作為國內第一個深層隧道排水工程項目，廣州市深隧工程東濠涌試驗段一直備受關注。該示范工程已于2014年8月動工，長1.77 km，工程總投資約6.8億元，預計2017年交付使用。作為該項目的主要設計團隊——廣州市市政工程設計研究總院開展了大量技術研究工作。為此，《中國給水排水》于2016年11月起，開設“廣州深隧技術專欄”，陸續刊登這一系列研究成果，其中涵蓋專業基礎研究、建模、豎井設計及預處理技術、通風排氣和除臭、防水和結構耐久性等內容。
吳冬毅（1982-），廣西柳州人，碩士，BIM工程師，主要從事市政給排水工程設計及咨詢、BIM相關技術開發與咨詢工作。
BIM技術在廣州深層隧道排水工程建模及展示的應用
廣州市深層隧道排水系統——東濠涌試驗段工程作為國內深層隧道排水系統的首次工程實踐，目前正在順利實施中。本課題以東濠涌試驗段工程為例，基于工程前期的設計資料，集成相關設計信息，建立起所有豎井模型、深隧主/支隧道模型和隧道管片模型等，并對各模型進行總體裝配和拼接，形成完整的系統模型，實現項目的三維可視化展示，為下階段BIM技術在東濠涌深隧工程設計、施工及運維階段的應用研究打下基礎；同時確立完整的深層隧道排水系統模型創建流程、構件拆分和命名標準，創建可以在其他類似深隧工程中重復使用的構件及設備族庫，為今后開展類似工程BIM建模和應用做好技術儲備。
1 工程概況
東濠涌深層隧道試驗段工程作為廣州市中心城區深層隧道排水系統規劃的6條分支隧道之一，主要建設內容包括：外徑6 m的深層隧道約1.77 km，直徑3 m的新和浦涌排水管道約1.4 km，深隧入流豎井4座，分別為東風路豎井（入流量31 m3/s）、中山三路豎井（入流量4.8 m3/s）、玉帶濠豎井（入流量4.8 m3/s）和沿江路豎井（入流量23 m3/s），排水泵站一座（排洪泵組48 m3/s、排空泵組3210 m3/h）。服務范圍為整個東濠涌流域范圍，總匯水面積1247 hm2。工程實施將提高東濠涌全流域截污系統的截流倍數，削減雨季合流污水和初期雨水溢流污染，提高流域干渠排水標準至P=10年。
2 BIM建模研究
2.1平臺選擇
Revit平臺是一個綜合的三維建模平臺，它包含Revit Architecture（建筑）、Revit Structure（結構）、Revit MEP（水暖電設備）等專業模塊，可滿足本項目大部分專業建模要求。Revit平臺數據可以被Autodesk旗下多專業多平臺軟件所讀取利用，如3DMAX，Navisworks等模擬和渲染平臺。考慮到Revit平臺使用較廣泛，與傳統設計采用的AutoCAD平臺以及國內其他的BIM應用軟件兼容性好，在國內有包括污水處理廠在內的大量市政工程應用實例，因此，選擇了Revit平臺作為BIM核心建模平臺。
此外，本課題后期展示軟件試用了可視化和仿真軟件如Navisworks、3dsMax、Lumion、Fuzor等。
2.2確立項目建模標準
通過分析項目特點和軟件的要求，并參考了《中國市政設計行業BIM實施指南（2015版）》，確定了項目的建模方法和流程，確定了統一的項目文檔管理方法、模型拆分及命名方法、項目協同方法以及模型深度要求等一系列項目實施標準，確保項目按照統一的標準實施。
2.3協同方式
Revit軟件提供了兩種不同的協同方式：鏈接方式和工作集方式。其中，工作集方式適用于出現較多交叉銜接的同一具體項目的建模工作，鏈接方式則適用于協同要求不高的情況。
因此，在本項目中對于總體模型和各入流豎井模型采用了工作集方式進行多專業協同，對每個入流豎井則根據專業復雜程度、人員分配情況采用了多種協同方式：模型簡單、專業內容較少、一個人能完成各個專業建模的可以合并到一個模型文件上，模型完成后上傳到中心服務器；模型復雜、需要多人配合完成同一專業的（如排水泵站MEP模型）采用工作集方式；模型復雜程度適中、專業交叉較少的采用鏈接的方式。
2.4創建族、工作模板等基礎工作
本次建模過程根據設計需要創建了深隧相關的大量建筑及設備族庫，如各類大型閘門、格柵機、鋼格板、花紋鋼蓋板等，并盡可能實現參數化，為下一階段的建模工作奠定了堅實的基礎。同時，族庫還可作為成果積累，重復用于今后的深層隧道項目中。
