陈 邦

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430014）

城市建筑的规模化推进了城市中地下市政管网的建设工作。在相关工作的持续实施下，管网的种类越来越多，管网数量与规模逐年增加，传统的管网建设工作存在的问题开始凸显。在此种背景下，BIM技术应运而生，并成为了指示行业发展、引导产业建设的关键技术。为此，本文将BIM技术作为引导，通过对技术的深度解读，实现将此项技术与地下市政管网工程的全生命周期工作进行融合，实现对市政建设领域中相关工作的持续化推进。

1 BIM技术特点

在对BIM技术进行深度解读前，应先做好对BIM技术的定义分析，此项技术又名建筑信息模型技术，是一种基于三维技术支撑下建立的信息结构模型。建模时，将数字化技术与三维技术作为支撑，对建筑结构相关信息进行数字化描述与表达，提高建筑整体结构信息的可视化程序与详尽程度。目前，建筑相关研究领域内，使用较为普遍的工程建模工具包括Achi-CAD技术、Revit技术、BIM技术，本次研究的重点为BIM技术，因此，提出BIM技术在应用中的主要特点。

对图1中阐述的BIM技术特点进行详细分析，具体内容见下文：

图1 BIM技术的主要特点

在进行市政管网设计时，早期工程方会将二维CAD技术作为主要设计技术，通过绘制二维平面图的方式，进行管网的综合布置设计。而在此过程中，引进BIM技术，不仅可以在设计中确保管网不同构件属性信息与实际情况的高度一致性，同时也可以将设计成果以三维的方式进行整体集中展示。在此基础上，将设计中的各个生命周期与工程实施过程进行匹配，可以得到一个具有可视化优势的建设效果图，将可视化成果展现给设计人员与工程人员，可实现为工程的后续制定与施工决策提供帮助。

BIM技术的模拟性体现在较多方面。例如，利用BIM技术进行工程建模，不仅可以实现对建筑施工过程进行模拟，也可以在工程设计环节进行设计参数的虚拟化验证。例如，模拟设计成果的实际运营掌握设计方案是否合理等。总之，利用BIM技术的模拟性优势，可以确保项目的整体设计与后续运营更加合理、更加科学。

大部分城市地下市政管网工程具有规模大、投资高的特点，针对此类工程，需要及时采取可靠的措施，对设计方案进行优化，并建立一个综合的管网方案。方案中不仅要包括整体结构的深化设计，还要涉及对整体结构的细部设计方案。只有满足此方面设计内容，才能确保在实际建设中，将方案转化为更具科学性的成果。

除上述提出的特点，BIM技术还可以在应用中发挥出较大的协调性优势，一个完整的管网工程建设需要多方协同参与完成，一旦在这一过程中出现某个环节设计人员行为或思想的偏差，便极易出现设计方案不协调的问题。而BIM技术在此过程中的作用便是协调各个部门的参与人员，保证多方之间信息的协同、交互与共享，保证对潜在问题的及时沟通、实现参与方之间的双向交互。

2 BIM技术在地下市政管网工程全生命周期中的应用

2.1 基于全生命周期的市政管网工程各阶段BIM模拟

针对市政管网工程项目，在建设初期要求各个参与项目的单位及各专业需要在依托BIM技术的基础上，实现相互协同，并达到对设计信息、建设信息、施工信息等共享，从而建立更具数字化要求标准协同交流体系。在这一过程中，还应当充分运用数字信息仿真模拟技术，针对市政管网工程的设计阶段、施工阶段以及运营阶段进行指导和决策，从而促进项目整体水平的提升。在这一过程中，从上述提到的三个阶段，引入BIM技术，完成市政管网工程BIM模拟，其具体流程如图2所示。

图2 基于全生命周期的市政管网工程各阶段BIM模拟流程示意图

从图2可以看出，在进行BIM模拟时，针对三个阶段，分别从模型构建、参数校正、方案优化，共三个角度进行模拟。在模拟的同时，应当结合实际情况，对存在问题的环节进行调整，如当进度模拟出现问题时，则应当对进度方案进行调整；当有限元校核出现问题时，则应当在设计阶段对市政管网结构进行调整等。通过对市政管网工程全生命周期的BIM模拟，确保在具体施工时各个环节的合理性，避免出现返工情况，提升工程整体建设水平。

