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1、信息化模型的建立 目录 信息化模型的建立.1 1.1.1 BIM 概述.1 1.1.2 地下式污水厂 BIM 设计的先进性.2（1）沟通平台可视化.2（2）平台可协调性.3（3）计算机仿真性.3（4）模型可优化性.3（5）输出种类多样性.3 1.1.3 地下式污水厂采用 BIM 设计的优势.4 1）直观立体.4 2）信息共享.4 3）准确度高.4 4）效率高.6 5）功能扩展性强.6 1.1.4 BIM 平台选择.7 1.1.4.1 BIM 基础软件.8 1.1.4.2 BIM 核心建模软件.8 1.1.4.3 BIM 软件选择.8 1.1.5 BIM 立体化设计的全过程应用.9 1.1.6
2、BIM 技术设计实施路线.14 1.1.7 BIM 设计实施的可行性.15 1.1.7.1 技术力量保障.15 1.1.7.2 BIM 项目样板.16 1.1.1 BIM概述 BIM（BuildingInformationModeling）建筑信息模型，是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，具有三维建模系统功能：通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，由建筑产业链各个环节共同参与来对建筑物数据进行不断地插入、完整、丰富，并为各相关方来提取使用，达到绿色低碳化设计、绿色施工、成本管控、方便运营维护等目的。在整个系统的运行过程中，要求业主、设
3、计方、监理方、总包方、分包方、供应方多渠道和多方位的协调，并通过网上文件管理协同平台进行日常维护和管理。BIM 系统管理贯穿建筑行业的设计、施工、运营，包含设计方、施工方、建设方等多单位的工作。图1.1 全生命周期信息化模型构建的 BIM 始施流程 按照我国 建筑信息模型统一标准（GB/T51212-2016）规范定义，建筑信息模型（BIM）即：在建设工程及设施全生命期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工、运营的过程和结果的总称，简称 BIM 模型。BIM 技术是一种多维（三维空间、四维时间、五维成本、N 维应用）模型信息集成技术，可以使建设项目的所有参与方（包括政府主管部门
4、、业主、设计、施工、监理、造价、运营管理、项目用户等）在项目从概念产生到完全拆除的整个生命周期内都能够在模型中操作信息和信息中操作模型，从而根本上改变从业人员依靠符号文字形式图纸进行项目建设和运营管理的工作方式，实现在建设项目周期内提高工作效率和质量以及减少错误和风险的目标。BIM 的含义总结为以下三点：（1）BIM 是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。（2）BIM 是一个完善的信息模型，能够连接建筑项目生命期不同阶段的数据、过程和资源，是对工程对象的完全描述，提供可自动计算、查询，组合拆分的实时工程数据可被建设项目
5、各参与方普遍使用。（3）BIM 具有单一工程数据源，可解决分布式、异构工程数据之间的一致性和全局共享问题，支持建设项目生命期中动态的工程信息创建、管理和共享，是项目实时的共享数据平台。1.1.2 地下式污水厂BIM设计的先进性（1）沟通平台可视化 BIM 平台下的三维立体模型，可以清楚地展示项目的平面图、剖面图、立面图。在 BIM建筑信息模型中，可以实现设计阶段可视化、施工阶段可视化、运营阶段可视化，整个项目过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。（2）平台可协调性 传统设计工作中，往往由于各专业设计者之间的沟通不到位，而出现各专业系统的碰撞问题，例如建筑与结构的梁柱位置、结构与机电的
6、开孔、出梁等，像这样的碰撞问题的协调解决就只能在问题出现之后再进行解决。通过 BIM 的协同平台就可以提前处理问题，用 BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据，提出合理的解决方案。（3）计算机仿真性 可以通过 BIM 对设计上需要进行模拟的项目进行模拟实验，例如：节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟等；施工阶段可以进行 4D 模拟（基于 3D 模型的时间控制），可进行流程模拟、空间规划、成本分析、冲突检查、设施维护、数量估算、资源分配等工作；依工程需求目的的不同而执行不同的作业，需求不同时，模型与信息自然就不一样了，在确定目的与需求后，设计师即可
