bim技术在污水处理工程中的应用研究 76页

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ClassifiedIndex：TU992.05U.D.C：DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEAPPLICATIONRESEARCHOFBIMTECHNOLOGYINTHECOLLABORATIVEDESIGNSEWAGETREATMENTPROJECTCandidate:LuanFengjiaoSupervisor:MiaoQunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:EnvironmentalScienceandEngineeringDateofOralExamination:December2015University:QingdaoUniversityofTechnology 硕士学位论文BIM技术在污水处理工程中的应用研究 青岛理工大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得青岛理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：青岛理工大学学位论文使用授权声明青岛理工大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、CDMD和DMD有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权青岛理工大学研究生处办理。研究生签名：导师签名：日期： 青岛理工大学工学硕士学位论文目录摘要...................................................................................................................................IAbstract..........................................................................................................................III第1章绪论....................................................................................................................11.1课题研究背景及意义...........................................................................................11.2国内外研究现状...................................................................................................21.2.1国外研究现状................................................................................................21.2.2国内研究现状................................................................................................51.3论文研究内容及技术路线...................................................................................71.3.1研究内容........................................................................................................71.3.2研究方法及技术路线....................................................................................8第2章BIM技术..........................................................................................................102.1BIM的起源..........................................................................................................102.2BIM的概念..........................................................................................................112.3BIM的主要特征..................................................................................................122.3.1参数化..........................................................................................................122.3.2可视化..........................................................................................................122.3.3数据交互性..................................................................................................132.4BIM技术的应用现状.........................................................................................132.4.1业主方..........................................................................................................132.4.2设计机构......................................................................................................142.4.3施工单位......................................................................................................142.5常见的基于BIM技术的软件............................................................................152.5.1BIM核心建模软件......................................................................................152.5.2BIM施工管理软件.......................................................................................17I 青岛理工大学工学硕士学位论2.6本章小结..............................................................................................................19第3章BIM技术应用于污水处理工程的必要性......................................................203.1污水处理厂的建设现状分析..............................................................................203.1.1城市污水处理的重要性...............................................................................203.1.2污水处理厂建设的现状分析.......................................................................203.2污水处理厂建设在施工中存在的问题..............................................................213.2.1设计与施工信息传递过程中的偏差...........................................................213.2.2进度计划的抽象性.......................................................................................213.2.3建设过程管理不到位...................................................................................223.3BIM在污水处理工程中的应用优势..................................................................223.3.1深化设计应用...............................................................................................223.3.2加强各专业的协同合作...............................................................................223.3.3拥有强大的可视化虚拟功能.......................................................................223.4本章小结..............................................................................................................23第4章BIM建筑信息模型的构建..............................................................................244.13D建筑信息模型的建立.....................................................................................244.1.1项目背景.......................................................................................................244.1.2Revit平台建模..............................................................................................244.2“族的方法”参数化建模.......................................................................................254.2.1Revit族..........................................................................................................254.2.2Revit族的特点..............................................................................................264.2.3基于“族”进行参数化建模...........................................................................274.2.4Revit建族心得体会......................................................................................314.3构筑物拆分建模..................................................................................................324.3.1构筑物拆分原则...........................................................................................334.3.2构筑物拆分建模层次...................................................................................344.3.3构筑物拆分建模应用实例...........................................................................34II 