摘要:BIM技术以其可视化、参数化、协同性、模拟性、可出图性的特点，近年来在工程建设领域正逐步推广。以大连市春柳河污水处理厂工程为例，基于AutodeskRevit平台开展BIM设计，介绍了污水厂BIM设计流程，总结了设计过程中需要注意的要点，分析了现阶段污水处理厂设计应用中存在的问题，并提出相应的对策，探索了适用于污水厂工程BIM设计的工作方式，可供业内人士参考。
      BIM(Building Information Modeling)技术是创建并利用信息化模型对建设项目进行设计、建造和运营全过程进行管理、优化的方法与工具。这一理念的引进，在提高企业设计生产能力，保障工程质量乃至提升企业核心竞争力方面发挥着举足轻重的作用。
 
1  项目概况
      大连市春柳河污水处理厂位于大连市，处理规模为12×104m³/d，占地面积为2.9hm²。工程总投资为2.02亿元。采用高效斜板沉淀池/轻质滤料曝气生物滤池/深度处理工艺。厂区总体效果图见图1。该工程的特点是处理构筑物高度集约化、模块化。
图1 基于BIM 真实比例模型的污水厂效果图
2  实施BIM设计的技术路线
      在众多BIM软件技术平台中，以AutodeskRevit为核心的BIM建模平台因其包含建筑结构水暖电等专业套件，而在BIM设计中逐渐成为主流。本工程设计以Ｒevit软件平台为主，再辅以Navisworks、Infraworks、鸿业三维智能管线、Inventor等软件，各软件具体的功能详见图2，形成一套完整的污水厂BIM设计工作流。
图2 污水厂BIM 设计技术路线
3  构筑物单体BIM设计
      对于一座污水厂而言，它包括工艺处理流程中的众多单体，而每个单体构筑物均需要工艺、结构、建筑、电气、自控等多个专业协作完成。本工程共分为3个大工艺综合单体，分别为生物处理单元A区(由NDN曝气生物滤池和PDN曝气生物滤池、中间提升泵池、反冲洗废水池、鼓风机房及配电间组成)、生物处理单元B区(由格栅间、曝气沉砂池Mutiflo沉淀池、Actiflo沉淀池、紫外消毒渠组成)及综合处理间(由加药间、污泥缓冲池、污泥脱水间组成)，详见图3。每个单体分别由工艺、土建、暖通及电气专业共同在一个中心文件下协作完成模型的搭建。
图3 工艺单体的划分
3.1项目样板
      开展BIM设计前，制定项目样板至关重要，因为只有预先进行设置，才能保证各单体最终出图的一致性，同时也是各构筑物各专业单体模型能够合并至总模型的前提。而这一工作通常应该由BIM项目经理进行统一规范设置。需要说明的是，一个成熟的项目样板，需要经过多个项目积累才能形成。对于污水厂构筑物BIM设计，归纳起来项目样板的制定包括以下几方面的内容:①项目的基本设置。包括项目的单位、线型线宽、材质、图层转换等。②项目的基本信息。包括项目名称、编号、图签信息等。③项目的坐标定位。这一步的设定直接影响后期模型的整合。通常以共享坐标的方式为构筑物模型进行统一定位。④项目常用族的预加载，包括工艺设备、管件、土建构建族、符号族、注释族等，同时对系统族(如墙柱楼板门窗等)应进行详细的设置。⑤视图样板设置。视图样板是一系列视图属性，例如视图比例、规程、详细程度以及可见性设置。使用视图样板可以为视图应用标准设置，可以帮助确保遵守公司标准，并实现施工图文档集的一致性。⑥工艺管道系统设置。RevitMEP管道系统的设置结合污水厂管道系统分类，可以实现各种管道类型分类、分颜色以及可见性的显示，同时在系统计算、逻辑检查、工程量分类统计时提供便利，表1为本工程设置的部分工艺管道系统。
      项目样板设置完后，另存为rte格式，供设计人员调用。这样才能更快更高效地搭建项目模型，同时也能减少项目文件的大小，减少不必要的计算机资源的浪费。
表1 部分工艺管道系统的设置
3.2协同方式
      基于Revit平台的协同方式包括链接和工作集两种协同方式，这两种方式都各有优缺点:工作集的方式比较灵活，实现了多个专业在同一个文件下进行协同工作，可以实现双向更新;而链接的方式形式比较成熟，但形式比较单一，只能单向更新。
      结合本项目大体量、集约化的特点，拆分的3个综合单体各专业间采用工作集的协同方式，例如生物处理单元B区的工作集划分如图4所示。而各单体间的模型整合，则采用链接模式进行协同，需要注意的是链接的文件必须是网络中各单体的中心文件，这样才能保证链接的模型也能实时更新。
图4 生物处理单元B区工作集的划分
3.3参数化族的设计
      在Revit平台中，除了楼板墙柱管道等系统族软件可以提供以及扩展深化外，其他的构件基本上都需要使用者自行创建。因此Revit也提供了参数化建族的平台。而污水厂项目基本上所有的国标构件和非标构件都需要自行定制，因此大连市政院在污水厂族库的丰富方面做了很多努力。图5为部分参数化工艺构件族。
