浅谈B IM 在市政给排水及道路设计中的运用

侯世杰

中国市政工程中南设计研究总院有限公司 湖北武汉 430000

随着BIM 技术的不断发展，其在我国各个行业都得到广泛应用，尤其是在给排水工程、道路工程、建筑工程等领域中，占据着极为重要的地位。

1 BIM 技术概念及特点

为BIM 技术即建筑信息模型，该技术将建筑模型的材料特性和空间特性进行了整合，基于可视化技术和仿真模拟技术，可以帮助相关人员测算建筑信息。该技术可以利用计算机系统构建3D 模型，以模拟实际的建筑工程情况。在市政道路给排水设计中应用BIM 技术，可以帮助设计人员进行参数设计、可视化设计、管线设计和系统设计等，有利于提高市政工程的设计质量，进而为建筑施工质量和施工效率的提高奠定基础[1]。

1.1 可视化

（1）设计可视化：BIM 技术包含多种可视化显示模式，如真实渲染、带框着色、隐藏线等模式。此外其也拥有漫游功能，通过照相机模式，构建工程图像和动画等，以向客户直观的展示3D 模型。

（2）施工可视化：一方面其可以构建施工模型，实现施工操作的可视化；另一方面，可以将施工中复杂的节点进行全方位立体化显示，如给排水管道、交通道路等。

1.2 一体化

一体化是指该技术可以贯穿到整个施工阶段。在设计阶段，该技术可以将电气设计、给排水设计、建筑结构设计等整合到同一个建筑模型中，进而将各种设计中存在的冲突点以形象、直观的方式显示出来；在施工阶段，该技术可以同步建筑工程施工进度、施工成本、施工质量等信息，进而实现施工阶段的可视化管理；在运营阶段，该技术可以直观地显示建筑管理水平和收益成本，进而为开发商和业主提供参考[2]。

1.3 参数化

在设计阶段，只需要改变BIM 模型的各项参数值即可构建新的参数模型。BIM 技术参数化主要分为修改引擎和图元。其中修改引擎是指用户可以随时对建筑文档和设计进行改动；图元是指利用BIM 技术将建筑构件以图元的形式进行展示，并且这些图元都是参数构件，其保存了实际构件具有的所有信息。

1.4 仿真性

（1）性能仿真：性能仿真功能是基于建筑设计过程中设计师构建的建筑构件属性信息、材料性能信息、几何信息等，可以将BIM 模型相关参数导入分析软件中，进而获取分析结果，如设备分析、能耗分析、绿色分析和光照分析等。

（2）施工仿真：对施工方案进行模拟、优化等；自动计算建筑实际工程量；直观反映建筑工程工艺冲突、工程干扰因素等问题。

（3）进度模拟：将施工计划与BIM 技术进行链接，将时间信息、空间信息等整合到3D 模型中，以精确、直观地反映建筑工程进度。

2 BIM 技术在市政道路给排水工程中的应用价值

2.1 提高数据处理能力

给排水工程作为市政建筑的基础工程，其设计的重点在于道路与给排水系统的合理设计，如水泵机房、排水管道和市政管网等。与传统的设计技术相比，BIM 技术能够更直观地反应给排水管网、水泵机房等设计与现状管线及设施之间的关系，进而优化设计、提高设计合理性。由于给排水管理设计存在一定复杂性，如果设计不合理会导致道路给排水效果下降，交通道路出现大量积水等情况。而BIM 技术具有的可视化和参数化特点，可以弥补在该方面的设计问题[3]。此外，BIM 技术具有的数据分析和模型构建能力，能够简化复杂的道路给排水设计，进而提高市政工程质量和效率。

2.2 提高道路给排水设计能力

BIM 技术具有的可视化功能和仿真功能，可以强化设计人员与设计软件的互动性，提高与工程实际情况的结合度，同时在设计过程中为设计人员提供更多辅助功能。例如，通过将施工构件转化为图元，以直观的施工模型展示设计存在的冲突点和问题，帮助设计人员进行合理规划，进而提高设计人员的设计能力。此外，BIM 技术具有的参数化功能，可以使设计人员及时对施工模型进行优化和完善，以保证市政工程的有序开展。

2.3 协调各部门工作

在给排水及道路设计过程中，通常会涉及多个部门的工作，因此需要各部门之间紧密的配合。但是由于建设施工存在空间和时间的限制，导致各部门之间无法进行及时的交流沟通。这种情况不仅严重影响了工程设计质量，而且也会影响建筑工程的施工进度。而BIM 技术则能够弥补该问题，其具有的参数化、信息完备性等优势，能够实现施工信息的实时共享，以帮助各部门及时获取和整合施工信息，并形成详细的施工报告，使各部门和施工人员及时明确自身的任务和职责[4]。此外，各部门也可以凭借施工报告合理调配施工人员和安排任务，强化施工现场管理，促进施工效率和质量的提升。

2.4 提高施工效率

BIM 技术具有的数据分析和处理功能，可以为市政道路设计和给排水设计提供数据参考。设计人员可以将施工数据导入计算机系统中，利用BIM 数据处理软件分析施工数据，同时构建直观的图案和模型，从而极大地节省设计人员现场勘察的时间，提高给排水设计和施工效率。此外，在多种因素的影响下，施工方案和设计方案往往需要进行修改和优化。针对这种情况，传统的设计技术往往需要在施工现场进行反复的勘察，以制定可行的设计和施工方案。但该方法会影响施工工作的有序开展，同时也会造成一定经济损失。而BIM 技术具有修改施工参数的功能，设计人员可以根据实际施工现场情况对施工方案进行修改，并且快速形成具有指导意义的施工方案和设计方案[5]。此外，BIM 技术拥有的数据库系统也能够为设计人员提供参考，通过构建模拟演练方案验证施工技术的可行性，进而形成一份完善的施工方案。