此外，根據東濠涌深隧項目的特點和設計表達習慣，通過修改Revit軟件自帶的項目模板，確定和統一了軟件的基本參數設置、材質設置、管線系統設置等，形成了適合本工程的建筑、結構、MEP等各專業的項目模板，使不同建模人員所建模型能夠符合統一的要求。后期還將根據模型在項目各階段的應用需求進一步完善，如出圖標準、各類材料統計表樣式等。
圖1 為本項目所建立的族和工作模板
2.5入流豎井建模
分別完成了東濠涌深隧工程的入流豎井和泵站建模，包括東風路豎井、中山三路豎井、玉帶濠豎井、沿江路豎井、尾端提升泵站，包含建筑、結構、工藝給排水、通風、消防、電氣等主要設計專業。按照Revit軟件的功能特點，將建筑結構專業合并建模；工藝給排水、通風、消防、電氣專業合并建模（簡稱MEP機電模型）。
圖2 各入流豎井三維模型
圖3 排水泵站建筑結構模型三維剖切視圖
圖4 排水泵站MEP模型
圖5 模型設備信息的錄入和查詢
2.6主/支隧道建模
主隧道建模時探索了兩種不同方法。一種是先在AutoCAD的三維平臺進行建模，之后簡化并轉換為Revit族文件在載入到項目文件中。采用這種方式建模優點在于可以依據帶有平面位置和豎向標高的設計線型快速生成空間曲線模型，并且可以將細節展現得較好，甚至可以將每環寬度為1.5 m、包含的6片盾構管片的模型細節都建出來。但這種方式導致了模型細節過多，生成的族文件有上百兆，嚴重影響了模型整體運行。
圖6 利用AutoCAD建立的主排水隧道模型（空間曲線，按管片劃分）
第二種方法采用Revit族編輯器放樣生成空間樣條曲線的方式進行建模。放樣生成的模型為簡化模型，包含了隧道的總體尺寸、標高、材質等信息，但不包含管片模型等細節，生成的模型文件較小，基本可滿足總體模型的拼裝整合和后期總體應用需求。
圖7 利用Revit族編輯器建立的主隧道（上）和支隧道模型（下）
2.7模型的總裝拼接
在所有單體模型和主/支隧道模型建完后進行了所有模型的總裝，通過鏈接的方式將所有豎井模型放到總體模型文件中，調整相應位置和標高，形成了項目總體模型。
圖8 完成總裝拼接后的總體模型
其中，玉帶濠豎井與主隧道銜接處、沿江路隧道與尾端豎井銜接處是模型銜接的難點：由于連通隧道和主隧道均帶有坡度，接口水平中心線不在一個平面上、銜接處也不是90°對接，因此在二維設計上只能給出平面示意圖，確定了豎直方向上中心線的位置，接口處難以詳細表達。具體建模中，采用了按相應形狀新建空心族來剪切實體族的方式，實現了接口的完全貼合，體現了三維模型解決復雜空間問題的優勢。
圖9 對模型交接處進行剪切和拼裝
3 模型的校核與展示
3.1模型的校核
模型完成后需要進行校核，主要從以下三個方面進行：（1）模型與圖紙的對比審查；（2）模型外觀審核；（3）模型信息審核。完成以上模型校核工作后，可繼續開展設計檢查工作，包括專業內部、專業之間的碰撞檢查、設計規范符合性檢查、設計合理性檢查等，這些內容對專業知識的掌握和設計經驗都有較高要求，主要以相關專業資深設計人員為主進行。
圖10 試用后期虛擬現實軟件Fuzor進行模型的三維可視化校核
3.2模型的三維可視化展示
模型建成后需要對成果進行全方位的查看，本課題試用了BIM后期展示軟件Lumion對東濠涌深隧總體模型和部分豎井模型制作了內外部漫游視頻進行虛擬查看，生成的動畫視頻文件也可以作為后期項目展示時使用。Lumion軟件對于Revit模型的銜接較好，有專門的接口插件可以從Revit模型導出到Lumion上；后期動畫制作過程簡單易行，不需要對視頻制作技術有很高的要求，渲染效果好、效率較高，對硬件要求低，一般設計人即可掌握，適合用于本項目的后期展示。
圖11 東濠涌深隧項目虛擬漫游視頻截圖
除此之外，還可以用第一人稱視角模擬行人在項目內部漫游，便于項目相關方對設計成果的各項細節進行虛擬查看，提前發現問題。
圖13 豎井內部虛擬漫游視頻截圖
4 結語
（1）現有的建模軟件還存在一些問題影響建模深度和工作效率，希望日后能有所改進。
（2）制定完善的項目建模標準并嚴格執行對于模型的質量和建模效率至關重要。
（3）建模不是會簡單使用BIM軟件就能完成，應盡可能由具有一定專業設計經驗的人員參與相應專業的建模工作。