青岛理工大学工学硕士学位论文4.3.4拆分建模心得体会......................................................................................354.4模型构建.............................................................................................................364.4.1建模准备......................................................................................................364.4.2基本模型的创建..........................................................................................384.5建模心得.............................................................................................................414.6本章小结.............................................................................................................42第5章BIM模型的在污水处理工程施工中的应用..................................................435.1碰撞检查.............................................................................................................435.1.1传统碰撞分析的弊端..................................................................................435.1.2Navisworks碰撞检查...................................................................................445.1.3BIM在碰撞分析中的优势...........................................................................465.2虚拟施工进度.....................................................................................................465.2.1传统进度控制存在的弊端..........................................................................475.2.2施工过程模拟实现......................................................................................475.2.3仿真结果的实现..........................................................................................495.3虚拟施工进度过程中存在的问题.....................................................................515.4BIM模型在其他方面的应用..............................................................................515.4.1施工图提取..................................................................................................515.4.2工程量统计..................................................................................................525.5本章小结.............................................................................................................53第6章结论与展望......................................................................................................556.1结论.....................................................................................................................556.2建议与展望.........................................................................................................56参考文献........................................................................................................................59攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作........................................................63致谢............................................................................................................................65III 青岛理工大学工学硕士学位论文摘要BIM技术是建筑工程行业提出的以“信息”为核心的新理念，其应用贯穿了建筑工程的全生命周期，在信息化技术迅猛发展的当今社会，它的出现掀起了建筑行业的新一轮革命。随着BIM技术的不断发展，其应用价值受到建筑行业的广泛认可和政府的大力支持。近年来，住房和城乡建设部一直在大力支持建筑产业中BIM技术的发展，并将推进BIM技术在工程设计、施工和运行维护全过程的应用，作为提升建筑行业技术能力的主要措施，并取得了丰硕的成果。近期，住建部副部长易军在BIM技术促进建筑产业现代化高层论坛发表讲话称：谁掌握BIM，谁就赢得了未来，充分肯定了BIM技术发展的广阔前景。随着我国社会和经济的高速发展，城市水污染问题越来越严重，污水处理厂的规模不断增大，污水处理工艺更加繁杂，导致污水处理工程的设计、施工、运营管理难度日益加剧。高度复杂化的污水处理工程建设项目向以AutoCAD为主体的、以工程图纸为核心的设计和施工管理模式发出了挑战，急需寻找一些新的技术手段或者方式方法来取得新的进展，BIM技术引入解决这一问题提供了新的方向。在我国，BIM技术主要应用于建筑工程项目的设计阶段，施工阶段的应用较少，而在污水处理工程中的应用研究更是鲜有报道，但其优势是不容忽视的。本课题组对BIM技术的应用已进行多年研究，研究成果包括：探索了BIM技术在给排水工程施工中的应用，在建筑工程专业间的协同设计、工程量统计、全过程造价中的应用。本文在课题组研究成果的基础上，展开了对BIM技术在污水处理工程中的应用研究。文章首先介绍了BIM技术的起源、理念、相关软件及建筑行业的应用现状，并分析了传统污水处理厂工程中存在的问题，提出BIM技术在解决这些问题中的优势。其次，进行污水处理厂BIM核心技术研究，即3D建筑信息模型的建立，利用BIM技术的核心建模软件，探索适用于污水处理厂工程项目的建模方式，并基于二维设计图纸进行3DBIM模型的构建；最后，基于3D建筑信息模型，研究了BIM技术在污水处理厂工程施工中的应用，利用Navisworks软件对模型进行专业间的碰撞分析，并根据碰撞结果进行修改，实现模型的最优化，在此基础上导入进度计划信息，形成4D模型，实现可视化施工管理。I 青岛理工大学工学硕士学位论关键词:BIM（建筑信息模型）；污水处理工程；碰撞分析；施工模拟II 青岛理工大学工学硕士学位论文ABSTRACTBIMisshortforBuildingInformationModeling,whichisputforwardasanewconceptcenteredoninformationbyconstructionindustryinrecentyears,itsapplicationthroughoutthewholelifecycleofconstructionprojects.BIMsetoffanewroundofrevolutionintheconstructionindustrywiththerapiddevelopmentofinformationtechnologyinrecent,withtheincessantdevelopmentofBIMtechnology,itsapplicationvaluewidelyrecognizedbyindustryandgovernmentsupport.Inrecentyears,MinistryofHousingandUrban-ruralDevelopment(MOHURD)hasbeenpromotingtheapplicationofBIMtechnologyintheconstructionindustryactively,andhasconsideredtheusingofBIMintheengineeringdesign、constructionandrunningprocessasthemajormeasureofpromoteconstructionindustry"stechnologyability.Recently,JunYi,viceministerofMOHURD,madeaspeechinthemeetingofBIMtechnologyformodernconstructionindustry,saidthatwhomastertheBIMwillwinthefuture.Withtherapiddevelopmentofoursocietyandeconomy,urbanenvironmentalpollution,especiallythegrowingproblemofwaterpollutionbecomesmoreandmoreserious.Theproblemisnotonlyreflectedinthegrowingamountofsewageandthedifficultyofprocessing,butalsoinitsmoreandmorecomplexofthecomponentsinthewastewater,therequirementofprocessingtechnologyisalsoincreasing.Theexpandingofsewagetreatmentplantandthemoreandmorecomplicatedwastewatertreatmentprocessresultinsewagetreatmentprojectconstructionscaleandthedifficultoftechnologymanagementbecomesmoreandmoredeteriorate.Traditionaldesignandconstructionsupervisionmodels,basedonAutoCADandengineeringdrawingscannotsuitthehighlycomplicatedsewagetreatmentprojects.Newtechnologyormethodsareneededtoachievenewprogress.Accordingtotheresearchofthestatushomeandabroad,BIMtechnologyismainlyusedinconstructionengineeringindustry,lackingoftheapplicationresearchinsewagetreatmentengineering,buttheadvantageisnotallowtoignore.OurresearchgrouphasresearchedontheapplicationofBIMtechnologyforseveralyearsunderthedevelopmentoftheBIM.TheresultsincludestheusingofBIMtechnologyinwatersupplyandsewerageworksengineeringdesignandconstruction,andhowtouseBIMinstatisticsofconstructionengineeringquantityandcost.Basedonthesestudiesandreferencedalargenumberofdata,thispaperlaunchestheresearchofIII 青岛理工大学工学硕士学位论BIMtechnologygoingtothesewagetreatmentproject,combinedwithtwomethodsofliteratureresearchandcaseanalysis.Thearticlefirstlyintroducestheorigin,concept,relatedsoftwareandpresentsituationofapplicationofBIMintheconstructionindustry,analyzesproblemsexistinthetraditionalsewagetreatmentprojectandputforwardtheadvantagesofBIMinsolvingthoseproblems.Secondly,usesBIMcoretechnologyinwastewatertreatmentplant,thatistosayestablish3Dbuildinginformationmodeloftheplant.ThemodelisconstructedbyusingmodelingsoftwareofBIMandbasedon2Ddrawing.Intheprocessofmodeling,theauthorexploresaspecialmodelingmethodforsewagetreatmentplantproject,andusesitintotheactualprojects,illustratingthefeasibilityofit.Finally,studytheapplicationofBIMtechnologyinsewagetreatmentplantconstruction,basedonthe3Dbuildinginformationmodel.Themajorresearchcontentsinclude:AprofessionscollisionanalysisofmodelusingNavisworkstogeneratecollisionreports,accordingtothecollisiondetectionresultsofthemodeltobemodifiedtoachievethemostoptimalmodelconstruction;Achievecomplete4Dvirtualconstruction,usingprojectsoftwarecompletethepreparationofprogressintheprojectconstruction,importingNaviswordstoassociatedcomponents.ThearticleputforwardthedetailedplanforapplicationoftheBIMtechnologyinthesewagetreatmentprojectandfinishedtheconstructiondocumentsdesignbythisplan,summarizedtheeffectiveexperienceoftheconstructionsimulationbytheBIMtechnology,thisworkprovidestheoreticalandpracticalfoundationforapplicationoftheBIMinthesewagetreatmentproject.Keywords:BIM(BuildingInformationModeling),SewageTreatmentProject,CrashAnalysis,ConstructionSimulationIV 青岛理工大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题研究背景及意义BIM（BuildingInformationModeling）即建筑信息模型，是近几年来建筑行业提出的新理念，也是信息化技术手段的一大变革。