3 BIM 技术在市政道路给排水设计中的应用

3.1 工程概况

某城市道路走向为自东向西，道路周边为农田及未开发地段，计划在其周边建筑住宅小区和绿地。该道路设计工程全长为892m，设计长度为862m，红线宽度为25m，设有人行横道，宽度为3m，该路段为城市次干道。该道路施工场地地形平坦，地貌单位为Ⅰ级阶地。该道路设计部分包括K0+000～K0+354.22 路段施工。

3.2 道路模型建立

3.2.1 模型构建

道路模型构建主要基于BIM Open Roads 模拟软件，将实际道路设计参数导入到该软件中，生成空间三维模型。

3.2.2 创建线路模型

平面设计方法主要采用导线法和曲线法，同时参考一般市政道路设计方案，构建道路平面模型，并进一步完善道路纵断面设计。首先，根据创建的道路模型和平面模型，在模型中提取出中心线、自由标高等信息。其次，基于这些信息对道路竖曲线要素和横纵断面坡度等进行设计。对于横断面的设计需要根据施工要求，设置路堑横断面和标准路基等参数[6]。最后，结合线路空间位置和三维地形等数据形成横断面模型。在横断面设计过程中需要注意的是，设计人员需要将路面结构设计整合到该设计中，以保证横断面设计的完整性和准确性。表1 所示为传统设计技术和BIM 技术优点比较。图1 为道路横断面设计。

表1 传统工艺与BIM 技术比较

图1 道路横断面结构

3.2.3 交道设计

该道路设计工程包含既有线路的交接设计部分，因此涉及BIM 技术交道设计。在交道设计过程中，设计人员只需要在BIM 软件中输入道路的横纵面信息、车速信息和位置信息等，即可自动计算出合理的道路过弯半径，同时根据道路周边的环境情况增设过街岛和渠化岛。

3.2.4 立交设计

首先需要明确道路立交位置，即确定道路平面、横截面、纵截面参数，同时在设计时结合道路设计方案，以保证道路纵断面设计的合理性。在立交设计过程中，设计人员需要注意的是控制道路交汇横纵断面坡度和标高是否与设计情况一致，避免出现坡度变化较大或悬空的情况。道路立交入口设计需要根据道路立交设计规范、道路等级、入口坡度、行车速度等参数进行调整。同时，道路分合流位置和半径等，以及车宽度段等也需要结合道路设计进行合理调整。

3.3 创建排水系统模型

道路给排水设计主要包括检查井和污水管道设计等。

3.3.1 平面设计

参考市政单位污水处理方案和规划等，结合道路设计高程、横纵断面设计等信息，合理规划给排水管理设计方案。需要注意的是，设计人员需要结合工程施工周期、施工成本等，对给排水管道材料、尺寸、位置等对给排水设计方案进行优化和调整，保证道路给排水管道能够与现有的检查井进行连接。

3.3.2 纵断面设计

纵断面设计主要包括以下流程：管道坡度设置→管道标高设置→连接管道设置→管道交互设置。在纵断面设计完成后，还需要利用BIM 软件对给排水系统进行碰撞检验，避免出现给排水管道碰撞的情况，保证给排水系统设计合理性。

3.4 创建桥梁模型

3.4.1 立交、高架桥梁设计

该设计方案与道路给排水设计相同，均需要基于道路空间设计和纵横面设计创建设计模型。首先，设计人员需要明确桥梁、桥台、桥墩设计结构，基于桥梁结构设计桥梁建设规模。桥梁结构确定主要包括以下步骤：防护栏设计→桥主梁形式设计→桥面结构设计→桥墩规格设计。根据以上设计流程，即可明确桥梁的结构和设计规模。设计人员在掌握桥梁结构设计后，还需要对桥梁设计部分进行定义，包括桥梁分幅、桥梁起讫、起讫桩号、桥梁高度和桥梁跨度等定义。

3.4.2 天桥结构设计

天桥结构设计与桥梁设计类似，都分为上部设计和下部设计。首先，设计人员需要对天桥的中轴线进行定义；其次，控制天桥桥梁和桥面尺寸，确定天桥的限界和限制高度，然后对天桥几何参数和空间位置进行定义，设计天桥阶梯坡度等；最后，设计天桥装饰物。

3.4.3 模型渲染

基于上述所有设计信息，利用BIM 软件，将输入导入到其中，利用软件渲染功能调整模型环境、位置、画质、场景等，渲染效果图如图2 所示。

图2 渲染效果图

4 结论

综上所述，市政给排水及道路设计在现代化城市建设中极为重要，其不仅影响着城市交通稳定性，而且决定着城市发展的速度。与传统设计技术相比，BIM 技术具有可视化、参数化、一体化、仿真性等特点，可以以主观、形象的方式将设计方案展示出来，改变传统复杂、繁琐的平面化工程设计模式。同时，BIM 技术也有利于促进设计质量和速度的提高，保证设计方案的合理化。因此，BIM 技术在市政给排水及道路设计中的应用是技术发展的必然趋势。