BIM技術(shù)在昆明市第十三污水處理廠施工中的應(yīng)用

李學(xué)成

(中鐵八局集團(tuán)昆明鐵路建設(shè)有限公司，云南 昆明 650000)

1 工程概況

昆明市第十三污水處理廠位于昆明市西山區(qū)高峣立交東南角王家堆片區(qū)用地，占地約4.8萬(wàn)m2。工程主體為地下污水處理構(gòu)筑物，總建筑面積6.4萬(wàn)m2，建筑總高度<24 m。建筑結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。污水廠總規(guī)模12萬(wàn)m3/d，處理后出水水質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。污水處理的工藝為改良A2O生化池+二沉池+高密度沉淀池+V型濾池污水處理工藝。

2 BIM模型的建立及應(yīng)用

2.1 BIM技術(shù)應(yīng)用軟件的選用及模型建立維護(hù)流程

在BIM技術(shù)實(shí)施的過(guò)程中涉及到很多軟件，包括基礎(chǔ)軟件、工具軟件、平臺(tái)軟件。其中最基礎(chǔ)、最核心的是BIM建模軟件，其次是BIM工具軟件，軟件的選用決定后期是否能夠完成BIM技術(shù)的應(yīng)用點(diǎn)。軟件的選用應(yīng)考慮其功能性、可靠性、易用性、效率、維護(hù)性、可拓展性等因素[1]。

2.1.1 污水處理廠BIM技術(shù)應(yīng)用軟件的選用

相對(duì)于市場(chǎng)上各種BIM系列軟件及平臺(tái)，Autodesk BIM系列軟件及平臺(tái)在施工階段的應(yīng)用具有以下特點(diǎn)。

1)Revit系列軟件整合性高、簡(jiǎn)單易學(xué)。

2)參數(shù)化程度高。包含幾何信息和非幾何信息，Revit所做的模型不只是對(duì)象本身性質(zhì)的參數(shù)化，對(duì)象與對(duì)象之間的物理關(guān)系也能用參數(shù)化來(lái)表示。

3)目前Revit成為BIM建模的主流軟件。軟件的開(kāi)發(fā)程度高，其標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)于其他軟件較為成熟，在建模和模型分析時(shí)較為快捷高效。

4)Revit軟件針對(duì)建筑、水、暖、電安裝，而昆明市第十三污水處理廠的主體結(jié)構(gòu)則是含有建筑屬性的市政工程，在模型構(gòu)建和模型分析上具有很大優(yōu)勢(shì)。

5)污水處理廠包含大量的大型設(shè)備，如螺旋輸送機(jī)、潛水污水提升泵、砂水分離器、污泥切割機(jī)等，這些設(shè)備需要建族，而Autodesk BIM有大量的族庫(kù)，很多設(shè)備所需的族可以從族庫(kù)中選取，無(wú)需重新建族，整體上節(jié)省了時(shí)間和成本，提高了效率。

鑒于Autodesk BIM系列軟件及平臺(tái)以上特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，項(xiàng)目部決定采用Autodesk BIM系列軟件及平臺(tái)。具體軟件包括建模軟件Revit 2017、Navisworks Manage 2017、Autodesk BIM 360、廣聯(lián)達(dá)BIM5D、Fuzor 2017、AutoCAD 2017、Lumion 6.0以及一些數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、視頻制作的輔助軟件。

2.1.2 BIM模型建立及維護(hù)流程

根據(jù)Autodesk Revit 軟件的建模規(guī)則，進(jìn)行分專(zhuān)業(yè)參數(shù)化建模，包括建筑專(zhuān)業(yè)、結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)、工藝專(zhuān)業(yè)、暖通專(zhuān)業(yè)、電氣專(zhuān)業(yè)、綠化景觀以及施工場(chǎng)地三維模型。模型建立完成后整合為一個(gè)完整的污水處理廠BIM模型，這些模型不僅能表達(dá)出構(gòu)件的幾何信息，還集成了大量的非幾何信息，如構(gòu)件材質(zhì)、物理性能、廠家信息等[2]。將其導(dǎo)入分析應(yīng)用軟件中進(jìn)行分析指導(dǎo)施工、碰撞檢查、工程量提取等應(yīng)用。在應(yīng)用的過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，返回模型進(jìn)行維護(hù)，也可將模型信息關(guān)聯(lián)，進(jìn)行鏈接修改。