住建部于《2011~2015建筑业信息化发展纲要》中表明：全面推进BIM技术在建设项目设计、施工阶段的广泛应用，促进BIM技术发展，并将其作为建筑行业信息化推广的重点，将4D管理模式运用于目前大型复杂化建筑项目施工进程当中，实现建筑工程可视化管理。近期，住建部副部长易军在BIM技术促进建筑产业现代化高层论坛发表讲话时，强调建筑产业现代化和BIM技术的推广应用是我国建筑业发展和改革的重要任务和目标，BIM技术应用是推进建筑业信息化的重要手段，为产业链贯通、工业化建造提供技术保障，谁掌握了BIM，谁就掌握了未来。BIM技术是指通过数字信息仿真模拟的参数化模型整合建筑物的所有信息，不仅包括几何形状信息，还包含大量非几何信息。在项目策划、设计和施工过程中，各种建筑信息可在各专业之间进行共享和传递，使工程人员准确理解并做出高效应对，为设计团队以及建筑运营单位提供各方协同工作的基础，从而达到提高项目设计、施工、运营及维护的效率以及工程质量的目的。随着我国经济的持续快速发展，城市化、工业化进程的不断加快，城市环境问题尤其是水污染问题越来越严重，问题的严重性不仅表现在污水总量的增加，处理压力的增大，还表现在产生污水的成分越来越复杂，对污水处理技术的要求也越来越高，而加大城镇污水厂的建设规模、改善污水处理工艺是解决水污染问题的最有效的途径[1]。并且在环保产业的高速发展的背景下，国家和地方政府也十分重视城镇污水厂的建设，致力于扩大污水厂建设规模，改进污水处理工艺，提高处理效率，这也导致污水处理工程设计、施工管理难度越来越大，传统的以AutoCAD为主体的、以工程图纸为核心的设计施工管理模式不能满足高度复杂化的污水处理工程的要求，急需寻找一些新的技术方法来取得新的进展。BIM技术的引入为解决这些问题提供了新的方向。传统的污水厂工程设计中，设计师将自己设计的三维构筑物通过二维图纸表达出来，施工人员再通过二维图纸转换为三维的模型。由于污水处理工程单体结构1 青岛理工大学工学硕士学位论复杂、种类繁多，运用二维图纸很难将其表达清楚，限制了信息的传递与交流。随着水处理工程规模的扩大及工艺的复杂化，统一工作空间中发生冲突更加不可避免，造成施工过程的返工窝工现象，迫切需要一个协作平台，完成各专业间的协同设计，BIM技术的引入，为解决这些问题提供了良好的途径[2-3]。BIM技术在国内外建筑专业应用发展，已经有了十几年的历史，随着BIM技术的不断成熟，应用的范围的逐渐扩展，其应用价值已得到了政府的高度关注和行业的普遍认可，成为建筑领域信息技术的研究热点，国内许多大型建筑设计院也已经在积极运用BIM技术。就目前国内应用情况来看，BIM技术主要应用在建筑设计方面，施工领域应用较少，在污水处理工程中的应用更是鲜有报道，正是在这种背景下，本文将以实际工程为例，着重探讨BIM技术在市政污水处理工程中的应用。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状通过参考国内外文献资料了解到，BIM技术是建筑行业最先提出的一个学科领域，到目前为止，发展仅有20多年历史，初始阶段发展较为缓慢，随着近几年计算机技术的快速发展，以及建筑行业技术需求的不断提高，BIM技术开始受到广泛关注。十九世纪七十年代，BIM技术在美国被提出，尽管提出时间较早，但BIM在美国快速发展时期也是近二十年。2003年，美国总务管理局推出了3D-4D-BIM计划，是关于BIM技术发展的第一个详细计划[4]，开始重视BIM技术的发展；2006年，美国陆军工程兵团制定并发布了一份BIM发展路线图，制定了BIM近15年发展目标（内容见表1-1），全面推进BIM技术的应用。2007年，美国建筑科学研究院发布BIM技术工程应用的国家标准（NBIMS，NationalBuildingInformationModelingStandard），为BIM的发展提供了法律依据；2009年起，美国大力推进BIM技术在市场中的应用，其中威斯康辛州首次提出要求州内所有大型公共建筑物工程必须使用BIM技术[5]。据资料统计，截止目前，美国超过70%的大型项目在设计阶段都在使用BIM技术，在这部分BIM用户，大多数认为BIM的投资收益率很高。相比较而言，BIM在施工阶段的应用较少，通常用于指导现场管理等简单应用，使用的模型也仅仅是只包含建筑实体信息的三维模型，其他信息并没2 青岛理工大学工学硕士学位论文有被其充分利用和管理，数据信息浪费的现象依然明显，Mortenson公司是在施工阶段BIM应用最为彻底的公司，但该公司称，目前在美国的东部，基于BIM技术的三维建筑信息模型在施工中的应用仍不超过10%[6]。表1-1美国BIM技术十五年规划Table1-1TheBIMtechnologyFifteen-yearsplanningoftheUnitedStates第一阶段第三阶段第四阶段节点第二阶段（2008-2010）（2006-2008）（2010-2012）（2012-2020）目标初始操作能力建立生命周期数据互用安全操作能力生命周期任务自动化2008年8个美国BIM标准利用美国BIM标准预期COS（标准化中所有地区美国BIM标准作为所有项目合数据大大降低建设项效果心）的BIM具具备生产能力同、公告、发包、目的成本和时间备生产能力报告的一部分英国等欧洲国家对BIM技术的应用迟于美国，但BIM技术在欧洲国家的发展相当迅速，且应用水平较高，这主要得益于政府的大力支持。自2011年起，英国政府强制要求设计部门使用BIM，为此，内阁办公室出台了“政府建设战略（GovernmentConstructionStrategy）”等相关文件，对BIM技术发展的阶段性目标做出了明确的要求[7]。但由于政府部门并没有严格制定BIM技术应用的相关标准和协议，市场上缺乏应用BIM相关软件的兼容性的系统，应用过程中存在客户和设计师的要求不同等问题，极大的限制了BIM的发展及应用。为扫除这些障碍，政府在后期将BIM发展重点放在制定标准及相关协议上，确保BIM技术应用链条上的所有参与成员都能够实现协同工作。目前，北欧其他国家政府虽尚未制定有关强制使用BIM要求，但在先进建筑信息技术软件的推动下，BIM技术的发展已是大势所趋[8]。日本政府于2009年开始在全国范围内开展BIM技术应用的活动，大范围普及BIM的应用。2010年3月，日本国土交通省提出促进BIM技术发展的任务：选择某项政府项目作为BIM应用试点，在此应用过程中探索BIM技术在可视化、信息整合方面的价值以及应用流程。2012年7月，日本建筑学会于颁布了BIM指南，为参与BIM应用的成员提供应用指导，包括BIM技术在数据处理、团队建设、设计流程以及预算、施工模拟等方面的应用[9]。国土交通省表示，BIM技术将广泛应用于其它建设的工程中，具体实施BIM技术的方法将根据建设项目类别制定。在亚洲国家中，韩国在BIM的推广应用方面一直走在前列，韩国政府部门自3 青岛理工大学工学硕士学位论BIM的发展初期就致力于制定BIM标准，为BIM技术的本土化发展提供一个良好的基础环境。2010年4月，韩国公共采购服务中心（负责韩国所有政府采购服务工作的执行部门）发布了关于BIM技术发展的路线图，计划将于2016年实现BIM技术在全部公共建筑项目中的应用[10]。表1-2韩国BIM路线Table1-2ThedevelopingrouteofBIMinKorea节点短期（2010-2012）中期（2012-2015）长期（2016-）提高设计质量设施管理全部采用目标构建4D设计预算管理系统扩大BIM技术应用BIM，实行行业革新投资500亿韩元以上的钥匙工投资500亿韩元以上的公对象所有公共建筑工程程以及公开招标的建设项目共建筑工程为BIM发包产业建立专门推动BIM数据库在编制BIM应用指南，实时更新；管理部门；施工管理、合同管理方法进行BIM技术全面市场推广基于3D数据建立完善的工及总预算审查等方面制定奖励措施程管理系统的应用提高BIM在造价管理及进通过BIM应用，提高设计质量；预期度管理应用水平；为施工管理及成本管达到客户要求；效果尽可能减少施工阶段设计理提供新途径促进BIM应用普及；变更，避免资源浪费早在BIM理念引入之前，1982年，新加坡建筑管理署已经提出了类似于BIM理念的人工智能规划审批的想法。2002年，用于建筑行业的自动化审批系统首次研发成功，用于这一系统规划及在线提交的项目CORENET，是BIM技术在本国发展的萌芽。2011年，新加坡建筑管理署发布了关于BIM发展的规划路线，规划中明确提出：截止到2015年，BIM技术将广泛应用于建筑行业。在此之后，新加坡政府联合建筑管理署，为鼓励BIM技术的应用，制定一系列政策及措施，如：为鼓励企业积极实施应用BIM技术，成立基金项目；为起到带头作用，政府部门积极开展BIM应用示范项目；设立奖励制度，鼓励在大学开设BIM相关课程，培养BIM专业人才[11]。国外的知名大学在BIM技术应用的研究中，进行了大量建树性实验，如：StanfordUniversity提出了4D模型理念，即把施工进度计划和三维建筑信息模型关联，通过动态的模拟，直观展示施工的过程[12]。NanyangTechnologicalUniversity提出一个创建于IFC（IndustryFoundationClasses）标准的工作平台，使用网络和XML技术来信息交流，提供了从结构设计到模型分析的信息传递及协调，为BIM提供了一个数据表达交流的平台[13]。4 青岛理工大学工学硕士学位论文SalfordUniversity也提出了以IFC标准为基础的4D计划管理软件，实现了4D模拟、概预算等施工进度和分析[14]。1.2.2国内研究现状2002年，欧特克公司将BIM理念带到中国，包括公司打造的BIM技术软件，Revit。因此，使用Revit软件也是国内业内人员最早接触BIM的开端，这也是在目前BIM主流建模软件市场中，Revit软件的市场占有率最高的原因之一[15]。2004年，我国第一个BLM实验室设立于哈尔滨工业大学，同年在此举行召开了第一个BLM国际论坛会议，BLM（BuildingLifecycleManagement，建设工程生命周期管理）。BLM的实现依赖于BIM技术，又是BIM技术中一个关键的应用领域[16]。2004～2005年间，各大高校也相继成立了BLM实验室，如清华、同济[17]。2007年8月30日，中华人民共和国住房和城乡建设部出台了“信息化关键技术在建筑领域的研究及应用”申办导向，发布了“十一五”国家科技支撑计划的重点项目，项目以以下研究活动为重点展开：课题一：建筑标准信息化体系及相关标准的探讨研究[18]课题二：下一代建筑工程中BIM技术的应用软件课题三：勘察研究企业应用如何应用信息化技术课题四：BIM技术在项目设计、施工中信息化应用研究[19]课题五：BIM技术在建筑工程施工管理中的信息化应用研究2009年，在北京启动“十一五”国家重点项目“建筑信息化关键技术在建筑领域的研究及应用”[20]。住建部于2011年印发《2011~2015建筑业信息化发展纲要》，纲要中表明：全面推进BIM技术在建设项目设计、施工阶段的广泛应用，促进BIM技术发展，并将其作为建筑行业信息化推广的重点，将4D管理模式运用于目前大型复杂化建筑项目施工进程当中，实现建筑工程可视化管理[21]。2012年1月，住建部发布“建设行业标准及规范制（修）订规划通知”，是国内BIM技术标准工作的开端。2012年底年，中国建筑科学研究院会协同有关单位，编制了《建筑工程信息模型应用统一标准（征求意见稿）》，制定了BIM技术国家标准。随后北京、上海5 青岛理工大学工学硕士学位论等地区相继出台了地方标准的征求意见稿。2013年8月，基于《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》，住建部的工程质量安全监管司起草了《关于推进BIM技术在建筑领域应用的指导意见》，意见中明确的提出了BIM技术的发展目标：截止到2020年末，大中型建筑（以国有资金投资为主）、公共建筑（以一级申报的绿色建筑为主）以及新立项的绿色生态小区项目，在工程的勘查、设计以及施工、运营维护过程中，应用BIM技术的项目比率达到90%[22]。BuildingSMART中国分部于2013年9月24日在北京正式设立。该工作室的成立，为BIM发展提供了国内外交流平台，推动了建筑领域BIM技术信息化、标准化的不断发展，更加促进国内建筑技术的不断创新[23]。2014年2月，住建部下发《住房和城乡建设部工程质量安全监管司2014年工作要点》，明确地提出：“为推动BIM技术应用的和勘察设计制定专有技术指导和意见”，表明住建部已经将BIM技术应用于工程质量安全管理中[24]。中央“十一五”国家科技支撑计划重点项目《现代建筑设计与施工关键技术研究》中已明确提出：在“十一五规划”期间，进行BIM技术的深入研究以及基于国际标准和符合我国国情的BIM规范标准的构建，并把BIM技术列入“十二五”期间建筑信息化的重点发展对象，将BIM技术的发展作为达到数字化城市建设目标的必然途径。政府的大力支持，无疑为BIM技术在国内茁壮成长提供了适宜的土壤，推动了BIM技术的快速发展。2015年9月21日，为了贯彻和宣传政府的政策导向，指导和引领企业BIM应用和建筑产业现代化的行动，中国建筑科学研究院会同中国勘察设计协会联合召开“BIM技术促进建筑产业现代化高层论坛”。住建部副部长易军就“谁掌握BIM，谁就赢得未来”这一主体发表了讲话，强调建筑产业现代化和BIM技术的推广应用是我国建筑业发展和改革的重要任务和目标，BIM技术应用是推进建筑业信息化的重要手段。目前国内已有许多成功应用BIM的案例，如上海中心大厦、奥运“水立方”场馆、世博场馆等大型复杂建设项目，都取得了不错的应用效果。在BIM技术发展浪潮的引领下，本课题组自2012年起，开展了对BIM技术应用研究，在学习BIM技术相关软件的基础上，研究了BIM技术在工程设计、造价管理及工程算了等方面的应用，主要研究内容有：6 青岛理工大学工学硕士学位论文（1）王希鹏针对建筑管道工程设计中存在的问题，进行了三维仿真技术在建筑给排水工程中的应用研究，初步探索了BIM技术在给排水系统工程施工中的应用，为后续研究提供理论基础及应用经验[25]；（2）邵光华利用BIM相关建模软件构建综合不同专业的建筑信息模型，实现专业间的协同设计，并研究了BIM技术在给排水工程设计中的应用[26]；（3）李菲将BIM技术引入工程造价应用中，实现了BIM技术用于建筑工程全过程造价管理，开拓了BIM技术应用的新领域[27]；（4）李晔研究了基于BIM技术的算量软件在建筑工程上的应用，对建设项目进行工程量统计，并探讨了BIM在算量统计应用中存在的问题[28]。本文在课题组研究成果基础上，开展了BIM技术在不同领域，即污水处理工程中的应用，并针对目前研究较少的BIM技术在施工阶段应用进行理论与实践的探索性研究。1.3论文研究内容及技术路线1.3.1研究内容本文主要研究基于BIM技术平台，污水处理构筑物建筑信息模型的构建，并在模型的基础上，分析了BIM技术在施工中的应用。在充分了解国内外BIM技术的发展、应用现状以及BIM技术在建筑工程中应用状况的基础上，选出最合适的BIM软件来构建本课题BIM模型。以某污水处理工程项目为研究对象，构建构筑物三维仿真模型，并利用BIM应用软件分析模型在施工过程中的应用。通过实际案例分析，提出模型创建及应用中存在的问题，为初学者提供理论与实践的参考依据。具体研究内容如下：（1）建筑信息模型技术分析：通过查阅大量文献资料，对BIM技术的基础理论进行分析总结。探究了BIM技术起源、内涵，介绍了BIM技术在建设工程内的应用价值，总结BIM技术相关应用软件的应用现状，选出适用于本文研究的软件完成模型构建工作，并分析了BIM技术的国内应用现状及趋势。（2）污水处理厂工程现状分析：通过对污水处理厂工程特点的介绍及建设现状的分析，提出了污水处理厂施工中存在的问题，分析了BIM技术在解决这些问题中的优势。（3）探讨适用于污水处理工程的建模方法，并进行构筑物3D模型构建：在熟练掌握建筑工程建模方式的基础上，通过对污水处理工程建设内容的了解及分7 青岛理工大学工学硕士学位论析，提出了特殊的建模方式—拆分建模。以青岛某污水处理厂作为研究对象，合理运用参数化建模及拆分建模两种方式，以二维平面图纸为基础，进行构筑物3D模型的构建。