7、开始建立初步模型。经会议确定分工及流程后，各专业工程师即可自行进行 BIM 模型建置工作。完成的各 BIM 模型整合后，依靠专业人员的判断与沟通协调，即可侦测模型彼此间发生重叠之处。同时还可以进行 5D 模拟（基于 4D 模型的造价控制），从而来实现成本控制。或者是针对地震时人员逃生及消防人员疏散等进行逃生模拟演练。（4）模型可优化性 BIM 平台构建起来的信息模型，均是可优化的，可以做更好的优化，也可以更好地做优化。优化受三样东西的制约：信息、复杂程度和时间。没有准确的信息就做不出合理的优化结果，BIM 模型提供了建筑物实际存在的信息，包括几何信息、物理信息、规则信息，还提供了建筑物变化以后
8、的实际存在。复杂程度高到一定程度，参与人员本身的能力无法掌握所有的信息，必须借助一定的科学技术和设备的帮助。现代建筑物的复杂程度大多超过参与人员本身的能力极限，BIM及其配套的各种优化工具提供了对复杂项目进行优化的可能。（5）输出种类多样性 BIM 平台下的信息模型，除了产生效果图外，亦可产生建筑图、结构图以及构件加工、机电图等。1.1.3 地下式污水厂采用BIM设计的优势 地下式污水厂具有结构复杂、池体紧凑、工艺精细的特点，其设计难度大、要求高，传统的二维设计需要依靠设计人员的三维想象力和设计经验，经常出现结构碰撞、管线交叉、工艺线路不合理的问题。而采用 BIM 设计，具有显著的先进性，地下
9、的负一层、负二层、通道、构筑物、功能房间等直观立体，具有传统的二维平面设计所不具备的优势。1）直观立体 BIM 设计的面向对象是三维立体的结构构件、功能房间等，而不是抽象的二维平面图，设计人员能够迅速的获得建筑物、构筑物、功能房间的实际形态，直观立体，“所见即所得”，有效提升设计人员对设计成果的掌控力度。2）信息共享 传统的二维设计，因地下式污水厂的结构复杂、专业交互点多，其图纸和设计参数的传递量较地面式污水厂指数倍增加，非常容易出现信息损失、理解偏差等问题。而采用 BIM设计，各专业可以在共同的三维设计平台中同时开展工作，实现设计信息的实时共享，时效性、准确度显著提高，能够实现简单方式完成复
10、杂设计。3）准确度高 在设计阶段，因地下式污水厂的复杂特性，各专业对设计准确度的要求远高于地面式污水厂。而采用 BIM 设计，“所见即所得”，结构中的墙梁板柱、工艺中的池体及各种管线、建筑中的功能房间、暖通中的管线设施等，能够实现本体尺寸准确、空间关系准确，传统的二维平面图难以表达的信息、碰撞现象，在 BIM 设计中迎刃而解。可对成果进行硬碰撞用软件检查，软碰撞用浏览漫方式检查。将整体模型轻量化导入Navisworks 中，通过漫游的形式，寻找设计不合理之处。优化模型，调整模型中的碰撞点或不合理处后再导出 CAD 图纸。最终使得图纸质量大大提升，减少工程变更，从而降低企业成本。图1.2 漫游视
11、角-泵房 图1.3 漫游视角-除臭设备 图1.4 漫游视角-高效沉淀池 4）效率高 因地下式污水厂的复杂特性，传统的二维平面设计，沟通成本很高，专业交互难度大，常导致设计反复、变更调整量大，影响设计效率的提升。而采用 BIM 设计，三维立体的直观可见，可以避免大量的交叉碰撞，降低设计返工，提升设计效率；此外，在 BIM 设计中，应用丰富的构筑物、设备、建筑物的族库资源，能够快速调用成熟的设计成果，通过适当的修改设计参数，即可得到相应的三维模型，显著提升设计效率。5）功能扩展性强 基于 BIM 的污水处理厂设计在设计流程上不同于传统设计，强化了设计信息的完整性与关联性；产生了基于模型的各专业协同
12、环节；扩展了污水处理厂设计成果在整个项目中的应用范围。图1.5 BIM 各专业协同 图1.6 BIM 设计建筑生命周期 本系统将 BIM 的应用由简单的建模扩展到项目的全生命周期，可对设计、采购、建设、运维提供数据支持，实现设备材料的自动统计，实时在线查询项目模型等信息。此外，本系统设计了开放的数据端口，可实现与主流模拟软件（如 biowin、fluent 等）的数据互通，使设计、运维更科学，更高效。为实现智能化、数字化水厂奠定基础。1.1.4 BIM平台选择 1.1.4.1 BIM 基础软件 BIM 基础软件主要是建筑建模工具软件，其主要目的是进行三维设计，所生成的模型是后续 BIM 应用的