2.2 昆明市第十三污水處理廠核心模型的建立

污水廠BIM模型主要包括主體建筑結(jié)構(gòu)模型、工藝管道模型、暖通電氣橋架模型、施工場(chǎng)地模型、綠化景觀模型。

2.2.1 主體建筑結(jié)構(gòu)BIM模型構(gòu)建

污水處理廠共有4層，地下為污水處理構(gòu)筑物，地上為調(diào)度中心。負(fù)2層為處理工藝構(gòu)筑物，負(fù)1層為機(jī)電設(shè)備間。BIM模型異形構(gòu)件較多、難度大、精度要求高，在建模時(shí)采用了“工作集”和“鏈接”模式，把設(shè)計(jì)院提供的圖紙信息嚴(yán)格精確反饋到模型中，同時(shí)添加相應(yīng)的施工管理信息，建立一個(gè)“參數(shù)化”模型，其建模內(nèi)容及流程如下。

1)建模準(zhǔn)備。建模準(zhǔn)備階段包括了解項(xiàng)目概況、污水廠模型創(chuàng)建要求、項(xiàng)目主要圖紙信息收集。污水廠模型創(chuàng)建要求為項(xiàng)目精細(xì)度達(dá)到Level of Detail 400；土建建模需要總平面圖，各水工構(gòu)筑物單體圖以及相應(yīng)的平面圖，還包括圖紙中的非幾何信息。

2)創(chuàng)建項(xiàng)目樣板。建立標(biāo)高軸網(wǎng)以及基本信息設(shè)置，制定構(gòu)件命名規(guī)則，使最后的BIM模型數(shù)據(jù)能夠整合。

3)在項(xiàng)目的標(biāo)高和軸網(wǎng)上分專(zhuān)業(yè)建立污水處理廠梁、結(jié)構(gòu)柱、基礎(chǔ)、剪力墻墻、門(mén)、窗樓梯扶手等幾何模型構(gòu)件及相關(guān)參數(shù)。部分池體異形構(gòu)件則通過(guò)建族后導(dǎo)入模型中。

4)模型及數(shù)據(jù)合并。將結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)模型和建筑專(zhuān)業(yè)模型整合為一個(gè)模型，統(tǒng)一其BIM模型相關(guān)數(shù)據(jù)，主體負(fù)2層如圖1所示。

2.2.2 工藝管道、暖通橋架、機(jī)電設(shè)備BIM模型的構(gòu)建

污水處理廠包含各種污水處理設(shè)備和工藝管道系統(tǒng)、暖通橋架系統(tǒng)以及各類(lèi)配電箱柜等機(jī)電設(shè)備。設(shè)備數(shù)量較多、機(jī)電管線復(fù)雜、綜合排布難度大。在建模時(shí)采用統(tǒng)一項(xiàng)目樣板，根據(jù)CAD圖紙信息，運(yùn)用Revit MEP功能創(chuàng)建工藝管道、暖通橋架、機(jī)電設(shè)備BIM模型，模型包括幾何信息以及材料、外觀、廠家、物理性能等非幾何信息。其中最難的設(shè)備模型的創(chuàng)建，在設(shè)備建族之前，先根據(jù)施工圖紙將需要建族的設(shè)備按照類(lèi)別列出詳細(xì)的清單，如果Revit自有族中有，則在自有族的基礎(chǔ)上編輯修改，如果沒(méi)有則重新建族，然后導(dǎo)入模型中。最后形成一個(gè)系統(tǒng)的BIM模型。

2.2.3 場(chǎng)地BIM模型構(gòu)建

為了使場(chǎng)地使用合理，優(yōu)化施工平面布置，結(jié)合臨建方案運(yùn)用Revit的地形功能創(chuàng)建施工場(chǎng)地，包括項(xiàng)目部、人員通道、施工道路、施工車(chē)輛、塔吊群、吊車(chē)吊、挖機(jī)等。