（4）基于构筑物3D建筑信息模型，分析BIM技术在污水处理工程施工中的应用：通过Navisworks软件中的ClashDetective工具，对建筑信息模型进行不同专业间的碰撞检查，并根据检查报告进行模型优化，得到最佳模型。利用Navisworks软件的Timeliner工具，为已优化的3D建筑信息模型导入施工计划，实现施工进度的三维模拟。1.3.2研究方法及技术路线本文的技术路线如图1-1所示：8 青岛理工大学工学硕士学位论文图1-1技术路线Fig.1-1Technologyroadmap9 青岛理工大学工学硕士学位论第2章BIM技术2.1BIM的起源BIM起源于1962年，美国人工智能研究专家DouglasC.Englebart在《增强人工智能（AugmentingHumanIntellect）》一文中提出的创建三维建筑模型的设想，是现代BIM技术的雏形，文中也提到了对基于对象的设计、关联数据库、实体参数建模等概念[29]。1975年，在美国乔治亚理工大学建筑系担任教授的ChuckEastman研发了第一个可记录建筑参数数据的软件BDS（BuildingDescriptionSystem），该软件在个人电脑的普及之前仅为一个实验性的软件，当时很少有建筑师使用，但提出了很多在建筑设计中参数建模需要解决的基本问题[30]。1977年，ChuckEastman研发了软件Glide（Graphicallanguageforinteractivedesign），这个软件的应用有一些现代的BIM的雏形，因此，ChuckEastman被誉为“BIM之父”[30]。1990年，PaulTeicholz成立了斯坦福大学综合设施工程中心（CIFE）。在CIFE，PHD学生和工业界进行广泛合作，研发过程产生了BIM技术的两大分支，一支是研发利用BIM技术提高整个建筑的建造过程的效率和质量，为建筑工程的各专业服务；另一支是研发如何利用BIM技术进行模拟和优化建筑的性能[30]。1997年，美国工程师IrwinJungreis、LeonidRaiz创建了CharliesRiver软件公司（后来改名为Revit），把机械领域的参数化建模方法和成功经验带到建筑行业，并研究出比ArchiCAD功能更强大的建筑业参数化建模软件，同时公司开始在Windows平台上开发了Revit。Revit和ArchiCAD最大的区别是在创建建筑组件时，Revit提供了一个图形化的“族编辑器”，并且Revit的所有组件，视图和注释之间有关联更新关系[31]。2002年，Autodesk收购了Revit软件，将Revit从建筑扩展到更多领域，填补了其缺少三维设计软件的空白，使BIM技术得到广泛宣传和推广。Revit软件是BIM技术发展历程中的重大革命，也是目前BIM软件市场中占有率最高的应用平台[31]。10 青岛理工大学工学硕士学位论文2.2BIM的概念建筑信息模型，BuildingInformationModeling，简称BIM。多年来，BIM的概念一直在扩展中，业界对这一术语的解释或定义也出现了多个版本。麦克格劳-希尔公司通过市场调研，在《BIM的商业价值》的报告中提出：“BIM是利用参数化数字模型，进行工程项目的设计、施工和运营的一个过程”[32]。BIM之父Eastman认为：“建筑信息建模是一个综合了建筑建设项目全生命周期的所有信息的单一模型，这一模型包含的信息不仅仅是几何特性、功能要求与构件的性能信息。还包括了项目的施工进度、建造过程中的控制信息”[30]。Hardin则从人们所感知到的BIM与CAD的不同之处给出这样的解释：“大多数人认为，购买一个具有特定功能的BIM技术相关的软件，然后使用这些软件就是在做BIM”,“很多人对BIM的认识仅仅停留BIM就是3D建模软件，而很少有人能认识到它更是一种新的思维方式。当一个公司基于自身经验将BIM技术集成时，开始感到曾经认为完美的CAD不再那么有效了，人们使用技术的实践和功能随着技术的变化而变化着”[33]。对于BIM比较完整的定义，来自于美国国家BIM标准[34]，标准中提到：“BIM技术是将建筑项目物理和功能特性，通过数字参数化进行表达。BIM技术通过对知识资源的共享，为建设项目从概念到拆除的全生命周期中，各参与方的所有决策提供可靠的依据；在建设项目的不同阶段，建设项目的不同利益相关方，可以通过对建筑信息模型中信息进行插入、提取、更新和修改，在不同阶段反映其各自职责的内容，进行协同作业”[35]。目前在我国，BIM理念传播及BIM技术应用仍处于初级阶段，国内研究者对BIM的定义也是各持己见。在《建筑工程信息模型统一应用标准》征求意见稿中，BIM的定义是：BIM是对工程项目全生命信息的共享数字化表达，通过数字化信息对项目组成部分物理特征、功能特性及管理要素的实现参数化共享[36]。不过被大多数人接受的解释大概为：在建筑的规划、设计、施工、运维等各阶段的计算机辅助作业过程中，以信息传递标准来协调各阶段间信息的共享，以BIM实施标准来指导各工种作业及协同的工程方法，可通俗理解为：利用一系列的计算机辅助工具，以构件、部件、组件、族等基本工程对象为单位，对建筑工程的各阶段、各个场景进行综合管理，基于信息的生产、传递、分析，进行多工11 青岛理工大学工学硕士学位论种实务协同作业的建筑过程。2.3BIM的主要特征2.3.1参数化参数化是BIM从CAD中脱颖而出的最鲜明的特征，基于参数化建模的模型拥有更加完整的信息。应用参数化这一特性构建的三维可视化模型是一个包含着项目所有构件属性的信息系统，且该模型能够根据变更内容变换属性，维持相互间的空间及逻辑关系。例如，在基于BIM技术的Structures软件中取消一个柱子，模型会自动重新量取梁和柱子的尺寸，自动设计其节点，然后模型内相关联的柱子及其内部结构会相应地自动调整[37]。随着BIM技术的发展，模型应用的不断完善，生成模型所包含的参数已不仅仅是几何参数和拓扑参数，对于拟建对象的材料、性能、行为等属性，也可以添加到模型中，与之相适应的建模软件中的工具也必将由仅能处理几何特征提高到处理知识信息的新高度。参数化发展的另一个方向是，由固定的参数定义向可变参数化发展。例如，对于模型中复杂的曲面结构，在对其参数化时，可通过输入离散化的数值型参数来定义模型的形状，但这是非常困难的。通过变量化参数建模，用户仅需通过编程编制设定曲线，或将曲面方程、变量、以及取值边界输入建模软件，建模软件将对方程进行解析，获得曲线或曲面的变量值，然后驱动生成模型。这种通过可变的参数构建模型的方法，是对模型的表现能力的解放，可用于产生形状变化幅度较大的曲面，此方法将从根本上改变创作复杂建筑的工作方式。2.3.2可视化可视化的本意是“所见即所得”，即易于看到并理解。对于建筑行业来说，可视化的运用是广泛的，但此处的可视化并不是经渲染或后处理过的效果图，而具有更多含义[38]。BIM的可视化是一种能够同构件之间形成互动性和反馈性的可视，没有艺术处理的真实的建筑空间展现。建筑信息模型所展示的结果，是与建筑工程或实物的实际空间尺寸和构件属性严格统一的，在模型的可以达到的精度范围内，将所有设计缺陷都充分暴露出来，这也是BIM可视化的主要作用之一。利用此模型来发现工程设计及施工组织设计中潜在的问题，如业主的建设需求与建筑师设计结果之间的矛盾、建筑师创作构思中存在的缺陷问题、各专业设计在空间12 青岛理工大学工学硕士学位论文上存在的冲突问题以及对施工设计不当的问题等。在BIM环境里，建筑信息模型可视化的结果不仅仅局限于对成果的展示和汇报，更多体现在，在建设项目各个阶段中，为不同专业及不同参与方在项目建造在进行沟通、决策提供一个信息交流的平台。2.3.3数据交互性BIM与CAD的另一重大区别表现为：BIM技术在技术层面的能力，如应用系统或软件之间的数据互用，明显高于CAD。BIM是一个包含建筑项目各类信息的三维模型，但它不仅仅是一个模型，更多的是一个数据交互协调的平台，项目的参与方（包括政府、建设单位、设计方、施工方、运维机构方等）可以通过这一平台同外界进行信息的交换，具体表现在：政府部门借助该平台完成对各企业、项目的管理；建设单位借该平台完成资产管理和项目成果的评价；施工单位则侧重于在3D模型的基础上进行4D施工模拟、虚拟建设；运营单位关注的则是建设过程中对物业和资产的管理[39]。2.4BIM技术的应用现状在BIM技术的各种应用中，如BIM建模、BIM工程设计、工程量计算，四维施工仿真等，都是相对普遍的，但使用深度是不同的，本文主要关注BIM技术在国内的应用现状，并从项目参与方业主、设计单位、施工单位的应用角度进行简要概述。2.4.1业主方在BIM技术不断发展，应用范围不断扩大的背景下，业主对BIM技术的关注度也在增加，要求在设计、施工中使用BIM技术的业主越来越多。很多业主认为，使用BIM技术辅助设计是设计单位的事，而使用BIM技术辅助施工是施工单位的事，而BIM也是帮助业主提高工作质量，实现工作目标的工具和手段。《美国业主BIM指南》为业主使用BIM技术提出了以下建议：业主可应用BIM技术进行数据调试，将BIM模型中包含的信息数据植入到管理系统中，保证数据的准确以及数据输入的效率；BIM技术可用于辅助的设施性能监测等过程；也可使用BIM技术控制电力、照明、暖通等设施的系统运行过程及空间使用过程；用于辅助设施资产管理，为业主从短期到长期财务决策计划提供决策依据等等。良好的应用13 青岛理工大学工学硕士学位论成果展示，推动着业主的将BIM技术引入到他们的项目中[40]。2.4.2设计机构BIM技术的提出，是CAD等设计软件的研发应用的结果。因此，BIM技术首先达到应用的领域是建筑设计。目前比较成熟的BIM软件，如Graphisoft公司的ArchiCAD，Bentley公司的TriFoma，以及Autodesk公司的Revit，这些软件的应用过程雷同，主要是将建筑物实体和构件通过数字参数化设计，并将其作为设计元素，通过元素间的空间关系、功能联系的自动计算和反映，为设计师提供了发挥想象力的空间。BIM技术在建筑设计中应用，就是利用BIM软件，创建一个虚拟的建筑信息模型，包含实际建筑物中所有信息，这是设计的核心。在建筑信息模型中不仅仅是漂亮的3D渲染，也不仅仅标注详细的施工图，这些只是其中的一部分，它所包含的信息，可以应用于项目建设的全生命过程。设计师构造的综合所有信息的建筑模型，可以将2D、3D技术与相关信息结合，拥有更高质量、更丰富的设计成果。这样不仅可以保证了设计师对设计意图的准确表达，而且也能提高设计质量，使信息在传递和交流的过程中更加清晰，避免了因信息传递问题造成后续施工的偏差。在设计过程中，当某一个同视图的图纸在修改的时候，所有相关信息都会自动更新，当关联的某一构件尺寸进行修改时，其他构件会自动适应。根据调查结果显示，现阶段BIM技术在设计单位应用时，存在着较大的阻力，如投入与收益的不匹配，在投入大量资金用于购买软件、培训学习、组建团队后，业主并没有为此增加设计费，而且由于BIM技术发展不成熟，应用过程中要花费较多时间和经历，在一定程度上降低了工作效率。但设计院应该看到BIM技术的应用价值，从长远意义上考虑，主动让BIM成为核心技术，提高竞争力。2.4.3施工单位与设计机构不同，施工单位在BIM技术的应用中较为主动。分析其原因，一方面由于目前的施工建设现状下，施工企业的效率较低，每年超过30%的项目在实际施工过程需要返工。另一方面，由于施工企业的利润率较低，迫使他们急需寻找一种新的技术方法，降低施工成本，实现利润最大化。施工单位可直接利用设计单位提供的BIM信息模型，修改形成适用于施工阶段的实时模型，将施工计划与施工方案通过模型进行初步模拟，消除设计中隐藏14 青岛理工大学工学硕士学位论文的问题，优化施工进程，提高施工效率，减少窝工、返工的现象，降低由于工程变更造成人力、物资的浪费，从而达到提高利润的目的。目前，已有很多施工企业拥有自己的BIM团队，但实际应用仅停留在软件本身的应用上，随着BIM技术在施工阶段的应用发展，及其优势的不断展露，会有更多的企业使用BIM技术。2.5常见的基于BIM技术的软件很多人认为BIM就是某个或某系列软件的应用，而事实上，BIM是借助软件来建立三维仿真模型的一种新兴技术。根据BIM软件的使用功能不同，一般可分成两大类型：BIM的核心建模软件以及基于BIM模型分析软件。BIM研发了适用于建筑物的全生命周期各个阶段的软件，除去核心建模软件之外的其它都是模型分析软件，按其所贡献的阶段可分为：建筑设计软件、结构设计软件、机电分析软件、施工管理软件、运维管理软件。考虑到与本文研究内容的相关性，在此对核心建模软件与施工管理软件做简单介绍。2.5.1BIM核心建模软件BIM核心建模软件，是BIM技术的核心，具备创建、修改3D模型的功能，主要包括三维建模软件、方案设计软件、几何造型软件等类型。目前在国内影响力较大的核心建模软件，主要有以下四个系列：1）Bentley建筑、结构和设备系列Bentley软件主要适用于基础设施的设计领域以及工厂设计领域，如道路、桥梁等基础设施以及石油、化工、电力、医药等工厂设计。Bentley系列软件为了减少记忆内存，将所有指令都写入文件，软件基于文件形式进行工作。为了适应多方面建模要求，软件可以与多种第三方软件配合应用，但是由于Bentley系列软件的管理平台与其他软件平台之间存在不匹配的现象，用户需要经常转换模型形式，操作较为繁琐[41]。Bentley软件具有大量不同的用户操作界面，设计人员在短时间内很难上手。另外，软件各功能的互用性差，不同功能的系统只能单独被应用，在协同设计的信息交流方面存在缺陷。2）Nemetschek公司的ArchiCAD/AllPLAN/VectorWorks系列ArchiCAD是国内最早的BIM核心建模软件，具有一定的行业影响力[42]。由于ArchiCAD与我国多专业一体的设计院体制不匹配，仅适合于单一建筑专业的设15 青岛理工大学工学硕士学位论计事务所，因此即使国内很早就有设计师尝试过使用ArchiCAD，也没有使它成为主流发展起来。ArchiCAD软件的记忆系统为内存系统，在大型项目设计过程中，软件系统在遇到缩放问题时，运行速率受到极大影响。要解决这个问题，必须将项目整个设计管理工作分割成众多小型的组件单独进行处理，使设计工作变得繁琐。3）Dassault公司的CATIA系列CATIA系列也是BIM软件的一种，但该系列软件主要应用于高端的机械设计制造，该软件在航空、航天、汽车等领域的应用，具有接近垄断的市场地位，因此在建筑行业中，无论是复杂形体，还是超大规模建筑项目，该软件在建模能力、表现能力以及信息管理能力等方面都有明显优势。但由于软件的复杂性以及软件开发的针对领域不是建筑行业，因此，与工程建设行业的项目特点和人员特点的对接上稍显不足[42]。4）Autodesk公司推出的Revit系列Revit软件是欧特克公司针对BIM技术研发的套件软件，它包括RevitArchitecture、RevitStructure和RevitMEP几个软件[42]。从BIM技术在建筑工程行业的应用现状来看，国内大多数设计部门都在使用Revit软件，作为辅助设计工具手段，并逐步借助该软件，从传统的以CAD为主的二维设计过渡到以BIM技术为主的三维设计。通过对软件的比较，本文选用Revit2013系列软件对污水处理工程项目进行3D建筑信息模型的创建。AutodeskRevit软件有以下特点：①强大的可视化建模功能Revit软件具有强大的可视化建模功能，为建筑、结构和水暖电等不同专业的设计提供一个协同工作的平台，形成综合各专业设计的可视化三维立体建筑模型，并且模型中具有多种数据转换接口，可以将传统各专业设计图纸直接导入本软件中，通过转化直接形成三维模型，实现各专业的协同工作。②2D-3D轻松转换建筑项目的设计过程也就是三维模型创建过程，是传统设计中平、立、剖图纸三维表达的过程。该软件可以通过识图的转换随意查看二维平面图、剖面图，实现三维建筑模型和其平立剖面图纸的结合，使设计者可根据需求，在三维模型和二维图纸中任意切换。对于较复杂的建筑形体，可根据施工要求获得任意位置16 青岛理工大学工学硕士学位论文的剖面，减少设计盲区。③设计逐步深化Revit软件拥有强大的三维可视化功能和数据管理库，通过对构筑物参数化设置，能够真实准确的反映建筑构件的各种物理属性，设计者在方案设计初期，可以根据需要暂时忽略其中部分属性，伴随项目设计的深入，以及不同功能需求的提出，设计者可针对性的逐步添加或修改构件属性，直到最终的结果可满足进一步工作需求，达到深化设计的目的。