基于市政给排水设计的现代数字信息化技术分析

陈平胜,吴学深

(中联西北工程设计研究院有限公司,西安 710077)

0 引言

给排水施工设计工作是市政工程的重要基础,设计质量将直接影响整体市政工程的建设水平。在给排水设计中,应充分应用BIM技术,发挥其技术优势,最大限度提升给排水设计质量。BIM(Building Information Modeling)是建筑信息模型的简称,是一种先进的建筑设计理念,可实现对建筑项目的信息化、可视化管理,更好地为建设单位提供设计方案、施工工艺、运营维护等信息服务。BIM技术从根本上改变了传统的工程设计与施工模式,在促进工程项目向高质量、高效率、低成本发展的同时,有效缩短了项目实施周期,降低了建设成本。BIM技术可与其他软件相结合,进行协同作业及模拟施工,提高设计工作效率及质量。目前,BIM技术已被广泛应用于建筑、工程设计等领域。在市政给排水工程设计中应用BIM技术可有效提升设计图纸的精确性、完整性及设计方案的可行性,有利于促进给排水工程建设的高质量发展[1]。

BIM技术具有模拟性特点,可将采集的数据信息进行充分利用,通过虚拟模拟建模方式对设计方案进行检测。基于BIM技术对市政给排水管道模型进行模拟铺设,便于编制应急处理预案,可减少施工事故。如在设计初期需对施工现场进行实勘,特别是对既有线路及实际地质水文信息进行收集[2]。

1 BIM技术在市政给排水设计中的应用

1.1 在设计图纸中的应用

表1 某地区给排水管网统计Tab.1 Statistics of water supply and drainage network in an area

市政给排水工程设计信息提取插件是借助Revit软件以二次开发的形式实现的,其三维模型根据IFC标准开发。IFC标准数据文件交换结构如图1所示。常见的IFC标准架构有STEP架构和XML架构。

图1 IFC标准数据文件交换结构Fig.1 Structure of IFC standard data file exchange

BIM可视化技术可为图纸设计提供良好的条件,将管线铺设的实际情况与设计方案有机结合,设计人员将施工现场实勘采集的数据信息输入到BIM中,对管线铺设方案进行微调,可最大限度提升施工的可行性。借助BIM技术可对施工资料进行分类整理,对较为复杂的区域进行细致分析,通过三维轴侧视图对其进行全面展现,令施工人员了解施工图纸。市政给排水设计包括建筑设计与规划、构建物设置等,需对地势地形及施工规格等设计要素进行充分考量。借助BIM技术构建虚拟模型,从源头上对给排水施工问题进行控制,最大限度地发挥BIM技术的应用优势,全面提升市政给排水设计质量。

1.2 在设计流程中的应用

BIM技术可实现给排水管道与既有建筑物的三维协同设计,包括模型碰撞检测、三维可视化工程展示及各类管线的基本三维建模。表2为BIM技术的设计方式对比。

表2 BIM技术在市政给排水中的设计对比Tab.2 Design comparison of BIM technology in municipal water supply and drainage

根据市政给排水的4种管道模型数据,将其生成平面图与剖面图,为施工建设提供翔实的数据信息。图2为BIM技术设计流程。

图2 BIM技术设计流程Fig.2 BIM technology design process

1.3 在管线建材中的应用

管线建材是市政给排水施工建设中的基础要素。科学合理地对管线建材进行有效甄选,可最大限度地提升设计质量及建设质量。借助BIM技术优势可保证建材甄选的合理性,全面提升给排水管线设计质量。在对管线建材进行甄选之前,可借助BIM技术进行管线模拟设计,对工程量进行计算,明确所需的建材数量及质量要求。将设计数据导入BIM技术数据库中,对建材进行建模模拟,对其施工适用性进行全面了解。将BIM技术数据库应用于管线建材甄选中,可有效对建材种类进行全面控制,在第一时间对其进行补充,实现对施工设计成本的有效控制及对管线建材资源的科学合理调配,保证给排水施工建设的顺利进行。在市政给排水设计中,要对管线建材性能进行计算,将计算结果体现在三维模型中,将多元化信息应用于虚拟三维模型中,满足市政工程建设需求。市政给排水施工要以科学合理的施工设计方案为基础,利用BIM技术构建建筑信息模型,对管线建材中的质量问题及安全隐患进行分析,及时调整设计方案,保障建设安全。需对建材进行质量模型分析,令其符合给排水施工建设标准。管线建材质量将直接影响管道质量,需利用BIM技术对其进行判断矩阵构建。图3为判断矩阵构建流程。

图3 判断矩阵构建流程Fig.3 Judging matrix construction process

基于市政给排水管道设计风险评价机制,需对最大特征根λmax及一致性比率C.R进行风险验证,计算公式如下：

(1)

式中,C.I表示一致性指标,C.R表示一致性比率,R.I表示随机一致性指标。R.I的取值如表3所示。

表3 随机一致性指标数据Tab.3 Random consistency indicator data

1.4 综合优化

多数的市政工程给排水施工建设会与既有的供热管道、运行电缆及天然气管道项目发生重叠,需对给排水管道的铺设位置进行科学合理的计算,规避既有市政管道。利用BIM技术构建施工区域的给排水管道铺设三维立体模型,与既有市政管线建设模型进行整合,避开既有市政管线,防止发生建设冲突。可借助BIM技术的碰撞检测功能对给排水管线进行检测,自动生成碰撞检测报告,据此对设计模型进行适当的调整,为施工图纸定版提供数据支持。以某地区市政给排水工程中的雨污分流改造工程为例,将BIM技术应用其中,利用BIM技术进行工程三维建模,对工程设计进行分析。图4为市政雨污分离改造。

图4 市政雨污分离改造Fig.4 Municipal rain and sewage separation reform

设计人员需根据雨水管道设计流量计算公式对最小流域面积进行计算。

[译文1]Cattle may make sounds to their masters or headers when hungry or distressed.

Q=Ψ×q×F

(2)

式中,Q表示实际雨水设计流量,单位L/s;Ψ表示径流系数,通常取值低于1.0;q表示暴雨强度设计数值,单位L/s.ha;F表示汇水面积,单位为ha。该公式需在一定的假定条件下应用,基于BIM三维建模对该公式进行推算。需对改造工程中的径流系数数值进行分析,径流系数如表4所示。

表4 径流参数表Tab.4 Runoff parameter

由于改造工程中的径流系数很难明晰,故在实际设计中需对单一覆盖径流系数进行科学甄选。雨水管道水力计算公式如下：

Q=v×A

(3)

V=1/(nR2/3i1/2)

(4)

式中,Q表示流量,单位m3/s;V表示流速,单位m/s;n表示粗糙系数,若使用聚乙烯材料为排水管,n的取值一般为0.009,若使用钢混排水管,n的取值为0.014。R表示水力半径,单位为m;i表示水力坡度;A表示水流断面,单位为m2。

设计人员可以将Revit软件与BIM技术有机融合,对给排水管线布局进行优化模拟,最大限度地降低管线碰撞风险。市政给排水设计具有一定的系统性,需做好与其他项目施工的组织协调,利用BIM技术修改管线铺设,对给排水设计的全流程进行协同联结,令排水设计有效融入工程建设中[4-5]。

2 结束语

将BIM技术充分应用于市政给排水设计中,可有效提升给排水设计质量,需充分利用BIM技术,全面推动给排水设计的现代化及自动化发展,为市政工程建设奠定坚实的基础。