污水處理廠主體完成后將進(jìn)行覆土建濕地公園，地面含大量的綠化景觀，根據(jù)設(shè)計(jì)院給出的綠化景觀設(shè)計(jì)圖，運(yùn)用3D可視化軟件Lumion 6.0進(jìn)行地表建模以及綠化植物、椅子等公園設(shè)施布置。

2.3 BIM技術(shù)在本項(xiàng)目中的應(yīng)用

2.3.1 施工總平面布置規(guī)劃

污水處理廠建設(shè)一共有四個(gè)標(biāo)段施工，在規(guī)劃時(shí)需要考慮各個(gè)標(biāo)段項(xiàng)目駐地建設(shè)和諧，高效利用現(xiàn)有的土地，在現(xiàn)場(chǎng)需布置長(zhǎng)約830 m的環(huán)場(chǎng)施工道路以及項(xiàng)目部、施工隊(duì)到工地施工現(xiàn)場(chǎng)員工通道。施工范圍大、高低跨度高，需設(shè)置多個(gè)鋼筋加工棚、材料堆放場(chǎng)、庫(kù)房、塔吊作業(yè)群。除此之外還要設(shè)置臨水臨電等其他施工設(shè)施。

基于以上施工平面布置的重難點(diǎn)，項(xiàng)目部BIM技術(shù)人員結(jié)合十三污水處理廠施工設(shè)計(jì)組織方案和臨建方案，運(yùn)用Revit將場(chǎng)地平面建立項(xiàng)目部駐地、鋼筋加工棚、施工道路、塔吊群、材料堆放場(chǎng)、庫(kù)房、文明施工設(shè)施等三維模型。同時(shí)建立吊車(chē)、挖機(jī)、裝載機(jī)、渣土車(chē)、汽車(chē)泵等施工機(jī)械BIM模型，并運(yùn)用Fuzor進(jìn)行場(chǎng)地規(guī)劃漫游模擬和不同階段的場(chǎng)地布置變化模擬，塔吊作業(yè)群旋轉(zhuǎn)半徑模擬，塔吊群高差模擬，幫助狹小的施工場(chǎng)地提前合理安排物料運(yùn)輸路線、物料設(shè)備放置，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)管理進(jìn)行指導(dǎo)，輔助施工組織設(shè)計(jì)合理安排。

2.3.2 土建結(jié)構(gòu)及綜合管線深化設(shè)計(jì)

結(jié)合十三污水處理廠工程項(xiàng)目異形構(gòu)造多、管線復(fù)雜、預(yù)留孔洞復(fù)雜的特點(diǎn)，采用BIM技術(shù)進(jìn)行三維碰撞檢查有明顯的優(yōu)勢(shì)和意義。BIM模型是對(duì)整個(gè)施工的預(yù)演，建模的過(guò)程同時(shí)也是一次全面的“三維校審”過(guò)程。在此過(guò)程中可發(fā)現(xiàn)大量隱藏在設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，這些問(wèn)題沒(méi)有超過(guò)規(guī)范要求，但受其他專(zhuān)業(yè)影響或?qū)儆诳臻g高度上的沖突，在傳統(tǒng)的單專(zhuān)業(yè)校審過(guò)程中很難被發(fā)現(xiàn)。與傳統(tǒng)二維平面圖紙檢查對(duì)比，三維碰撞檢查有以下優(yōu)勢(shì)。

1)將十三污水處理廠結(jié)構(gòu)模型、建筑模型、機(jī)電模型整合為一個(gè)模型，全面檢查專(zhuān)業(yè)碰撞情況，包括專(zhuān)業(yè)與專(zhuān)業(yè)之間的沖突、凈空分析。模型均按1∶1尺度建模，傳統(tǒng)情況下未能表達(dá)的部分均得以展現(xiàn)，從而將一些不能輕易發(fā)現(xiàn)而實(shí)際上卻存在的深層次問(wèn)題暴露出來(lái)。