④视图关联更新功能Revit参数化工具所提供一系列的参数修改技术，通过模型中各视图之间的关联作用，当在某个视图中模型的某处参数被修改时，会引起与之相关的所有视图图纸实时修改，即一处修改，处处更新，既能保证图纸的一致性，又能及时更新材料明细表的统计，也在一定程度上提高了工作效率。⑤建筑图元可重用性：Revit自带丰富的结构图元，它们以建筑构件的形式出现在设计中的，是模型构建的基础，通过对基本单元参数的修改叠加，形成最终模型。此外，Revit也为用户提供了自定义建筑构建单元的工具，即创建族工具，该功能允许设计师根据需要，将使用频率较高的特殊构件，作为基本构件单元保存在构件库中，在以后的建模过程中可直接使用，从而提高建模效率。当然，Revit软件也有它的不足之处：①Revit软件的参数规则存在局限性，不能根据角度变化进行全局的更新，因此软件不适合设计复杂不规则的曲面。②渲染功能较弱。③目前还只适用于建筑设计阶段，需要其他辅助工具实现其他建筑阶段BIM技术的应用。由于结构设计要符合我国特定规范，而Revit目前还没有本地化，并不适合用于结构计算[43]。④Revit绘图基于族（Family），有利也有弊，因为自带族库不可能满足建筑师的所有要求，更多样式需要自行添加，这无形中增加了工作量。2.5.2BIM施工管理软件BIM模型分析软件是在BIM核心模型的基础上，根据项目不同参与方、不同专业、不同项目阶段对模型进行不同层次和深度分析的软件。国外比较有代表性17 青岛理工大学工学硕士学位论的施工管理软件有德国RIB公司的iTWO软件、美国欧特克公司的Navisworks软件和天宝（Trimble）公司的VICO软件。1）iTWO软件由RIB集团研究开发的iTWO系列软件[33]，是打通了设计、建造、算量、造价与项目管理之间屏障的有效工具。根据iTWO的发展情况来看，此模型还能应用于运营管理和设备管理中，高度集成，避免建筑信息模型的零碎化，真正做到了一个模型的全生命周期应用。但这款软件不支持模型编辑，只有分析整合功能。因此，软件在应用时，对导入的模型的质量要求很高；且当模型发生变更时，不能直接修改，而需要重新导入变更模型方可完成后续的整合工作。如果iTWO整合了模型编辑功能，会增加软件负担，影响其分析功能的发挥。2）VICO软件维科（VICO）是服务于建筑行业的软件公司，协助业主、承包商、项目经理完成风险控制、成本管理及复杂项目的方案优化。该软件提供5D虚拟建设解决方案，在专业协调、控制物料“飞单”、成本估算、进度管理、生产控制等方面走在同类软件前列。新版VICOOffice产品支持ArchiCAD、Revit、Tekla、CAD-Duct、SketchUp、IFC、3DDWG等格式模型的导入。目前已应用在世界范围内的30多个国家的建筑行业[43]。相比较iTWO软件而言，VICO侧重单项目管理，适用于企业初级BIM应用阶段。3）Navisworks系列软件欧特克公司Navisworks系列产品包NavisworksManage、Simulate、Review，其中NavisworksManage使用率最高，工程中通常所指Navisworks软件也就是NavisworksManage。NavisworksManage主要功能是可视化，包括漫游、碰撞检测、4D模拟建造等，欧特克公司推出的一系列BIM软件都有试用版，在中国市场份额很高[34]。4）国内系列软件施工管理与造价密不可分，所以本土化软件如鲁班、广联达等有较强的应用价值，而且他们已经与上游软件做了接口。很多国内软件，尤其是鲁班软件，基于国内基本国情，致力于打造一套自己独特施工阶段BIM技术应用方案，对BIM在施工阶段的应用起了积极作用。同样具有发展优势的还有广联达软件、清华斯维尔软件等。笔者对鲁班BIM系列软件作了调查了解，发现鲁班土建、安装等虽18 青岛理工大学工学硕士学位论文能接受主流建模Revit模型的导入，但还存在信息流失现象、对原模型要求较高等问题。2.6本章小结本章主要对BIM技术的起源、概念、特点、应用现状及相关软件做了简要概述，介绍了常见的基于BIM技术的软件，包括各系列建模软件及BIM施工管理析软件在应用，通过对软件应用现状的简单比较，选定Revit软件作为本文的核心建模软件，并选用AutodeskNavisworks软件用于实现BIM仿真模型在施工阶段的应用研究。19 青岛理工大学工学硕士学位论第3章BIM技术应用于污水处理工程的必要性污水处理工程，作为市政公用工程的有机组成之一，是城市基础设施的重要一环，为城市生产、生活的稳定有序进行，提供基础服务和保障。随着我国现代化城市的发展，环境污染主要是水污染问题逐渐收到社会的广泛关注，污水处理工程作为解决水污染治理、水资源断缺以及水环境优化等问题的关键，国家和政府十分重视市政污水处理工程建设质量及污水处理效果。污水处理工程的规模不断增大、污水处理工艺更加繁杂，污水处理工程施工规模、技术、管理难度也就越来越大。3.1污水处理厂的建设现状分析3.1.1城市污水处理的重要性城市污水处理厂是用于处理污水的市政基础设施，具有经济价值的同时也具有一定的环境生态价值，其经济价值体现在，污水厂的商业化运作可为城市创造大量经济效益，同时也体现了可以降低污水的危害，对水环境进行全面保护的生态价值。当然，作为城市建设不可缺少的一部分，污水处理厂也具有特殊的社会价值，污水处理厂的全面建设和正常运转，都是社会稳步发展和建设的基础，是城市社会生活变得和谐有序、稳定的前提。总而言之，对于一个城市来说，污水处理厂的建设一直都是城市管理部门、政府部门及社会各界高度关注的问题，也是城市发展的重点问题。3.1.2污水处理厂建设的现状分析污水处理工程是特殊的建筑工程，具有以下特点：①污水处理工程占地规模较大，处理工艺繁杂，每个工艺环境对应一个或多个构筑物单体，种类繁多；②厂区内构筑物的分布集中，每个构筑物都涉及建筑、结构、管线、电气设备等不同专业，各专业工序在空间上交叉分布、相互制约，因此施工难度特别大；③构筑物结构多种多样，形状不规则，存在大量薄壁高墙及异形体机构，对线条的施工要求极高；④污水处理厂的对水动力学可行性要求特别高，因此对管线的敷设、用于管20 青岛理工大学工学硕士学位论文道连接的预留洞口及预埋件的定位精度要求特别高。这些特点和要求无形中增加了污水处理工程设计、施工的难度。通过对我国污水处理厂的建设现状分析，我国的城市污水处理厂建设情况存在两个基本特征：一是在环保产业高速发展的今天，污水处理厂的功能得到了社会各界的认可，为了解决随着社会发展带来的污水总量剧增，水质变化增大，污染物成分日益复杂等现象，污水处理厂的建设出现了一个热潮，各地开始展开大规模污水处理厂的建设，呈现出方兴未艾的局面。二是污水处理厂的建设水平及建设工程质量较低，没有办法应付高度复杂化的水处理工程建设，传统的各种技术及思想已不能满足现阶段污水厂建设的要求，导致污水处理厂建设过程出现资源浪费严重、工程质量差、运行效率低等问题。这些问题的出现，要求我们寻求一种新的方式来进行污水厂工程的建设工作。3.2污水处理厂建设在施工中存在的问题3.2.1设计与施工信息传递过程中的偏差传统污水处理厂的设计工作都是以CAD为操作平台，以平、立、剖面图等二维图纸的方式展现设计成果。设计人员通过绘制二维图形，加上各种尺寸标注，反映建筑物三维状态下的位置关系，可视化差，信息表达不准确，存在错误在所难免。在信息的传递过程中，设计师的三维设计理念通过二维图纸表达，施工方通过对二维图纸的理解进行三维建筑的施工，在这个过程中，经历了两次二、三维信息的转换，很容易出现设计师在二维设计时表达的偏差以及施工方对二维图纸的理解偏差，信息传递的偏差，若不能及时发现，必将导致施工过程中出现问题，甚至会导致问题扩大，阻碍施工进度的正常进行。3.2.2进度计划的抽象性传统的施工进度计划是通过网络计划图实现的，这也是工程项目进度管理最常用的工具，但通过以往实际工程的实施可以看到，该方法存在自身的局限性。首先，网络计划图运算过程比较复杂，需要耗费大量时间精力完成，且非专业认识理解起来比较困难，不利于进度计划与业主及施工方的交流。其次，通过网路计划图所表达的进度计划相对比较抽象，不能将整个项目的规划进度精确地表达出来，更不利于对实际工程施工情况的跟踪检查，不能对工程的变更及环境变化等突发情况进行及时的应变处理，调整优化复杂。最后，使用传统的施工进度管21 青岛理工大学工学硕士学位论理工具，依靠经验确定逻辑关系，准确性收到极大的限制，即使有不合理之处，也难以发现。3.2.3建设过程管理不到位污水处理厂的建设过程中，项目管理不到位主要体现在以下几点：首先是施工总体目标不明确，没有精确地分目标，不能系统的对施工过程进行指导和控制，从而导致施工的盲目性。其次是没有完善的施工计划，或者施工计划不够准确，导致施工过程中出现实际施工进度与材料进厂时间不相符等脱节问题，导致工期的滞后，或窝工浪费现象。人力、财力以及资源没有得到合理的分配，必将导致施工过程浪费大、工期长、效率低等问题的产生，严重影响施工质量。3.3BIM在污水处理工程中的应用优势3.3.1深化设计应用BIM技术所创建的建筑信息模型并不是一个图形，它是一个包含着指定项目相关信息的完整的数据库。该数据库中包含建设项目所有构建的大小尺寸、数量、位置关系等一系列信息，通过这些参数化信息所表达出来的及时项目建成后的真实效果，通过该模型能够看到二维图纸不能表现的视觉角度和效果。在设计阶段创建的建筑信息模型上做施工图的优化设计，可以将数据库及视图进行双向联系，轻松得到平、立、剖面的图形，可根据需求选择不同位置的剖面图，对于模型中的非图形数据也可通过明细表进行统计[45]，提高施工效率。3.3.2加强各专业的协同合作污水处理工程设及多个专业，基础工程是多个部门协作完成的，在BIM技术中也是不同专业各自进行设计的，各专业设计的最终模型可通过相关应用软件，整合成一个整体，实现协同设计，从根本上改变过去通过文字及图纸表达设计意图的工作方式。软件通过对模型中不同专业之间的冲突进行碰撞检查，并进行修改以达到规定要求，避免了因协同问题造成的对工程进度的影响。3.3.3拥有强大的可视化虚拟功能可视化是BIM最直观的特点，BIM模型可视化的应用主要体现在两个方面：一是通过对施工进度的可视化模拟，及时发现进度计划中存在的问题，优化施工方案；二是通过可视化的建筑信息模型指导施工，尤其是对异形结构、预埋件等。22 青岛理工大学工学硕士学位论文三维可视化的建筑信息模型加上时间维度，形成4D模型进行虚拟施工。在4D模型中，在虚拟的环境中，可以准确的发现使用中可能存在的问题，从而优化施工方案计划，达到有效控制项目进度的目的[46]。施工人员可以通过控制视图，全方位查看建筑内部构件的空间位置，不再局限于二维平立剖面图的二维表达，更加直观、准确，避免了施工错误造成的不必要的浪费。另外，施工企业通过4D模型在项目的招标投标中获得巨大的优势，他可以快速并直观的了解施工方对项目的理解和施工方法的一系列措施，并对施工单位作出更准确的评估[47]。3.4本章小结本章通过对污水处理工程建设现状及特点的分析，论述了现阶段污水处理厂设计和施工中存在的不足以及问题，并论述了利用BIM技术在解决这些问题的优势，从理论上分析了污水处理厂建设项目引入BIM技术的必要性。23 青岛理工大学工学硕士学位论第4章BIM建筑信息模型的构建4.13D建筑信息模型的建立3D建筑信息模型构建是BIM技术应用的第一步，也是BIM技术其他功能的实现和应用的基础。在项目的设计阶段，通过BIM核心建模软件，对不同专业进行参数化模型的构建，并将各专业的模型数据整合到一个平台，进行信息的分享和交流。3D建筑信息模型的初步建立，是建设项目在设计阶段的主要工作，也是后续施工、管理、运营工作顺利完成的基础。本文将以二维设计图纸为作为蓝图，利用AutodeskRevit建模软件，进行污水处理工程3D建筑信息模型的构建。4.1.1项目背景本文选用青岛市某污水厂作为研究对象，该污水处理厂主要采用Carrousel氧化沟工艺，污水进入污水厂后首先经粗格栅去除较大漂浮物，在提升泵的作用下，进入细格栅去除部分悬浮物，经旋流式沉砂池沉淀处理后进入配水井，污水同回流水在配水井中混合后进入氧化沟，经过厌氧、缺氧、好氧段去除污水中的N、P及有机物，进入高密度沉淀池，排放一部分污泥后上清液流入臭氧接触氧化池，经消毒后外排。根据图纸的收集情况，本次建模主要对象为后处理设施，包括高密度沉淀池、臭氧接触氧化池，以及辅助用房加药间、滤站等。由于该污水处理工程中，构筑物种类较多，各个构筑物单体结构复杂，因此本文将选择水处理工程中的后处理工艺部分进行模型的构建。对于污水处理工程来说，涵盖了建筑结构、给排水、暖通、电气等多个专业领域，受专业能力限制，本次建模内容主要为建筑结构及给排水管道两部分。4.1.2Revit平台建模3D建筑信息模型是BIM技术应用的基础，而模型的构建自然也离不开相关的建模软件，本文已在第二章中对BIM技术的核心建模软件进行了简单介绍，此处不再赘述。本文选用Revit系列软件，分别对建筑结构及给排水管道两个专业进行3D建筑信息模型的构建，并通过Navisworks软件将单个专业的模型整合到一个模型中，实现专业间的协同。Revit软件的特色是参数化建模，软件系统庞大的数据库中，包含着大量基本24 青岛理工大学工学硕士学位论文元素族，如墙、梁、柱、门等，对其进行参数化设置，可直接反应建筑物实体，通过基本元素构建的组合，完成建筑信息模型构建。由于当前的BIM技术软件主要针对建筑工程开发，软件中自带的系统族主要为针对建筑工程项目，根据现状调查，现阶段的BIM软件，还没有完善的针对污水处理工程的系统族，需要建模人员根据已有族库进行改进或重建。在传统的CAD设计中，为达到快速建模的目的，设计师特别注重图库的积累和再利用，而在BIM技术的理念里，与之相对应的则是参数化构件族库的积累，族库中的构件族可在建模师直接使用或稍加修改后使用，能够大大提高建模效率。4.2“族的方法”参数化建模“族的方法”就是用户根据自己的需要，通过自定义标准构件族的方式，构建系统族中不包含的构筑物形体，用于后续的模型构建中，是一种利用参数化定义构件的方法。通过对某自由形体的结构进行参数化定义，并将参数进行公式化关联，使用某一个基础参数改变时，其他参数可根据公式自动适应，满足设计要求。这种方式对于生成一些有规律的、但却很复杂的建筑形体是十分有用的。4.2.1Revit族族实际就是一个图元组，每个图元组成部分是由通用属性集（也称为参数）和相关图形两部分组成[43]。Revit软件本身的设计理念，就是通过构建灵活可变的构件族库，能在建模过程中，根据需要通过对构件族的部分参数定义，达到简化建模的目的。按照属性分类对其分类，Revit中族大致可分为系统族、标准构件族及内建族三种类型。1）系统族系统族即是AutodeskRevit系统中预定义的族，根据目前Revit软件的开发情况，系统族主要为建筑工程项目的基本构件，例如墙、梁、柱等，每个基本构件作为一个族系统，包含了多种族类型，以“墙”系统族为例，墙可分为内墙、外墙、基础墙、常规墙等多种墙类型，可根据设计需要进行选择。模型构建过程中，通过定义相关属性直接绘制，使用方法在下文建模过程详细介绍，此处不再赘述。用户可以复制和修改现有系统族，但不能创建新系统族。2）标准构件族标准构件族又称为可载入族，与系统族不同，它可以作为单独的文件被保存，25 青岛理工大学工学硕士学位论通常情况下存储在构件库中，使用时可根据需要进行加载。Revit中提供了各种族样板，用户可根据自己需要，辅助创建新的标准构件族，也可以对已有构件族进行修改，构建新族。族样板主要用于确定族的类别，不仅决定了族的类型、行为、明细表统计方式，并对族的调用方式、默认参数以及子类别等因素进行了默认设置。比如当确定族时轮廓组后，便可在“公制轮廓系列”中进行样板选择。族的样板可以是基于主体的样板，如以墙族为主体的门族、窗族，也可以是独立的样板，如管道等。标准构件族是一类可以位于项目环境外的族类型，且具有.rfa扩展名。它可以作为文件被保存在库中，在多个项目中被使用，也可以从一个项目应用到另一个项目中。Revit软件除了为用户定义了大量系统族外，也提供了一个标准构件族库，包含了大量可载入族，但可用于污水处理工程中常用的设备、管道等构件族资源较少，因此根据项目需求，构建需要的标准构件族库，是建模前期准备工作的重点。