13、基础。在传统二维设计中，建筑的平、立、剖图分别进行设计，往往存在不一致的情况。同时，其设计结果是 CAD 中的线条，计算机无法进行进一步的处理。三维设计软件改变了这种情况，通过三维技术确保只存在一份模型，平、立、剖图都是三维模型的视图，解决了平、立、剖不一致问题。同时，其三维构件也可以通过三维数据交换标准被后续 BIM 应用软件所应用。BIM 基础软件具有以下特征：1）基于二维图形技术。支持对三维实体创建和编辑的实现。2）支持常见建筑构件库。BIM 基础软件包含梁、墙、板、柱、楼梯等建筑构件，用户可以应用这些内置构件库进行快速建模。3）支持三维数据交换标准。BIM 基础软件建立的三维模型，可以
14、通过 IFC 等标准输出，为其他 BIM 应用软件使用。1.1.4.2 BIM 核心建模软件 BIM 核心建模软件公司主要有 Autodesk、Bentley、Graphisoft/NemetschekAG 以及GeryTechnology 公司等，各自旗下的软件见下表。表1.1 BIM 建模软件表 公司 Autodesk Bentley NemetschekGeryTechnology GraphisoftDassault 软件 RevitArchitecture BentleyArchitecture ArchiCAD DigitalProject RevitStructural Bent
15、leyStructural AllPLAN CATIA RevitMEP BentleyBuildingMechanicalSystems VectorWorks 1.1.4.3 BIM 软件选择 采用 Autodesk 平台软件：Revit，Navisworks，由于是现阶段主流的设计软件，设计模式同传统二维模式相似，且信息成果能与大部分软件共享，达到一模通用的效果。辅助设计软件有 Twinmotion、Fuzor、CAD 等，计算方面配合一系列的软件如 PKPM 等。鉴于 Revit的优势，主要采用 Revit 软件进行设计、优化、统计、出图。图1.7 基于 BIM 模型的地下污水处理厂设
16、计网络 1.1.5 BIM立体化设计的全过程应用 本项目设计将采用 BIM 技术，直接在三维环境里进行污水处理厂的设计，利用三维模型和其中的信息，自动生成所需要的图档，模型数据信息一致完整，并可进行后续传递。地下污水厂空间布局复杂，图纸必须将每个区域的变化表达清楚，就会产生大量平面、立面、剖面图来帮助识图者理解具体构造情况。传统的二维画法速度慢而且容易出差错。利用 Revit 的实体模型，可以快速准确的生成平、立、剖面图以及局部大样图，节约了设计、校核等工作时间。Revit 中，可以实现模型的实时关联，修改了模型中的某一部分，涉及到的图纸随之变化，进一步提升了设计人员的工作效率。利用 BIM
17、的设计思路，突破二维的限制，对于结构形式复杂的区域，使用三维剖面辅助出图，相对于传统的二维模式，更直观表现具体的细节。以下章节将讲述 BIM 在各专业上的立体设计应用。图1.8 BIM 出图效果 1.1.5.2 工艺设计 总图是下沉式水厂设计的关键环节，受地形、外环境、单体设计等影响，传统设计工作里总图往往有多次、反复调整，正所谓“牵一发而动全身”，大大增加了设计人员的重复工作量。为此，通过 BIM 设计来解决上述问题。运用 BIM 技术，快速生成选择的工艺单体，按照预定规则推荐合理的最佳总图拼装方案。此操作将大大减少设计人员的重复修改工作，且由于预定拼装方案是按既有规则进行布置，则成功弥补了
18、缺少项目经验的设计人员对总图布置的不足。总图模型完成拼装后，则可选择导出相应的工艺流程图。同时，单体模型的立体化设计增强了成果的直观性与可视性。图1.9 提升泵房工艺设计 1.1.5.3 结构设计 结合工艺箱体的总平面图，在三维环境里布置结构基础以及柱网。每个单体的结构设计人员，根据总体柱网布置，完善工艺单体中的墙、梁、板等其它结构构件；箱体覆土层的梁板，工艺池体间的公共区域梁板，由总图人员负责。导入结构计算软件 PKPM 进行结构整体计算，将计算结果返给各个单体及总图人员，通过对结构数据以及规范的要求，修改优化各个结构构件的大小尺寸，满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计要求。图1.1
