作为国内第一个深层隧道排水工程项目，广州市深隧工程东濠涌试验段一直备受关注。该示范工程已于2014年8月动工，长1.77 km，工程总投资约6.8亿元，预计2017年交付使用。作为该项目的主要设计团队——广州市市政工程设计研究总院开展了大量技术研究工作。为此，《中国给水排水》于2016年11月起，开设“广州深隧技术专栏”，陆续刊登这一系列研究成果，其中涵盖专业基础研究、建模、竖井设计及预处理技术、通风排气和除臭、防水和结构耐久性等内容。
吴冬毅（1982-），广西柳州人，硕士，BIM工程师，主要从事市政给排水工程设计及咨询、BIM相关技术开发与咨询工作。
BIM技术在广州深层隧道排水工程建模及展示的应用
广州市深层隧道排水系统——东濠涌试验段工程作为国内深层隧道排水系统的首次工程实践，目前正在顺利实施中。本课题以东濠涌试验段工程为例，基于工程前期的设计资料，集成相关设计信息，建立起所有竖井模型、深隧主/支隧道模型和隧道管片模型等，并对各模型进行总体装配和拼接，形成完整的系统模型，实现项目的三维可视化展示，为下阶段BIM技术在东濠涌深隧工程设计、施工及运维阶段的应用研究打下基础；同时确立完整的深层隧道排水系统模型创建流程、构件拆分和命名标准，创建可以在其他类似深隧工程中重复使用的构件及设备族库，为今后开展类似工程BIM建模和应用做好技术储备。
1 工程概况
东濠涌深层隧道试验段工程作为广州市中心城区深层隧道排水系统规划的6条分支隧道之一，主要建设内容包括：外径6 m的深层隧道约1.77 km，直径3 m的新和浦涌排水管道约1.4 km，深隧入流竖井4座，分别为东风路竖井（入流量31 m3/s）、中山三路竖井（入流量4.8 m3/s）、玉带濠竖井（入流量4.8 m3/s）和沿江路竖井（入流量23 m3/s），排水泵站一座（排洪泵组48 m3/s、排空泵组3210 m3/h）。服务范围为整个东濠涌流域范围，总汇水面积1247 hm2。工程实施将提高东濠涌全流域截污系统的截流倍数，削减雨季合流污水和初期雨水溢流污染，提高流域干渠排水标准至P=10年。
2 BIM建模研究
2.1平台选择
Revit平台是一个综合的三维建模平台，它包含Revit Architecture（建筑）、Revit Structure（结构）、Revit MEP（水暖电设备）等专业模块，可满足本项目大部分专业建模要求。Revit平台数据可以被Autodesk旗下多专业多平台软件所读取利用，如3DMAX，Navisworks等模拟和渲染平台。考虑到Revit平台使用较广泛，与传统设计采用的AutoCAD平台以及国内其他的BIM应用软件兼容性好，在国内有包括污水处理厂在内的大量市政工程应用实例，因此，选择了Revit平台作为BIM核心建模平台。
此外，本课题后期展示软件试用了可视化和仿真软件如Navisworks、3dsMax、Lumion、Fuzor等。
2.2确立项目建模标准
通过分析项目特点和软件的要求，并参考了《中国市政设计行业BIM实施指南（2015版）》，确定了项目的建模方法和流程，确定了统一的项目文档管理方法、模型拆分及命名方法、项目协同方法以及模型深度要求等一系列项目实施标准，确保项目按照统一的标准实施。
2.3协同方式
Revit软件提供了两种不同的协同方式：链接方式和工作集方式。其中，工作集方式适用于出现较多交叉衔接的同一具体项目的建模工作，链接方式则适用于协同要求不高的情况。
因此，在本项目中对于总体模型和各入流竖井模型采用了工作集方式进行多专业协同，对每个入流竖井则根据专业复杂程度、人员分配情况采用了多种协同方式：模型简单、专业内容较少、一个人能完成各个专业建模的可以合并到一个模型文件上，模型完成后上传到中心服务器；模型复杂、需要多人配合完成同一专业的（如排水泵站MEP模型）采用工作集方式；模型复杂程度适中、专业交叉较少的采用链接的方式。
2.4创建族、工作模板等基础工作
本次建模过程根据设计需要创建了深隧相关的大量建筑及设备族库，如各类大型闸门、格栅机、钢格板、花纹钢盖板等，并尽可能实现参数化，为下一阶段的建模工作奠定了坚实的基础。同时，族库还可作为成果积累，重复用于今后的深层隧道项目中。