3）内建族内建族就是在项目环境中创建的自定义构件图元，也可以是注释构件。与标准构件族的不同之处在于，它仅能存储在当前特定项目中，不能单独存成“.rfa”文件，也不能用于其它项目文件中。4.2.2Revit族的特点1）族的参数化通过可变的参数来控制构件形体变化是族的一个重要特点。族的参数类型包括文字、整数、编号、长度、角度、面积、体积、材质、是/否、族类型等十种类型。族参数又可分为两种：类型参数和实例参数。类型参数与实例参数的不同之处在于：项目中由某个族创建的所有个体会随着类型参数的修改而改变，但实例参数被修改时，影响的只是当前这个被修改的个体。因此，在构件标准构件族时，尽可能将参数定义为实例参数。2）族的信息化族是项目构件参数信息的重要载体。建筑信息模型区别于普通的三维模型，不仅停留在三维可视阶段，还可以根据不同需求来进行数字化的表达，如能够进行清单算量、物料跟踪和虚拟运营等，这些应用都意味着BIM模型具备实际有效26 青岛理工大学工学硕士学位论文地信息。因此，在制作族阶段，可根据每个特定族使用情况，输入相应的信息，以便于后续的分析计算及施工管理等。3）族的实用性族是建立BIM模型的基础单元，一个项目就是由庞大的族群组成的数据库模型，模型质量高低、规范性会对项目产生较大的影响，因此，要求制作的族必须能够达到构件或设施实际的仿真程度，包括构件具体的样式特点、尺寸大小、以及与其他类别的族的搭配情况等，根据各专业的设备选型信息来开发族，实现在项目进度计划内最大化施工模拟的真实价值；其次，Revit族应满足之后模型构件的量化管理，便于BIM之后可能的管线综合、清单算量、施工模拟等工作需求，这些涉及到的方面都要求构件可视化的发展方向应从设施的实际情况入手，模型越接近实际状况，便越可以反映设计。4.2.3基于“族”进行参数化建模基于族的建模方法的优势在于，它能将建筑实体所应具备的真实信息通过数字信息来进行仿真模拟，其中包括几何与非几何信息（如实体的几何尺寸、质量、型号、价格、材料等），它是三维模型中各专业、各类别构件的搭建基础，制作族的好坏会直接影响到Revit的建模能力，也会影响模型的实际利用价值。1、族样板选择Revit软件为用户提供了多种族样板，在自定义标准构件族时，可根据所创建族的用途和类型，选择合适的族样板。族的类别决定族的分类以及默认参数、调用方式等重要因素，因此选择族样板的一个重要原则就是确定族的类别，一旦族类别确定了，就可以缩小选择范围。例如，当确定需要制作的族是轮廓族后，可选择的样板就缩小到“公制轮廓族”系列，可根据需要进行选择，如“公制轮廓-主体”、“公制轮廓-扶手”等。如果需要的族类别没有对应的样板时，可通过对“公制常规模型”系列样板中“族类别”属性进行修改，得到需要的样板类型。选择合适的族样板，对规范族的使用具有重要意义。当项目中载入自定义的族构件时，Revit会将其自动归类，而归类的依据则是初始选择的族样板中构件所属的族类别。如当样板为“风管弯头”的标准构件族载入项目时，它将被系统自动归类在“风管弯头”命令中，在使用时，可通过“风管弯头”工具调用，且被统计在此类别的明细表中。其中较为特别的族样板是“公制常规模型”，基于该样27 青岛理工大学工学硕士学位论板所创建的族在使用时，是作为构件载入到项目中，为能够准确快速的确定构件在模型中的位置，可选择基于某一基础的样板，如选择族样板为“基于墙的公制常规模型”创建的族，在使用时，将自动捕捉墙体进行定位。另外，族的参数和类别也可以在族创建的过程进行设置。图4-1族样板文件Fig.4-1Technologyroadmap值得注意的是，自建的标准构件族是否可以在明细表中被通缉，也是由族类型决定的。例如，在常规类型模板下创建的族，在明细表中只能统计个数，而无法统计详细的体积、长度、宽度等信息。图4-2族类别和参数设置Fig.4-2ThecategoryofgroupandparameterSettings28 青岛理工大学工学硕士学位论文2、实体模型的创建由二维图纸三维模型的可视化转化是创建参数族的第一步。首先在Revit的族编辑器中，依据不同的设施构件三维形体情况，在二维的线面设计完成后，通过设置参照线与参照面作为辅助工具，利用拉伸、旋转、融合、放样等数学建模方法完成三维基本形态的确定，实现模型初步的仿真。拉伸融合图4-3三维模型的初步仿真Fig.4-2Preliminarysimulationof3Dmodel3、参数设置族的单元形态基本确定后，则需要对模型进行信息化。在族编辑器中，设置锁定参照平面确定各部分构件的位置、编写参数及编辑公式，通过对为各参数编辑公式以及条件语句的方式，实现对模型的数字化控制和定义（如图4-4所示）。公式编辑参数关联图4-4信息化参数设置Fig.4-4InformationparameterSettings29 青岛理工大学工学硕士学位论参照平面用于定位，在绘制出定位用的参照线后，将构件边界与相应参照线锁定，对参照线进行尺寸标注，通过设置尺寸参数，来确定构件各部分尺寸，如法兰厚度、管道半径、h1等，不管同一条参照线上对齐锁定有多少构件，都可以通过改变参照线的参数来实现构件的定位。最后，通过一系列公式及条件语句将各参数关联，在实际应用中，修改某一参数即可实现整体的自适应变化。本案例法兰阀作为管道附件，其大小主要由管道半径决定，因此选择管道半径作为参数公式编辑的基础，通过公示对其他参数进行定义，如“管道外径=管道半径*1.2、法兰盘半径=管道半径*2”等，在使用过程中，各部分的参数将随管道半径参数的变化而改变。4、构件导入为了使构件在模型中插入时达到自适应的效果，在族的具体使用过程中，需要通过某种方式进行信息传递。在Revit中，可根据通过导入连接件的方式来保证信息的交互反馈。例如，在“法兰阀”族创建案例中，由于阀门是应用在管道上的，在制作好了法兰阀构件并完成参数的定义后，可对族添加“管道连接件”（如图4-5所示），以此作为中间适应过程的信息流，从而使得法兰阀与水管能自动适应（如图4-6所示）。在实际应用的过程中，实现了对构件的建模设计以及内部数据整合方式的构架之后，需要追加工程中的信息流，以丰富实体构件的信息及价值。Revit软件信息流的导入可以通过数据内置与数据外置两种方式来实现。数据内置在族类型中的方式，优点在于保证创建的族的通用性，但不利于对数据的进行集中管理，在后期使用过程中也不利于模型的调试，因此，这种信息导入方法通常仅适用于少量标准化族的创建。数据外置针对外部数据的属性添加，订制相应的参数驱动数据文件。对于必要的相应构件编写CSV数据文件[49]，将实际构件与设备的相应厂家生产型号数据嵌入到族类型中，每个族文件可以对应多个CSV文件，使得模型的仿真程度与信息化程度具备了可行的实际价值，模型中富有价值的信息也极大提升了后期的可开发度。30 青岛理工大学工学硕士学位论文图4-5自适应连接件设置Fig.4-5AdaptivefittingSettings图4-6法兰阀与管道的自适应情况Fig.4-6Theadaptivesituationofflangevalveandpipeline4.2.4Revit建族心得体会通过应用Revit软件建族的学习及实际案例的应用，走了一些弯路，也总结了一些经验，为后续研究者提供一些参考依据。1、在创建族之前，根据需要选择合适的族样板，既能方便族在项目中的布置，也能大大提高使用族的灵活性。2、创建族时，可以先绘制参照平面或参照线，也可以先绘制构件，再根据参照平面参照线进行定位，根据建模过程中两种方法的尝试，建议以参考平面和参31 青岛理工大学工学硕士学位论考线先行的原则，先定位构件位置尺寸，再结合锁定工具来进行约束，能加快建模速度。3、对于较为复杂的构件，尽量使用嵌套族，保证每个族构件不要太大，避免参数过多，出现错误。4、自适应构件族创建时，添加的参数类型应选择实例参数，才能对参数进行公式编辑，达到构件参数根据要求自动改变的效果。通过上述法兰阀的实例参数化建模不难看出，经参数化后的族构件应用较为方便，可达到自适应的效果。但实际操作过程发现，参数化构件创建较为繁琐，对于结构复杂的构件所需要的控制参数较多，若将整个构筑物都进行参数化，工作量较大，建模的灵活性将大大降低，因此，对整个构筑物进行参数化是不实际的，可针对水处理构筑物结构，对使用频率较高的的构件，如阀门、泵、管道井及异性构件等采用参数化建模的方式，提前创建并累计在构件族库，方便在后期建模直接使用。下图为利用参数化创建的两种不同水泵族。图4-7水泵族模型Fig.4-7Thegroupmodelsofwaterpump4.3构筑物拆分建模通过比较污水处理工程和建筑工程存在的区别，探索适用于污水处理工程的建模方式。分析污水处理工程特点，建筑工程中梁、柱、墙、板结构形式简单，图纸比32 青岛理工大学工学硕士学位论文较规整，各楼层建筑内容相似，因此建模过程相对简单，楼层主体结构可通过复制；而水处理工程中每个工艺环节对应一个单体结构或单体组合结构，构筑物数量繁多，结构物形式多样，异型结构量大，空间结构复杂，因此建模过程较为复杂。另外，建筑工程虽然结构简单，但每个项目的房屋结构不尽相同，图纸可复用性较低；而污水处理工艺相对比较成熟，构筑物类型比较固定，工艺流程中每一处理环节上功能相同的构筑物基本相同，仅根据处理能力不同，大小有所不同，因此构筑物的重复使用率较高。通过查阅文献发现，上海市政工程设计总院在一篇关于探索Revit平台实现水处理构筑物三维设计的关键技术的文献中，提出一种特殊建模方式—拆分建模[50,51]。即将较为复杂的水处理构筑物，拆分成简单功能单体或结构单体，分别对单体进行参数化建模，最后进行拼接，形成完整的构筑物。对于重复使用率高的单体结构，运用上述“族的方法”参数化设置，可在不同项目中重复使用。如何对构筑物进行拆分，将直接影响建模的效率及拆分单体的重复使用性。本文将以某污水厂高密度沉淀池作为实际案例，在理论研究的基础上进行实际案例的可行性分析。4.3.1构筑物拆分原则（1）保证构筑物修改、调整的灵活性构筑物拆分后，形成多个单体，会在一定程度上降低的建模效率，但是可以提高模型的可修改性，保证后期建模的便捷性。初步设计阶段，以构筑物功能单元为基础组成构件，采用“搭积木”的拼接方式进行建模，可对每个构件参数结构修改以满足设计要求。施工图设计阶段，根据施工需求要考虑到构筑物的内部构造，对模型精确度要求较高，可将构筑物的结构构成单元作为基础构件，进行模型的构建。（2）保证工程量可准确统计验证拆分建模的合理性的一个重要指标是构件能否被准确的识别并进行工程量统计。在施工图模型的建模阶段，必须将模型的组成构件进行更加精细的分类，以单独统计的构件单元作为一个单体，保证能统计到该构件单元包含的所有信息，使BIM理念得到完整的体现。（3）保证BIM建模的可分析型33 青岛理工大学工学硕士学位论为提高BIM技术作为辅助设计手段的附加价值，BIM技术开拓了多重应用领域。污水处理工程包含了多个专业，如工艺、电气、建筑结构、给排水管道等。每个专业都有各自的设计团队，BIM技术除了可以用于设计出图、方案交流外，还可进行专业分析。如给排水专业则常用于水力学的可行性分析；工艺专业课通过对模型相关参数的定义，进行运行分析；电气专业可进行电量负荷分析等。对于污水处理工程来说，水动力分析是运行的基础，因此模型对水力学分析可行性的要求较高，其他专业要求则较低，因此各专业在建模时，可根据自身需求决定模型的精度，从而确定拆分的层次。4.3.2构筑物拆分建模层次拆分建模首先要分析的就是构筑物拆分层次，而构筑物的拆分层次则取决于构筑物的组成层次，在了解构筑物基本结构的基础上，根据设计需求及拆分原则来决定拆分的层次，根据水处理构筑物功能、结构特点分析，拆分框架大致可如下图所示。水处理构筑物专业层次建筑、结构、设备等工艺、电气、机械等功能单元层次如絮凝区、沉淀区、出水区等不同管道、线路系统构造单元层次梁、柱、板、墙等管道、管件、电缆等建模图元层次立方体、圆柱体、异形体等立方体、柱体、异形体等图4-8构筑物拆分框架Fig.4-8Splitstructureofframework构建的重复利用率决定拆分层次，也决定了该构件是否需要作为基础单元进行预先构建。例如，建筑工程中的门、窗、楼板、屋顶等基础构件，同一个构件在同一工程中会被反复使用，在不同的工程项目中仍然重复使用，将其作为基础单元，添加到构件族库中，在后续建模中可直接使用，便可大大提高建模速度。对于工程中不常用或者说在其他工程中不会重复使用的构件单元，则不需要将作为基础构件族。4.3.3构筑物拆分建模应用实例分析该污水厂工艺流程中构筑物，密度沉淀池结构相对复杂，通过平面、剖面等二维图纸所表达的结构较为繁琐。对于这样一个构筑物，在建立模型时，根34 青岛理工大学工学硕士学位论文据构筑物拆分原则，以构筑物的功能单元为拆分层次，将其分成了浮渣井、中间廊道、混合区、搅拌反应区、沉淀浓缩池等五个单体部分，除中间廊道外在Revit项目中完成，其他单体均使用Revit系统中的族进行参数化建模，将拆分的单体拼装后即可得到构筑物整体模型（如图4-9所示）。图4-9高密度沉淀池模型拆分图Fig.4-9Splitfigureofthehighdensitysedimentationtank4.3.4拆分建模心得体会在拆分建模的实践过程发现，模型拆分成单体后，每个单体的结构比较简单，建模难度大大降低，根据建成的模型来看，该模型的各功能区的可利用率还是很高的，另一水处理工程的滤池建模时，通过相关功能单元重新确定尺寸，组合拼装，即可快速、准确地完成该单体的BIM模型。该方法在实际应用中仍存在以下问题：（1）本文是在二维图纸的基础上进行建模工作，拆分前需要对二维图纸进行深入了解，对识图能力及空间想象力要求较高。在实际设计应用中，需要对设计师对构筑物的整体构造有清晰的认识，才能准确的确定拆分层次，提高建模效率。（2）部分拆分后的单体结构仍比较复杂，参数化建模工作量较大，如沉淀浓缩区，整体结构复杂，参数化建模难度大，且内含多个异形体结构，需进一步拆分。（3）拆分后单体较多，拼装仍有不小的工作量，拼装时墙体、梁等结构易发生重叠，会造成部分工程量的偏差。35 青岛理工大学工学硕士学位论4.4模型构建4.4.1建模准备通过上述对拆分建模方法的实际案例操作，结合参数化建模的方法，在熟练掌握软件基本操作及建模工具的使用方法的基础上，对案例项目进行完整模型的创建。在建模之前，应达到能够熟练应用视图控制工具对模型的各立面视图、剖面识图、平面试图及对各视图进行平移、旋转、缩放的操作方法，图元修改、编辑工具等。需要对研究的案例工程项目进行了解，根据各平面、剖面的二维设计图纸，进行立体结构分析，选择正确的建模方式，根据需要创建构件库，保证模型创建的效率和准确性。（1）项目样板在Revit软件中，新建项目时，Revit会提示进行样板选择，与族样板相同，项目样板文件也是一个系统文件，定义了新建项目默认的初始参数，例如项目默认的度量单位、层数的设置、层高信息、线性设置等，为设计提供了便利，选择合适的样板文件能大大提高建模效率。图4-10新建项目样板选择Fig.4-10Choiceofnewprojecttemplate（2）标高和轴网根据Revit基本设计流程，在项目创建之前需要设置标高和轴网。标高、轴网是对建筑构件在剖面视图和平面视图进行定位的重要依据，因此建立合适的标高、轴网能有助于建模的顺利进行。对于房建项目，楼层明确，可根据楼层创建标高，根据主要墙体设置轴网。而对于水处理工程项目，构筑物规模较小且结构不规则，36 青岛理工大学工学硕士学位论文各建筑物位置相互独立，因此没有必要设置轴网。水处理构筑中各组成结构高度参差不齐，没有固定的标高设置原则，主要是根据构筑物的结构，选取特殊高度设置标高，保证通过标高的设置能准确定位所有结构，如图所示。由于水处理构筑物的单体相互独立，因此可针对不同结构单体设置不同标高，以方便模型的构建。图4-11新建标高图Fig.4-11Thenewelevationfigure（3）二维图纸调入本文以实际案例的二维图纸为基础进行建模，可在Revit中载入二维图纸，进行平面视图的定位。由于污水处理构筑物内部结构较复杂，因此平面图、剖面图信息量较大，建模过程需在个各标高平面视图上进行切换定位，因此，可将各标高的二维平面图分别载入到个平面视图中，避免因已绘制的部分结构将图纸遮住而无法定位该位置其他标高上的结构。