2.2 基于Revit的排水管道建模与水位、水质监测

在应用BIM技术对市政管网排水管道建模和对其水位及水质的监测是工程设计阶段和施工阶段重点关注的问题。为了实现对市政管网中各个预制混凝土检查井的构建，首先在Revit软件当中的BIM模型对应位置上建立相应的Revit参数化族，族当中包含了预制混凝土检查井的尺寸信息、类型信息、形状信息等。将Revit参数化族看作是CAD软件当中的参数块，对于一个完整的市政管网工程项目而言，其中应当包含了多种参数块。在建立Revit参数化族时，其具体步骤为：第一步，选取某一标准面作为参照平面，利用Revit当中的拉伸功能，对检查井的外壁结构、下底板结构以及下底面结构进行制作。第二步，在上述基本结构建立完毕基础上，构建一个空心拉伸体结构，并确保该结构上包含两个上下游连通口。第三步，选择在市政管网工程中地下排水管网体系中完成对基坑支护结构、管道基础结构等部件的制作，并将其安装在模型的相应位置上。第四步，完成对所有部件的组装后，对模型中重要的参数化族进行标记，并在其周围添加相应的说明性文字，如检查井的尺寸、坡度等。完成上述操作后，新建项目，并将所有参数导入到项目文件当中，按照要求完成对整个管段模型的绘制，如图3所示。

图3 基于Revit的排水管道建模示意图

在设计阶段的后期，还可通过对模型进行剖切的方式导出检查井的二维剖面图，并且当对三维模型的参数调整时，二维剖面图的对应参数也会发生改变，并自动更新标注，以此能够有效避免传统绘图方式的反复操作增加市政管网工程设计的难度。

在完成对排水管道的建模后，还需要在施工阶段对水位、水质等进行监测。针对各类水位和水质监测装置，可通过为电气族元件赋予不同属性值的方式将其安装在市政管网工程项目中。每一个监测装置都为其配备唯一的图元ID，以此能够为后期项目在运营阶段的监测提供数据查询条件，同时，也能够为数据库的建立和运行奠定良好的基础条件。

2.3 市政管网设计、施工与运营阶段协同与深化设计

在实现对设计阶段和施工阶段的监测后，针对项目各阶段进行协同和深化设计。在协同建模的过程中，市政管网工程项目设计人员可以通过无线传输的方式将BIM系统模型当中的参数、信息等资源进行共享，以此能够避免多项专业在设计时出现由于信息滞后而造成信息传输错误的问题。在施工阶段，参与到项目的所有人员都可以通过轻量化协同平台实现对数据的传递和共享，并且不需要额外安装其他大规模的三维建模软件，即可实现对三维模型信息的查询，以此能够大大节约交流的时间。同时，在施工阶段，针对工程中各个关键施工阶段，BIM可以提供模拟对应步骤的动画，从而为技术交底提供可视化条件，让施工人员更直观了解工程中的重点和难点，从而达到指导施工的目的。最后在运营阶段，利用BIM技术对施工阶段的模型进行完善和深化，进一步提高模型的精度，并实现对模型展示、监测的集成，为后期项目运营提供更高质量服务。

3 对比分析

为证明BIM技术的应用优势，设计如下文所示的对比试验。试验中，选择某市政工程建设方作为试验的参与方，按照本文设计的方法，进行市政管网工程的建设，将工程各个实施阶段的成本作为评价BIM技术应用效能的指标。例如，当应用BIM技术后，工程项目各个阶段的支出成本呈现降低趋势时，说明BIM技术的应用价值较高，反之，当应用BIM技术后，工程项目各个阶段的支出成本不降反升时，说明此项技术的应用价值较低。

将地下市政管网工程全生命周期划分为若干个阶段，包括：工程设计阶段、排水管道建模阶段、可视化碰撞测试阶段、水位与水质监测阶段、管网设计阶段、管网施工阶段、管网运营阶段、管网建设深化与协同阶段。计算每个阶段中分项工程的支出。以排水管道建模阶段为例，对此阶段的成本支出计算公式进行阐述，见下公式：

式中：G代表排水管道建模阶段成本支出总额（万元）；g代表此阶段中的分项工程成本支出总额（万元）；n代表分项工程数量，n的取值为大于1的正整数。按照上述计算公式，对管网工程其他阶段的建设支出成本进行计算，统计BIM技术应用前与BIM技术应用后的成本值，统计结果见图4。

图4 BIM技术应用前与BIM技术应用后市政管网工程建设各个周期的支出成本

通过上述试验结果可以看出，在BIM技术应用后，市政管网工程建设各个周期的支出成本明显降低，说明了将BIM技术应用到建设项目，可以较好地控制项目全生命周期成本。

4 结语

BIM技术是一项综合性较强的项目，将其应用到管网工程全生命周期过程中，不仅可以起到协调项目建设、优化项目组织运营的作用，同时还可以控制项目建设支出总成本，保证项目整体设计方案的科学性与高效性。