2)采用Navisworks軟件進(jìn)行碰撞檢查。碰撞分硬碰撞和軟碰撞(間隙碰撞)兩種，硬碰撞指實(shí)體與實(shí)體之間交叉碰撞；軟碰撞指實(shí)體間實(shí)際并沒(méi)有碰撞，但間距和空間無(wú)法滿足相關(guān)施工要求；通過(guò)Navisworks軟件可以區(qū)分各個(gè)專(zhuān)業(yè)和碰撞類(lèi)型，然后進(jìn)行碰撞檢查。包括結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)、機(jī)電與機(jī)電、結(jié)構(gòu)與機(jī)電之間的軟碰撞和硬碰撞，以Word形式出具碰撞報(bào)告，能夠快速直接明了地檢查出碰撞，并且能定位出碰撞的位置，從而進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。

BIM模型的碰撞流程指利用Revit軟件建立BIM模型，通過(guò)Navisworks軟件，整合各專(zhuān)業(yè)模型并自動(dòng)查找出模型中的碰撞點(diǎn)，獲得需要的碰撞檢查的報(bào)告。主要工作分為以下六個(gè)階段：整合各專(zhuān)業(yè)模型；BIM模型校核并修改；利用Navisworks進(jìn)行各專(zhuān)業(yè)間自動(dòng)碰撞檢查；輸出碰撞數(shù)據(jù)；查找相關(guān)圖紙核對(duì)碰撞點(diǎn)；撰寫(xiě)并提供碰撞檢查報(bào)告并交付設(shè)計(jì)，進(jìn)行土建結(jié)構(gòu)及綜合管線深化設(shè)計(jì)。

Navisworks軟件檢查校對(duì)以后出的碰撞報(bào)告包括以下信息：碰撞涉及的專(zhuān)業(yè)、碰撞點(diǎn)所在的圖紙及圖紙中的位置、問(wèn)題描述、后果、優(yōu)化建議以及碰撞的三維截圖、CAD截圖。工程部可以在正式施工前將此碰撞報(bào)告交付設(shè)計(jì)人員進(jìn)行深化設(shè)計(jì)、二次變更，避免返工現(xiàn)象，進(jìn)而合理掌握施工進(jìn)度。

2.3.3 三維可視化交底

三維技術(shù)交底即通過(guò)三維BIM模型讓工人直觀了解自己的工作范圍及技術(shù)要求。三維技術(shù)交底相對(duì)于傳統(tǒng)的二維技術(shù)交底，不再是深?yuàn)W難懂的施工圖紙加復(fù)雜的文字描述，而是像看電影般直觀有趣，在技術(shù)人員和工人的大腦里形成立體印像，直觀形象，快速理解交底內(nèi)容，提高了交底的效率。在十三污水處理廠施工中，三維技術(shù)交底運(yùn)用了以下三種方法。

1)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況在辦公室進(jìn)行漫游模擬，分析構(gòu)件的幾何尺寸、鋼筋布，在辦公室對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行交底。

2)結(jié)合二維CAD施工藍(lán)圖，將池體異形復(fù)雜構(gòu)件進(jìn)行三維出圖，下發(fā)技術(shù)人員和班組長(zhǎng)，指導(dǎo)工人施工。

3)采用BIM云技術(shù)，將BIM模型及數(shù)據(jù)上傳云端，技術(shù)人員通過(guò)移動(dòng)終端(移動(dòng)平板電腦或手機(jī))進(jìn)行復(fù)雜構(gòu)件三維模型及相關(guān)數(shù)據(jù)查看，和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