在各层平面图导入后，通过移动将不同标高上的图纸定位到同一竖直线上，也可根据需要，删除或添加某一平面的二维图纸。37 青岛理工大学工学硕士学位论图4-12二维图纸导入图Fig.4-12Theimportsituationsof2Ddrawings4.4.2基本模型的创建（1）建筑结构创建上述拆分建模中提到，拆分后可重复使用的单体，使用Revit系统中的族进行参数化建模，对于可复用性不高的结构，在Revit项目中直接完成。Revit中提供了关于墙、梁、柱、门、板、楼梯等工具，可根据平面图直接绘制。创建模型对象时，需要先定义对象的构造类型属性（以墙体为例，如下图所示），包括结构的厚度、作法、材质组成等，然后使用“基本墙”命令在二维图纸的基础是进行绘制，通过修改墙的高度及上下参照标高确定其空间高度。由于池体内结构比较复杂，许多构筑物建造成叠合形式，定位困难，在此可以采取拆分建模的理念，将内部构造单独建模后拼接。在上述建模方式分析是已经提到了，高密度沉淀池可拆分为浮渣井、中间廊道、混合区、搅拌反应区、沉淀区等五部分，其中中间廊道部分包含了各种楼梯、梁、板、台结构，绘制时不易定位，因此，将其按层次拆分成三个单体单独绘制后，移动到主体中，从而保证内部结构绘制的准确性。38 青岛理工大学工学硕士学位论文图4-13类型属性编辑图Fig.4-13Theeditoroftypeattribute图4-14建模理念的应用Fig.4-14Theconceptofmodelingsplitapplications（2）异形结构创建污水处理构筑物结构形式多样、异形结构量大，部分结构运用Revit系统自带的基本工具无法完成。Revit中提供了概念体量工具，主要用于创建复杂对象。概念体量上也是一种族，因为强化了点、线、面的可随意性编辑而被作为一种特殊的族提出，被广泛应用于异型结构的绘制。在项目中创建的概念体量仅可应用于当前的项目中，而在概念体量组编辑器中创建的概念体量族可以像其他族文件一样，载入到不同的项目中。本次研究对象中高密度沉淀池中的三级台阶、沉淀池中的二次浇注混凝土污泥漏斗等均可用此工具来绘制，且在对其材质、结构属性进行定义后，概念体量不会影响工程量的统计。39 青岛理工大学工学硕士学位论图4-15异形结构创建图Fig.4-16Diagramofanisotropicstructuresmodel（3）给排水管道创建Revit2013较之前的版本有所不同，它是一个套装软件，涵盖了建筑、结构、暖通、给排水、电气五个设计专业的模型搭建工具，因此各专业建模前仅需选择不同的项目样板。在建筑结构模型建立的基础上进行给排水管道绘制时，应选择机械类项目样板，在新建样板中链接已建好的建筑结构模型，既可在此基础上进行给排水管道的设计。在建设项目管道设计时，可通过专有视图对进行构件的放置与查看。在管道系统中，由于构件是特定高度放置的，因此，创建的专有视图制定需具备能为构件制定适当试图范围和规程的在项目空间中的功能要求。Revit软件系统中提供多个管道视图样板，可通过样板的属性定义，指定专有视图所需的试图属性[54]。也可以根据自己表达的需要，自己创建视图样板，在创建管道系统时，应优先使用相关的视图样板。图4-16给排水管道模型图Fig.4-16Diagramofwatersupplyanddrainagepipelinemodel40 青岛理工大学工学硕士学位论文管件族也是一个系列族，管道的管径是管件族的主要参数，随管径的变化而变化。在前文中提到的法兰阀族，作为管路附件插入时，软件自动提取管径信息，法兰的各部分尺寸也随之改变，以匹配管道尺寸。专业设备族中也包含了大量的技术参数信息，这些信息被定义后可被系统计算提取分析。图4-17法兰阀在项目中应用图Fig.4-17Theapplicationoftheflangevalvefigureintheproject4.5建模心得通过对Revit软件的学习，以及对上述案例的实践过程，总结了一些基于Revit软件创建在污水处理工程建筑信息模型的心得。（1）BIM工作的开始并不是盲目的对着二维图纸进行翻模，尤其是在构筑物结构比较复杂时，建模前必须做好合理的前期准备，对设计图纸有着充分的理解，不仅要对图纸看得清，更要看得懂，最好具备一定的工程经验和识图能力，能更有效的加快建模过程，实现模型与施工的一致性。（2）建模前期准备中，专业样板文件的选择工作非常重要。样板文件中包含的默认参数的设置，为建模提供便利，如各种样式预定义、默认构件库、常用注释构件库以及不同视图显示等等，无论对建模过程，还是后期二维施工图出图过程，都起着事半功倍的重要作用。（3）项目建模方法的选用十分重要，在实际案例运用过程中发现，采用拆分建模的方法，前期对构筑物结构的理解很重要，根据拆分原则确定拆分层次，在熟悉构筑物结构和功能的基础上，明确哪些结构可以在后续工作中重复使用，提41 青岛理工大学工学硕士学位论前进行族库的自定义构建。在构建族库时，也可按需求根据系统族进行修改。（4）管道建模需要在机械样板中进行，在链接建筑结构模型时，可通过设置定位基点，保证管道二维图纸调入时二者能够重合。（5）在Revit中进行系统布管时一般有自动生成布局和手动绘制管道两种方法。由于自动生成布局方法无法达到较高的精确度，在计算管道的长度、尺寸和管路损失时易出现误差，为保证设计及施工的准确性，通常采用手动绘制管道。4.6本章小结本章主要内容是利用Revit软件对某污水处理厂的筑物进行建筑结构及管道系统的模型构建过程。通过对污水处理工程的特点分析，提出了区别于建筑工程的建模方法，通过案例操作分析，验证了该方法在污水处理工程模型构建中的适用性及可行性，为研究者提供一个参考依据。在建模过程中介绍软件的一些特点及操作技巧，通过熟悉软件中涉及到的工具及其使用方法，提高建模效率。利用Revit软件构建的建筑结构主体及管道系统的信息模型，为BIM技术在施工过程进度控制管理及管道碰撞检查等方面的应用研究，提供应用载体。42 青岛理工大学工学硕士学位论文第5章BIM模型的在污水处理工程施工中的应用在国内，BIM技术主要应用于建筑设计方面，而施工领域应用研究较少。随着建筑行业的发展，对建筑施工要求的不断提高，迫切需要一种新的技术理念改变当前的问题，对于高度复杂的污水处理工程更是如此，因此便提出了基于建筑信息模型的虚拟施工技术。通过虚拟仿真等技术，在施工前对模型进行碰撞检查，优化施工期建筑信息模型，并应用于施工全过程模拟，以验证施工方案的可行性，并通过优化施工方案，提高工程施工质量，减少碰撞引起的返工现象，保证项目的可控性管理，提高施工安全性，控制成本[53]。本章结合BIM技术，在建立的3D构筑物信息模型的基础上，进行虚拟施工技术应用的实践研究。5.1碰撞检查碰撞检查是指，在施工前，根据图纸对设计进行检查，以确定构件在空间位置上的分布的可行性，并对可能发生冲突的部位进行审核、修订的过程。根据碰撞的性质不同，可将其分为硬碰撞和软碰撞两种。其中硬碰撞是指两个构件实体在空间位置上相交，也是工程设计中最常见的一种碰撞方式，由于一个项目的各专业设计是交由不同专业部门进行的，专业间信息沟通不到位的情况下，各专业模型整合后会经常产生硬碰撞。而软碰撞发生的概率较小，是指两个构件实体并没有接触，但由于间距小于标准值，不符合安全要求的现象。软碰撞主要发生在管道间，因间隙较小不利于安装和维修[54]。在BIM技术的应用中，通常检测的主要是硬碰撞。5.1.1传统碰撞分析的弊端通过对建筑工程项目的了解，碰撞问题最常发生在结构与管线间、各专业管线间、机电与结构间以及建筑与机电间。传统的碰撞分析，主要是将所有专业汇总在一起，通过有能力的设计人员及施工人员对图纸进行会审，利用自身经验发现设计中存在的问题进行修改，工作量大且耗费大量的精力却事倍功半。尤其是高度发展的污水处理工程，更是对会审人员经验和能力的挑战。分析其弊端主要表现在以下几方面：（1）污水处理工程中，结构、管线立体交叉，形状复杂，二维图纸表达繁琐，43 青岛理工大学工学硕士学位论仅通过想象很难对构筑物的结构进行清晰准确的分析，许多碰撞难以发现。（2）在碰撞位置的处理上，尤其是管线分布，经常发生其中一个管线的碰撞位置的调整，带来新的碰撞而没有被发现，且管线都是以相对标高来表现空间位置的，很难在二维图中显示出来。（3）污水管道设计时，由于构筑物结构比较复杂，二维图纸太过凌乱，通过平面和剖面图，很难将各个专业的复杂架构完全反应处理，通常施工比较随意，在发现碰撞时，不得不改变管道走向增加弯头来避免碰撞现象，造成不必要的浪费，增加施工成本。（4）在多专业图纸整合后的图纸会审，需要靠工作人员自身的经验和能力来分析碰撞，需要投入大量的人力和精力，效率较低[54]。5.1.2Navisworks碰撞检查碰撞检查功能是BIM技术中应用得最早价值点，Revit、Navisworks及其它一些BIM应用软件，几乎都能实现碰撞检查的功能。考虑到Revit软件运行碰撞检查对电脑硬件要求比较高，检查过程的时间比较长，因此，本文选用Navisworks软件进行辅助碰撞检查。由于笔者只进行了该项目建筑结构及给排水管道专业的模型建立，虽然这两个专业之间很少出现碰撞，仅以此作为案例进行碰撞检查的应用情况的分析，具体步骤为：（1）附加文件。使用Revit外部工具，分别将建筑结构模型及管道系统模型导出到Navisworks软件中，通过软件中的附加命令，将两个模型进行整合。（2）进行碰撞设置。首先通过Navisworks中的ClashDetective工具进入碰撞检查参数设置界面。通过添加新任务，选择参与碰撞检查的对象，设置检查碰撞的类型等一系列操作，运行碰撞检查，得出检查报告（如图5-1所示）。（3）根据碰撞报告，确定碰撞点信息。Navisworks软件在运行完碰撞检查后，软件会自动生成碰撞检查报告，报告内会罗列出碰撞点的位置信息和碰撞点的数量，点击可直接链接到模型中，并在模型中高亮显示，便于查询碰撞情况（如图5-2所示）。（4）碰撞修改。Navisworks软件作为一个应用平台，不能直接对模型进行更改，需要返回到Revit软件中进行模型的修改。Navisworks在该功能上的优势在于，可在选择树直接右击该结构名称，通过“返回”功能，在打开的Revit软件中定位44 青岛理工大学工学硕士学位论文该管道位置（如图5-3所示），重新运行后，模型的修改情况会同步到该碰撞报告中，碰撞结果中任务状态颜色会由红色（新建状态）变为黄色（已修改状态），即已排除该碰撞点。图5-1碰撞检查任务设置图Fig.5-1ThefiguresettingofCollisionchecktask图5-2某管道与结构碰撞位置信息图Fig.5-5Thecollisionlocationinformationofapipelineandstructure45 青岛理工大学工学硕士学位论图5-6碰撞信息返回模型图Fig.5-3Thediagramofcollisioninformationreturntomodel5.1.3BIM在碰撞分析中的优势对建筑信息模型进行碰撞检查，就是对模型的一个审核过程，通过对各专业设计整合后的综合模型的审查，发现设计中隐藏的未被发现的问题，并进行修改，为项目施工提供一个最优化的施工模型。与传统的相比，BIM的优势体现在：（1）利用BIM技术所提供的应用平台，可将项目包含的各专业的设计模型整合到同一个模型中，可以进行各专业自身以及专业间的碰撞检查，并形成检查报告，可根据报告中的错位信息进行直接修改。由于模型是建筑物真实的表达，无论是尺寸还是空间位置都与实际建筑相同，能够展示二维图纸中不能展示的一系列问题。（2）在模型中通过明确标注的管线定位标高，可直观准确的看到管线的分布情况，且在模型构建时，系统将对单个专业内的模型碰撞问题进行提示，减少了修改工作量。（3）使用BIM技术进行碰撞检测，可以彻底地检测各专业的冲突问题，基本可消除所有碰撞，还可以通过碰撞检测修改过后的图形进行施工交底、模拟。5.2虚拟施工进度施工进度控制是建设项目施工前期重要任务，进度控制是否到位直接影响施工能否顺利进行。施工进度控制主要是根据业主规定的工期以及现有资源供应条件，将工程进行分部分项，施工顺序进行合理的组织后作出具体的施工安排，包括开始时间、结束时间、人力安排、材料使用情况等。通过对施工进程定期跟踪，46 青岛理工大学工学硕士学位论文核实实际工程进度与计划进度对照，比较分析两者之间的偏差，并对偏差产生的原因及影响因素进行分析评估，通过组织、协调及监督监理单位、承包商及相关施工单位等有效措施，调整施工进度计划，有效控制各项施工活动[55]。基于3D建筑信息模型进行的施工进度模拟，可以实现施工过程的可视化管理，进而对已有的施工方案进行验证、优化操作，对施工方案进行实时、逼真和交互的模拟，根据施工阶段性目标不断更新完善。[56]。5.2.1传统进度控制存在的弊端传统进度管理工具的应用，在一定程度上提高了工程效率，但依然存在较多的局限性。传统的管理方式是以表格、图形等纸质文档为媒介，借助工具式软件完成各类人员之间的沟通协调，如CTM技术等。这些方法工作效率低、信息传递不流畅、图表表达不直观，不能满足现代施工管理的要求，主要表现在一下几个方面：（1）网络图设计复杂，表达抽象，非专业人士理解困难，不利于沟通交流。（2）项目分解不细致，逻辑关系根据经验确定，准确性得不到保障，导致计划编制经常发生不合理现象。（3）传统的网络设计过于刚性，无法针对施工过程中的工程变更和环境变化现象及时调整计划，优化调整复杂。（4）计划的确定主要依赖于设计者的经验，难以保证进度计划的规范化和标准化，在施工过程中发现错误后再进行修改，将会导致工期的延误，影响工程质量。（5）传统的进度管理方法不能直观显示项目的进度计划，跟踪实际的施工进度情况，无法对施工中的突发事件进行预知与处理，不能描述施工现场空间的使用和布置，以及动态的分配资源。5.2.2施工过程模拟实现通过上一章节分析可以知道，3D建筑信息模型是实现虚拟施工的基础，通过使用相关的BIM应用软件，结合部分编程，实现全面、准确的建筑工程施工过程的模拟。本节中拟采用Navisworks软件，用于实现虚拟施工进度的BIM技术应用。实时4D模型创建的具体方法：Revit平台完成的3D模型，通过Revit中外部工具导出至Naviswoks软件中，同时导入详细的施工进度计划，将施工任务包含47 青岛理工大学工学硕士学位论的结构内容创建集合，附着到任务中，并与施工进度计划进行关联，结合Navisworks虚拟动画工具即可实现施工过程三维模拟。（1）建立施工进度计划由于污水处理工程建设项目规模较大，且施工过程较为复杂，需要专业施工人员根据经验将整个项目分解为一个个的基本单元，利用Project软件进行施工进度计划的编制，通过施工经验估算任务的工期以及不同任务之间的关联关系，形成施工进度计划的甘特图。使用Navisworks软件中的Timeliner工具，将进度任务导入Navisworks平台（如图5-4所示），即可为3D建筑信息模型添加时间信息。图5-4施工计划图Fig.5-4Constructionprogram（2）创建选择集使用Navisworks中的Timeline功能，将进度计划中个基本单元所包含的构件创建为选择集，并附着到对应的任务名称中，完成进度信息与模型的关联，即可完成施工进度的模拟（如图5-5所示）。在4D模型中，通过定义每道工序甚至每个构件的作业时间，能够把任意时间点的工程进展情况展现出来，方便项目经理向各作业班组人员布置进一步工作任务，并与计划进度作对比，随时掌握进度偏差，发现进度计划中的问题，从而及时调整方案，合理安排人工、材料、机械等资源，确保按期完成任务[57]。48 青岛理工大学工学硕士学位论文图5-5任务与模型集合附着图Fig.5-5Thefigureofsettingtasksandmodelsetattached5.2.3仿真结果的实现三维施工进度模拟结果如图所示。图5-6三维施工过程模拟效果图1Fig.5-6Thesimulationeffectof3Dconstructionprocess(chart1)49 青岛理工大学工学硕士学位论图5-7三维施工过程模拟效果图2Fig.5-7Thesimulationeffectof3Dconstructionprocess(chart2)图5-8三维施工过程模拟效果图3Fig.5-8Thesimulationeffectof3Dconstructionprocess(chart3)图5-9三维施工过程模拟效果图4Fig.5-9Thesimulationeffectof3Dconstructionprocess(chart1)50 青岛理工大学工学硕士学位论文虚拟施工进度可以实现在施工之前将施工过程进行演示，可以通过演示的施工过程发现施工进度中存在的问题，并进行及时的修改，避免实际施工中才发现问题，造成工程的变更及返工现象。