图5 部分参数化工艺构件族
3.4模型的整合与碰撞检查
      本项目的BIM设计中，核心建模采用Revit软件，场地建模采用civil3D，室外管网采用鸿业三维智能管线，各种模型的整合采用Navisworks或Infrawork进行整合，由于之前在项目样板设置中就考虑了各单体的定位，因此各模型整合起来相当方便。图6为生物处理单元A区的整体模型。
      传统设计中碰撞检查采用人工对图或者施工过程现场避让的方式进行检查调整，该方式具有人为因素，难免疏漏。而基于Revit平台的BIM设计，构筑物内各专业管线可随时随地进行碰撞检查。整合后的总体模型也可通过Navisworks进行碰撞检查，导出碰撞报告。最后形成空间合理的模型。
3.5施工图出图与工程量统计
      图7为工程量统计表和系统图的表达。
图7 系统图表达与工程量统计
      BIM的一大特点就是可出图性，基于Revit平台的设计模型里集成了所有需要的图纸信息，无论是模型的平面图、剖面图还是工程量表，这些图形或者报表都是从模型文件实时动态生成出来的，可以理解成数据库的一个视图，一个表达方式。因此，无论在模型中进行任何修改，所有相关的视图都会实时动态更新，从而保持所有数据一致和最新。
3.6后期可视化应用
      整合的污水厂模型，集成了所有项目的信息，在BIM的后续工作流中有许多的应用。如制作虚拟现实的漫游动画，图8为在格栅间处的虚拟漫游实景图。如通过在三维模型上加入时间维度，可进行施工模拟，使工程各方都能对项目的进度进行了解，发现工程进展各节点需要重点关注的问题。再如在模型中链接工艺设备的供货信息、价格成本、设备维修记录情况等即可对污水厂进行在线的运行维护，通过BIM平台即可直观明了地掌握设备运行情况，发现运行问题。
图8 格栅间漫游展示
      综合以上，建议污水处理厂项目在设计过程中采用如图9所示的BIM流程。
图9 污水厂BIM 设计流程
4  存在的问题分析与对策
      基于Revit平台的污水厂工程设计，虽然取得了一定的预期效果，但也发现一些问题，主要体现在族库不统一、如何快速建模、如何快速出图等方面。
     ①Revit构件族库不丰富、本地化程度低。由于该软件由美国引进，相关构件不符合国内标准，另外对于污水厂中的更多非标构件也需要使用者定制。因此需要投入较多的人力和时间去丰富拓展。另外，目前各设计单位在使用BIM工具时，都各自建立自己的族库，重复工作量大，并且没有统一标准。亟需从行业层面甚至国家层面统一标准，建立统一族库。
     ②施工图出图效率较低。Revit在建模方面表现较好，可在二维出图方面却相对较弱。虽然在一定程度上可实现施工图纸的表达，但相比于CAD二维出图，其效率较低，主要体现在Revit常规的注释族、符号族不符合国家制图标准，表达方式不够灵活。目前常采用的方式是通过模型自动生成所需要表达的平面、剖面，然后再导出为CAD二维图纸，再在CAD中进行图纸的进一步优化表达。再有则需进行Revit二次开发，最终达到需要的出图效果。
     ③构筑物单体模型重复利用率低。由于污水处理流程中每个环节的污水处理构筑物类型相对固定，因此各类型的构筑物在设计中常常重复利用程度较高。但是由于各污水厂处理能力不同，构筑物的尺寸大小也不同，因此建好的模型也不能完全复用，从而在遇到新的项目时，需重新建模，影响建模速度。对于该问题，建议采用Revit参数化建族的方式对污水处理构筑物进行参数化建模。当然，处理构筑物的建模也不能进行全模型的建模。建议对构筑物进行模型拆分，分类、分部进行参数化建模。对构筑物进行结构上的拆分，可以分为底部功能结构、上部建筑外观结构、工艺设备管道系统。对于底部功能结构和工艺设备等构件可以进行参数化，而对于上部建筑外观和管道系统则不需要进行参数化。在遇到同样类型的构筑物时，参数化的构件即可根据尺寸调整实现模型的参变，最后将模型以“搭积木”的方式组合起来，形成一个完整的模型，实现快速建模。
 
5  结语
      从本项目在BIM技术应用效果来看，在专业间协同设计、构筑物参数化设计、可视化应用、碰撞检查、工程量自动统计以及可出图性方面，相对于传统的CAD二维设计，BIM技术具有不可比拟的优势，也正是这些特点，使其逐渐受到业内人士的肯定和推广。但是由于各方面的因素，目前在市政领域并不完全普及，各大设计院也只是进行一定程度的尝试。相信随着设计人员BIM设计能力的提高、相关BIM技术的软件改进、相关BIM规范标准的提出、BIM软件的日渐成熟，会有越来越多的设计研究人员加入到BIM这个大家庭中，就像CAD的出现一样，BIM技术的引出将在工程领域引领一次新的技术革命。