流等因素的影响，给排水过程中容易出现运行稳定性问题。在进行比较单一的设计和规划时，会导致企业项目管理设计发展阶段出现一定的疏漏，对整个市政工程的质量问题产生不利的影响。因此，在建立三维模型的过程中，需要优化BIM 技术，以施工图和工程施工方案为基本条件，控制整个工程的进度和质量，确保与给排水工程的正常运行不受任何影响。无论管道位置的设置，管道尺寸的差异，还是安装顺序等都可以通过模型得到充分的体现，数据建模可以提高给排水管道设计的效率。

4.4 进行管线碰撞检测

BIM 技术的主要管理功能之一是碰撞检测，它对企业提高我国市政给排水系统工程的施工环境质量有很大帮助。对于给排水、污水、雨水等专业管道，在具体运行过程中，可首先进行碰撞检测，自动生成测试报告，并根据测试结果调整设计模型，为最终施工图设计提供依据。如雨水管、污水管标高基本稳定，给水管、中水管标高应根据标高位置进行调整。首次管道碰撞检测时，由于高程数据分析研究工作人员尚未发展进行，碰撞点可能比较多，需要我们逐个调整碰撞点。针对压力管道与重力管道、支管和重力管道之间存在碰撞侦测的问题，采用碰撞侦测法可以有效地识别不合理的设计，并对模型进行优化和改进。

5 结语

综上所述，建筑工程给排水设计对建设工程的质量至关重要，相关人员应充分了解BIM 技术在市政给排水中的应用，寻求科学合理的解决方案，进一步提高市政给排水设计水平，有效保证建筑工程的整体施工质量。