也可制定不同进度计划，通过虚拟施工，选出较优方案，通过对进度计划的修改从而制定最佳施工方案，对施工过程进行有效的指导[58-59]。5.3虚拟施工进度过程中存在的问题通过对BIM三维模型应用于碰撞检查及施工进度控制等方面的实际案例操作，总结了一些经验和建议如下：（1）对碰撞结果进行修改时，可通过Navisworks自带的返回功能，返回到Revit模型中进行修改，进行此操作是必须保证该原模型的Revit文件被打开，且该文件只能是导出到Navisworks的模型原始文件。（2）创建模型时各结构的名称属性，将显示在选择树中，结构的命名是否准确直观，将直接影响选择集的创建速度。因此，在建模过程中，应尽可能将结构信息表达在名称中，如墙体分为外墙和内墙，墙体位置、厚度也不同，因此在命名时可将信息进行综合，如“沉淀池-内墙-200mm”，通过名称即可得到需要的信息，在创建选择集中，可根据进度计划，直接选择，而避免了比对模型中浪费的时间和精力。对于内部结构复杂的水处理构筑物，该命名方法显得尤为重要。（3）由于个人专业能力的限制及建模水平有限，创建的模型比较粗糙，对施工进度计划的制定不够专业，使模型施工仿真结果不够细腻，在此仅作为辅助工具进行应用介绍，希望在以后的学习研究中能够继续改进和提高。5.4BIM模型在其他方面的应用5.4.1施工图提取污水处理工程作为建筑工程的一种，为表达建设内容，必然需要大量图纸，，且污水处理工程较一般建筑工程设计难度更大，图纸绘制的难度也就更大、数量更多，无形中增加了施工过程中识图的难度。污水处理工程中每个工艺环节对应一个或多个单体结构，每个单体的结构复杂且总类繁多，且涉及多专业工程，各工序在空间立体交叉，仅靠传统二维图纸很难对设计意图进行详细的解释，无法保证工程师在图纸的理解、设计的纠错、工程量的计算等方面工作上拥有足够的准确性和效率性。51 青岛理工大学工学硕士学位论针对以上问题，应用BIM技术所创建的3D建筑信息模型，能够更加直观、高效地进行信息的传递，最大程度的减少各专业间的协调错误。通过将二维设计进行具象化处理，可以呈现出的不同视角的可视化信息模型，帮助施工人员准确的理解设计内容。利用软件的“剖图框”工具，可以将构筑物模型从任何角度进行剖切（如图5-10所示）。通过对内部结构的展示，能够直接查询内部孔洞、设备基础及预埋件等附属构件的位置，为施工带来极大的便利，同时也方便了对构筑物的检查、复核工作。图5-10模型剖图Fig.5-10Sectionofmodels5.4.2工程量统计BIM技术不仅改变了传统的设计、施工模式，也影响着建筑工程的全生命周期的管理模式[60]。由于污水处理工程具有结构复杂、工程量大、设备种类繁多、投资较大等特点，无形中提高了工程数量计算的难度。传统的工程量计算主要以手工算量为主，利用excel作为辅助工具，造价人员在大量二维图纸的基础上进行人工统计，需要花费大量时间去核实各种结构的数量表。52 青岛理工大学工学硕士学位论文BIM技术所创建的参数化的模型，在建模的同时通过大量参数对各个构件结构进行约束，如构件的尺寸、型号和材料等，且每个模型都是通过BIM技术在可视化的环境中进行反复修改、优化的成果，因此，利用BIM技术能有效的提高材料、设备的统计的准确率。Revit软件自带工程量计算功能，对于统计个数工程量，只要模型中表达准确就能进行统计，而对于以面积、体积、质量为统计单位的工程量，则需要用户在建模过程进行相关参数的设置，即可在工程量统计中直接提取，形成单独的明细表（如图5-11所示）。利用建筑信息模型，也可直接导出工程预算和物资计划数据表，避免了传统手工算量方式中根据平面图纸按比例测算、分步累加的不足，保证了计算的准确性，提高了工作效率。图5-11明细表Fig.5-11Thedetailedstatement5.5本章小结本章主要基于建筑信息模型，对BIM技术在施工阶段的碰撞检查和施工进度控制等方面的应用情况进行探讨。首先借助BIM施工应用软件—AutodeskNavisworks软件将不同专业的模型整合到一起，利用软件的ClashDetective工具对模型进行建筑结构及与管道系统不同专业间碰撞检查，通过软件导出的检测结果，返回到模型中进行修改，得到最优施工模型。将最终的3D建筑信息模型导入施工进度计划的时间维度，形成4D进度控制模型，对施工进度进行虚拟动画演示，发现进度计划中存在的问题，并进行修改，优化得到最佳施工方案，有效指导施工53 青岛理工大学工学硕士学位论过程，提高施工效率及准确性。同时，对BIM在其他方面的应用作了简单介绍，如基于建筑信息模型在施工识图、工程量统计，为解决施工过程中图纸理解、工程量计算、设计纠错、施工协调等方面的控制提供参考依据。在实际应用探索过程中，对BIM技术相关应用软件在使用过程中存在的问题进行经验总结，并针对相应的问题提出了解决方法。BIM作为新兴技术，在使用过程中会不可避免的存在问题，通过对技术的不断深入了解及对软件的熟练应用，在实践过程发现问题，并不断探索问题的解决方法，BIM技术必将会逐渐完善和成熟。54 青岛理工大学工学硕士学位论文第6章结论与展望6.1结论基于BIM技术在建筑行业应用的迅速发展，为解决污水处理工程建设现状中存在的问题，本文提出了将BIM技术引入污水厂处理工程的理念，并探讨污水处理厂BIM模型的构建方法及其在施工阶段具体应用。首先介绍了BIM技术的起源、概念、国内外发展现状及特点，通过对相关软件的了解，选出适用于与本次建模的核心建模软件及应用软件；其次，基于青岛某污水处理厂二维设计图纸，进行构筑物3D建筑信息模型的构建，在模型构建中探索适用于水处理构筑物的建模方式；第三，在构筑物建筑信息模型基础上，利用Navisworks软件进行不同专业间的碰撞检查，并将进度信息导入优化后的模型，形成4D进度模性，虚拟施工进度，实现可视化施工进度管理。本研究的创新之处主要是：针对传统的二维、三维设计无法满足日益复杂的污水处理工程建设现状的问题，提出了基于BIM技术建立建筑信息模型的设计新途径；在模型构建的过程中，提出了适用于污水处理工程的特殊建模方法，并通过实际案例操作，进行可行性分析；探讨了三维建筑信息模型在进度控制管理、碰撞检查等施工方面的应用。本文所做的工作和得出的主要研究结论如下：（1）探讨水处理构筑物建筑信息模型的构建方法。通过对污水处理工程建设工程与建筑工程特点的对比，提出了不同于建筑工程的建模方式—拆分建模，并分别从理论与实践两方面，分析了该建模方法的可行性。拆分建模即将复杂的水处理构筑物拆解成简单的单体，对于重复利于率高的单体，创建标准构件族，在后续建模工作中可直接使用，提高了建模效率。（2）以某污水处理厂的作为研究实例，完成三维信息模型的构建。使用RevitArchitecture软件进行构筑物建筑结构信息模型的构建，后将其链接到RevitMEP软件中，进行管道系统模型的协同设计，完成的综合不同专业的三维信息模型的构建，实现专业间的信息共享。（3）利用三维建筑信息模型，实现虚拟施工。55 青岛理工大学工学硕士学位论将3D模型导出到Navisworks软件中，利用软件中ClashDetective工具对模型进行结构与管道系统的碰撞分析，并针对检查报告对模型进行修改及优化。将优化后的3D模型与进度计划中的时间信息链接，完成4D建筑信息模型，进行施工进度动态模拟，实现施工过程的可视化[61]。（4）在模型基础上，实现施工图的提取、工程量统计提取等。通过深化、加工施工图，提取所需的剖面图、节点详图及构件详图，使施工图变得直观而简单。同时利用模型进行工程量统计，实现成本和耗材的实时监控。6.2建议与展望本文对建筑信息模型在污水处理工程中的应用研究仍属探索性研究，正因如此，虽取得一些成果，也存在很多局限和不足：（1）在模型的建立过程中，由于自身经验的缺乏和数据收集的不完整，在模型建立后，很多细部构件无法准确描绘，导致在对模型进行碰撞检查时，检查结果不够全面，希望在后续的工作中能够继续探索加以改进。（2）在4D模拟建造的应用方面，虽然对项目管理工作有一定的实际意义，但，3D实时模型只关联了时间信息，而没有读入人、材、机等资源信息，没有发挥出BIM技术的最大优势，实现BIM技术更深层次的应用。（3）限于时间及个人精力，没有尝试研究更多BIM软件在施工阶段的应用状况，仅依赖Revit这一主流建模软件建立的实时模型展开探讨势必有失偏颇。同样，对于其他用于施工项目管理的BIM软件，仅通过查阅文献和网站了解其应用价值，没有展开详细调研。（4）由于缺乏成熟案例和数据资料，论文也仅在前文分析基础上定性总结得出BIM技术引入施工应用的障碍。正是存在上述局限，有待后续学者在如下方面作进一步研究：（1）BIM模型是研究BIM技术应用的基础，在后续工作中，应尽可能的细化模型的创建，加强族库的完善和自身知识方面的补充，深入研究此问题。（2）进度管理作为工程项目三大管理之一，在施工阶段的重要性不言而喻，目前的进度管理软件软件，一种只能做4D模拟建造，另一种只能计算资源消耗量，还没有某一或某系列软件可以把两者结合。后续学者可作此方面研究，以推动BIM技术在施工阶段的应用。56 青岛理工大学工学硕士学位论文（3）BIM“云”技术的使用。同BIM技术是建筑领域信息化热点一样，“云”技术也是互联网通信领域的一个新理念，基于“云”计算的BIM技术应用研究也将成为建筑领域的新热点。在“云”计算模式下的BIM平台中，建筑过程中各专业人员可以实现信息共享和协同工作[62]。“云”BIM技术无疑将给施工单位各类人员之间交流带来便利。（4）相关法律问题。BIM理念强调模型信息从建筑全生命周期设计阶段向施工阶段的不断流转，这其中涉及到设计方的著作权等法律问题。这些问题造成了BIM技术很难在设计、施工两个环节当中顺利连通，阻碍了BIM技术在施工阶段的应用[63]。国家相关部门应尽快修订、完善软件相关规范，制定适合中国国情的统一标准，为BIM在我国的发展建立完善的行业体制、规范。本文对BIM技术在污水处理工程中的应用介绍，结合理论分析与实践分析的方法，偏重于基础性理论分析。后续的研究可重点关注实践应用，实现从设计到管理的全生命周期的应用研究，实现BIM技术在更广阔领域的发展。限于笔者的理论水平和条件，论文中也存在许多不足之处，恳请各方专家批评指正。57 青岛理工大学工学硕士学位论文58 青岛理工大学工学硕士学位论文参考文献[1]卞蕾.污水厂建设项目进度仿真模型和进度-费用联合控制模型构建的研究[D].青岛理工大学,2013[2]张建平.基于BIM和4D技术的建筑施工优化及动态管理[J].中国建设信息,2010,(02):18-23[3]美国BIM标准第一版第一部分：NationalInstituteofBuidingSciences,UnitedStatesNationalBuildingInformationModelingStandard,Version-Part1[R][4]ChuckEastman,PaulTeicholz,RafaelSacks,等.BIMHandbook(SecondEdition)[M].JohnWiley&Sons,2011[5]何清华,钱丽丽,段运峰.BIM在国内外应用的现状及障碍研究[J].工程管理学报,2012,(01):12-16[6]吴保平,邓佳.BIM离施工企业有多远[J].建筑,2013,(02):12-14[7]EadieR,BrowneM,OdeyinkaH,etal.BIMimplementationthroughouttheUKconstructionprojectlifecycle:Ananalysis[J].AutomationinConstruction,2013,36(01):145-151[8]贺灵童.BIM在全球的应用现状[J].工程质量,2013,(03):12-19[9]TakimR,HarrisM,NawawiAH.BuildingInformationModeling(BIM):ANewParadigmforQualityofLifeWithinArchitectural,EngineeringandConstruction(AEC)Industry[J].Procedia-SocialandBehavioralSciences,2013,101(02):23-32[10]朱佳佳.BIM技术在国内的应用现状探究[J].电子测试,2013,(17):97-99[11]柳娟花.基于BIM的虚拟施工技术应用研究[D].西安建筑科技大学,2012[12]张建平.基于IFC的BIM及其数据集成平台研究[J].第十四届全国工程设计计算机应用学术会议,2008[13]李江,论建筑施工中虚拟技术的新发展[J].中国房地产业,2011(9)[14]Autodesk公司官网.http://www.autodesk.com[15]李玉娟.BIM技术在住宅建筑设计中的应用研究[D].重庆大学硕士论文,2008[16]http://news.hit.edu.cn/2004/12-22/12160039.shtml（合作建BLM联合实验室的重大意义）[17]中国工程建设BIM研究报告[R].2010[18]雷丽英,骆汉宾.建筑业信息化标准体系设计[J].土木建筑工程信息技术,2010(4):9-13[19]P.W.H.Chung,L.Cheung,etc.Knowledge-basedprocessmanagement-anapproachtohandlingadaptiveworkflow[J].Knowledge-BasedSystems,2003[20]加强顶层设计,系统推进BIM在建筑领域应用-住房城乡建设部印发推进BIM应用指导意见[J].工程建设与设计.2015(08):9[21]2011-2015年建筑业信息化发展纲要[J].土木建筑工程信息技术.2011,(02):110-113[22]杨宝明.工程造价管理新思维[N].建筑时报,2010-2-10(003)59 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青岛理工大学工学硕士学位论文致谢不知不觉研究生生活已接近尾声，学位论文的工作也告一段落。在论文撰写的期间，老师、师兄、师姐以及身边的同学好友都给了我极大的帮助，我才能这么顺利的完成论文，在此，我想对他们表达我最真诚的谢意！课题组柳超博士在论文研究过程给予我很大的帮助，她对BIM技术的研究以及发表的相关论文，都对我的写作起了很重要的左右，在此表示由衷的感谢。我要感谢我的导师—苗群教授，感谢苗老师从资料收集、开题到文章框架构思以及软件学习过程中给我的指导和帮助。在老师的指引下，通过查询相关资料，我顺利完成开题；在前期的软件学习中，老师在学习资源上的给予我们最大的支持，软件教程、书籍，都为我们一应备全。在我构思文章框架感到迷茫时，老师给我理清思路，指明方向。尤其在论文写作的后期，老师经常会询问我论文写作的情况，为我分析论文内容、答疑解惑，提出建议，为我的论文增添亮点。在苗老师的影响下，我学到的不仅是专业知识，更是科学研究态度以及解决问题的思路，这些影响在这两年多的时间里潜移默化的推动着我进步。同时，感谢刘志强教授在我的学习和生活中给予我的关心和指导，在工作上，有条不紊的态度给我很大的影响。在生活中，刘老师给予我们的关怀，让异乡求学的我们感到无比的温暖。同样要感谢的是实验室兄弟姐们的帮助，是他们造就一个良好的工作环境，能让我们专心的写论文，感谢同级的刘丽、李晔、程一桥、张坤南在我论文学习中给我的帮助，感谢黄迪、李慧、张倩、刘琳琳师妹，在我写论文期间给予我的支持，让我能集中精力在论文的写作上，不必为其他事情分心，也感谢她们在后期一遍一遍的为我查找论文中的错误，不厌其烦的帮我完成论文的修改。最后，感谢论文中所引用的文献的各位作者们，是你们的研究成果的帮助和启发，我才能完成论文的写作。由于我的学术水平及写作能力有限，论文中难免有不足之处，恳请各位专家老师以及学友们批评指正，谢谢！64'