2.3.4 BIM 5D施工進(jìn)度模擬

項(xiàng)目工期由540 d改為245 d，工期緊，施工過(guò)程中計(jì)劃進(jìn)度和資源供應(yīng)計(jì)劃繁多，在編制主體施工進(jìn)度計(jì)劃時(shí)用甘特圖表示進(jìn)度計(jì)劃，由于專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、可視化程度低，無(wú)法清晰描述施工進(jìn)度以及各種復(fù)雜關(guān)系，難以準(zhǔn)確表達(dá)工程施工的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。因此，運(yùn)用BIM技術(shù)建立4D模型，與施工進(jìn)度甘特圖建立關(guān)系，將空間數(shù)據(jù)、時(shí)間數(shù)據(jù)與物料數(shù)據(jù)整合在一個(gè)可視化的5D(三維+時(shí)間+成本)模型中，精確直觀地反映整個(gè)主體施工過(guò)程，實(shí)時(shí)追蹤當(dāng)前的進(jìn)度及物料情況，分析影響施工進(jìn)度的因素，協(xié)調(diào)各專(zhuān)業(yè)，制定應(yīng)對(duì)措施，縮短工期，合理安排物料進(jìn)場(chǎng)及加工，降低成本和提高施工質(zhì)量。

十三污水處理廠施工進(jìn)度模擬大致分為以下步驟：①將BIM模型賦予材質(zhì)，建立材料數(shù)據(jù)庫(kù)；②制定Project計(jì)劃；③把Project文件和BIM模型軟件導(dǎo)入Navisworks Manage，將進(jìn)度計(jì)劃與BIM模關(guān)聯(lián)；④制定構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)路徑，同時(shí)賦予時(shí)間和材料；⑤設(shè)置動(dòng)畫(huà)視點(diǎn)并輸出施工模擬；⑥根據(jù)動(dòng)畫(huà)分析合理、高效的施工進(jìn)度計(jì)劃，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

2.3.5 BIM模型算量

工程量的計(jì)算是工程造價(jià)、收方、驗(yàn)工計(jì)價(jià)中最繁瑣最復(fù)雜的部分。利用BIM技術(shù)輔助工程計(jì)算，加快了工程量計(jì)算的速度，同時(shí)BIM模型為“參數(shù)化”模型，包含精確的幾何數(shù)據(jù)和非幾何數(shù)據(jù)，計(jì)算精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于廣聯(lián)達(dá)等算量軟件。

十三污水處理廠運(yùn)用BIM技術(shù)算量?jī)?nèi)容包括土石方工程、樁基、基礎(chǔ)混凝土構(gòu)件、墻體、門(mén)窗工程、裝飾工程、工藝管道、電纜橋架等。

圖1 污水處理廠負(fù)二層BIM模型

3 應(yīng)用價(jià)值分析

基于十三污水處理廠施工的復(fù)雜性，項(xiàng)目部運(yùn)用BIM技術(shù)指導(dǎo)施工管理，取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益及應(yīng)用研究?jī)r(jià)值。根據(jù)施工組織和臨建方案規(guī)劃，塔吊布置共10臺(tái)塔吊，進(jìn)行施工平面布置規(guī)劃三維可視化及相關(guān)數(shù)據(jù)分析得出塔吊布置6臺(tái)滿足保證施工要求。在建模和模型審核過(guò)程中發(fā)現(xiàn)圖紙本身存在的設(shè)計(jì)筆誤和缺陷問(wèn)題共25處。通過(guò)Navisworks軟件進(jìn)行碰撞檢查，然后一一審查檢查出的碰撞，過(guò)濾非碰撞地方(由軟件自身原因?qū)е洛e(cuò)誤碰撞)，最終形成一份完整的碰撞報(bào)告單。將污水處理廠復(fù)雜部位進(jìn)行三維可視化交底，將工期由540 d優(yōu)化為245 d，在此工期施工中通過(guò)進(jìn)度模擬合理安排材料進(jìn)場(chǎng)和人員配備，最后主體結(jié)構(gòu)順利封頂，滿足了業(yè)主的工期要求。通過(guò)BIM模型數(shù)據(jù)進(jìn)行工程量提取，精準(zhǔn)高效，不需要進(jìn)行二次核算。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，各大施工單位在積極推廣和研究BIM技術(shù)指導(dǎo)施工。而作為昆明市第十三污水處理廠施工方，其采用BIM技術(shù)指導(dǎo)施工過(guò)程安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本管理的探索，取得了良好的應(yīng)用效果。應(yīng)繼續(xù)探索BIM技術(shù)在施工管理中更深層次應(yīng)用點(diǎn)，積極推廣BIM技術(shù)在建筑全生命周期中的應(yīng)用，推進(jìn)建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

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