19、0 综合楼结构设计 1.1.5.4 电气设计 根据电气专业的规范要求以及使用合理性要求进行三维可视化设计，设计中可以链接暖通等其他专业，避让结构构件以及尺寸较大的管道或桥架。图1.11 暖通管道设计 1.1.5.5 暖通设计 根据使用要求，对箱体中的设备用房、楼梯间、消防分区以及公共区域分别设置通风防排烟系统，对有除臭等特殊要求的分区或房间设计除臭系统。图1.12 暖通除臭系统设计 1.1.5.6 建筑设计 箱体总体拼装初步完成后，建筑考虑消防分区，设置消防楼梯疏散通道，布置公共区域及操作层的功能分区，满足箱体使用需求及相关的设计规范，使用墙、楼梯、栏杆、门窗等族，最终构建科普馆、综合楼或其他
20、功能用房的模型。图1.13 综合楼建筑设计 1.1.5.7 管综设计 地下、半地下式污水厂工程的管线种类很多，有工艺、通风、除臭、空调、消防、给排水、电气与自控等专业的多种管线系统。相比于传统二维设计对各专业管线难于布排，但基于 BIM 技术辅助的机电管线综合优化在三维环境下可以最大化合理布排管线并预留安装、检修、保温、支吊架空间。同时可以提高施工单位与各专业机电管线安装单位的沟通效率，进而合理优化设计方案、减少返工、加快进度、降低项目成本。图1.14 管综设计 1.1.5.8 造价应用 Revit 模型包含构件的信息，基于这种特性，能够直接对模型的体积和面积以及数量等进行提量，从而生成精确的
21、材料算量。这对于设备、材料采购和使用过程中的管理和成本预算非常之重要。图1.15 图设备管道统计表示意图 1.1.6 BIM技术设计实施路线 BIM 设计流程技术实施路线如下图所示。图1.16 设计工作流程 通过以上技术实施路线，将流程通过工作集的形式拆分给对应的专业。各专业设计及修改内容体现在各自的模型中，再通过同步的形式整合在同一个中心文件，其他专业通过访问中心文件能够第一时间了解到相关专业的进度，以及对方修改及变动的地方，省去了大量的链接图纸以及对图的时间。轴网标高系统统一由一个专业负责创建，其他专业通过加载链接轴网，保证所有专业在同一套轴网以及标高系统中进行设计，减小了错误的发生概率。
22、1.1.7 BIM设计实施的可行性 1.1.7.1 技术力量保障 我公司在长期的地下式污水厂实施过程中，积累了大量的专业技术人才，牵头制定我国首部地下式城镇污水处理厂工程技术指南。目前，我公司已成立由工程技术中心牵头的BIM 工作组，横向联合设计、建设和运营部门，纵向建立工艺标准、BIM 标准等技术体系，目前已完成 BIM 建模企业标准、BIM 设计标准化流程、各工艺段 BIM 模型 36 套、综合楼及配套设施 BIM 模型 8 套，积累了大量的 BIM 技术经验，能够确保 BIM 设计的迅速和有效实施。图1.17 Revit 建模标准 图1.18 综合楼装饰装修设计标准导则 1.1.7.2
23、BIM 项目样板 BIM 设计样板是 BIM 设计的重要基础，我公司已根据地下式污水厂的特点，建立了涵盖构件尺寸、材质、命名、规格等内容的 BIM 设计样板，为项目设计提供了良好的基础。启动设计之前，首先要根据项目具体情况定制项目样板，统一化的项目样板能规范不同设计人员对于同一种构件的表达形式以及出图样式，同时也是拼接模型能够统一整合的前提。一套完整的项目样板是通过不同的项目的历练，日积月累下来的，对于每个构件的尺寸、命名、材质、系统都有明确规定。图1.19 标准化手册 项目样板文件一般由项目经理或者 BIM 负责人根据标准化手册统一建立。项目样板需要根据后期项目的需要进行定期的维护与更新。项
24、目样板归纳总结主要包含以下内容：（1）项目信息。（2）基本设置：包括项目参数、单位、线宽线样式、构件材质、图层设置。（3）项目样板：包括三维试图样板、平面出图样板、剖面样板、大样图样板。设置一般包括视图的比例，视图的详细程度，构件的可见性，规程的显隐。样板锁定无法修改，杜绝出图的不一致性。（4）项目基点定位：项目总体轴网定位，使每个工艺单体，每个专业设计人员使用同一个轴网坐标，方便后期模型整合与碰撞检查。（5）企业化项目族库的建立：通过项目的积累，对污水厂中的门窗、大样以及工艺设备的参数化族进行分门别类，通过参数驱动的设备族能够满足大多数情况下项目的需求。（6）视图样板的设计：样板设置分为土建视图样板、工艺视图样板、协同视图样板，样板间的切换能够满足各专业间设计的实际需求。（7）机电，工艺管道系统创建：以不同颜色代表不同功能的管道，以专业为大类进行区分（如下图机电专业管线颜色分类所示）。设置可见性，使其在不同的专业平面图上隐藏除开自身以外的专业。设置逻辑表达关系，同一系统内的管道种类及数量能够一键统计。项目样板文件设置完毕之后，储存为格式 rte 的文件，各专业均采用统一的模板进行设计创作。这样能准确高效的完成设计任务，减少不必要的时间消耗。图1.20 机电专业管线颜色分类