此外，根据东濠涌深隧项目的特点和设计表达习惯，通过修改Revit软件自带的项目模板，确定和统一了软件的基本参数设置、材质设置、管线系统设置等，形成了适合本工程的建筑、结构、MEP等各专业的项目模板，使不同建模人员所建模型能够符合统一的要求。后期还将根据模型在项目各阶段的应用需求进一步完善，如出图标准、各类材料统计表样式等。
图1 为本项目所建立的族和工作模板
2.5入流竖井建模
分别完成了东濠涌深隧工程的入流竖井和泵站建模，包括东风路竖井、中山三路竖井、玉带濠竖井、沿江路竖井、尾端提升泵站，包含建筑、结构、工艺给排水、通风、消防、电气等主要设计专业。按照Revit软件的功能特点，将建筑结构专业合并建模；工艺给排水、通风、消防、电气专业合并建模（简称MEP机电模型）。
图2 各入流竖井三维模型
图3 排水泵站建筑结构模型三维剖切视图
图4 排水泵站MEP模型
图5 模型设备信息的录入和查询
2.6主/支隧道建模
主隧道建模时探索了两种不同方法。一种是先在AutoCAD的三维平台进行建模，之后简化并转换为Revit族文件在载入到项目文件中。采用这种方式建模优点在于可以依据带有平面位置和竖向标高的设计线型快速生成空间曲线模型，并且可以将细节展现得较好，甚至可以将每环宽度为1.5 m、包含的6片盾构管片的模型细节都建出来。但这种方式导致了模型细节过多，生成的族文件有上百兆，严重影响了模型整体运行。
图6 利用AutoCAD建立的主排水隧道模型（空间曲线，按管片划分）
第二种方法采用Revit族编辑器放样生成空间样条曲线的方式进行建模。放样生成的模型为简化模型，包含了隧道的总体尺寸、标高、材质等信息，但不包含管片模型等细节，生成的模型文件较小，基本可满足总体模型的拼装整合和后期总体应用需求。
图7 利用Revit族编辑器建立的主隧道（上）和支隧道模型（下）
2.7模型的总装拼接
在所有单体模型和主/支隧道模型建完后进行了所有模型的总装，通过链接的方式将所有竖井模型放到总体模型文件中，调整相应位置和标高，形成了项目总体模型。
图8 完成总装拼接后的总体模型
其中，玉带濠竖井与主隧道衔接处、沿江路隧道与尾端竖井衔接处是模型衔接的难点：由于连通隧道和主隧道均带有坡度，接口水平中心线不在一个平面上、衔接处也不是90°对接，因此在二维设计上只能给出平面示意图，确定了竖直方向上中心线的位置，接口处难以详细表达。具体建模中，采用了按相应形状新建空心族来剪切实体族的方式，实现了接口的完全贴合，体现了三维模型解决复杂空间问题的优势。
图9 对模型交接处进行剪切和拼装
3 模型的校核与展示
3.1模型的校核
模型完成后需要进行校核，主要从以下三个方面进行：（1）模型与图纸的对比审查；（2）模型外观审核；（3）模型信息审核。完成以上模型校核工作后，可继续开展设计检查工作，包括专业内部、专业之间的碰撞检查、设计规范符合性检查、设计合理性检查等，这些内容对专业知识的掌握和设计经验都有较高要求，主要以相关专业资深设计人员为主进行。
图10 试用后期虚拟现实软件Fuzor进行模型的三维可视化校核
3.2模型的三维可视化展示
模型建成后需要对成果进行全方位的查看，本课题试用了BIM后期展示软件Lumion对东濠涌深隧总体模型和部分竖井模型制作了内外部漫游视频进行虚拟查看，生成的动画视频文件也可以作为后期项目展示时使用。Lumion软件对于Revit模型的衔接较好，有专门的接口插件可以从Revit模型导出到Lumion上；后期动画制作过程简单易行，不需要对视频制作技术有很高的要求，渲染效果好、效率较高，对硬件要求低，一般设计人即可掌握，适合用于本项目的后期展示。
图11 东濠涌深隧项目虚拟漫游视频截图
除此之外，还可以用第一人称视角模拟行人在项目内部漫游，便于项目相关方对设计成果的各项细节进行虚拟查看，提前发现问题。
图13 竖井内部虚拟漫游视频截图
4 结语
（1）现有的建模软件还存在一些问题影响建模深度和工作效率，希望日后能有所改进。
（2）制定完善的项目建模标准并严格执行对于模型的质量和建模效率至关重要。
（3）建模不是会简单使用BIM软件就能完成，应尽可能由具有一定专业设计经验的人员参与相应专业的建模工作。
