基于北線引水工程（安全隱患整改）項目淺析BIM技術在水務工程項目管理中的應用

◎吳翼鍇 深圳市深水兆業工程顧問有限公司

陳斯祺 深圳市深水水務咨詢有限公司

水務工程，區別于建筑工程和傳統水利工程，通常是重點解決城市水問題的系統工程，具有涉及專業多、專業交叉復雜、地形及邊界條件多變的特點。現階段水務工程的BIM應用相對建筑工程、軌道交通工程較少，且BIM應用深度不足，目前階段主要以少數專業或單個節點翻模為主，突出BIM可視化特點，深化應用較少，對項目管理水平提升效果不明顯，未能體現BIM技術在水務工程項目管理的應用。因此，有必要探索研究BIM技術在水務工程項目管理中的應用。

1.研究對象

本文研究對象選取深圳市北線引水工程安全隱患整改項目，該項目屬應急搶險工程，位于深圳市西北部，工程線路全長19.46km，工程輸水規模為120萬m3/d，管道改建8.57km，管道施工共劃分為11段（A～K段）與1座高位水池。深圳市北線引水工程安全隱患整改項目是深圳市水務工程建設的典型案例，主要具有以下4項難點：

（1）工期緊、任務重，進度管控要求高。北線引水是深圳市供水主動脈，市水務局對供水管整改過程中的停水時間有著明確要求，工程碰口段和原位換管段施工必須在停水時間內完成。

（2）環境復雜，區段多戰線長，協調管理難度大。本項目位于城市建成區，分布區域范圍廣，區段多、戰線長，施工期間面臨既有管線、綠化遷移、管線遷改、交通疏解等問題，涉及到廣大居民的正常生活。

（3）頂管施工占比高，現有管道管線保護任務重。本工程輸水管線線路長，所處環境復雜，沿線有市政道路、各種建筑物、構筑物，改造段附近的地下有各種管線包括燃氣管道、給排水、電力電信管線等各種市政管線。因此對現有建構筑物、管線、管道的保護是本工程的重難點。

（4）危大工程清單多，風險系數大。部分頂管施工位于市政道路側邊人行道邊，車流量大，行人多，地下管線較多且較為隱蔽，且大部分改線明挖、原位換管與現狀北線管中心間距約7m，支護結構距現狀供水管道距離約3m。且本工程基坑都為深基坑，最深處基坑約22米，風險系數大。

2.BIM組織管理

為達成項目建設管理目標，組建BIM中心，分設BIM平臺研發組和BIM服務實施組，BIM平臺研發組負責BIM協同平臺的研究與運用，結合無人機、GIS、互聯網等高新技術，探索新的工程管理模式、研發管理平臺；BIM服務實施組主要負責模型創建、方案比選、設計深化、施工工藝管理與模擬。BIM中心團隊成員專業涵蓋了土建、機電、鋼結構、無人機、GIS與軟件技術等，具備豐富的BIM項目管理經驗，同時規范明確崗位職責，所有成員各司其職，發揮作用。

3.BIM實施

3.1 建模標準

高精度建模。項目模型按LOD500級精度標準開展建模，規范了模型命名規則、單位坐標設置、模型拆分與合并規則、模型視圖創建、模型顏色標準等，項目模型構件參數和屬性完整，可應用于運維階段。見圖1。

圖1 建模標準

3.2 碰撞檢查

開展碰撞檢查，可找出工程隱蔽錯誤、減少物理與工藝碰撞，進而優化設計方案，減少工程返工。將各專業的模型導入Navisworks軟件，通過該軟件的碰撞檢查功能開展模型碰撞檢測。經檢測，本項目發現多處支撐與包封砼碰撞，預留孔錯位等問題，將問題的碰撞點形成碰撞報告并協同各專業設計人員進行相關的變更優化，避免了后期返工，節約了工程成本。

3.3 模型算量

基于模型開展工程算量。通過記錄施工進度信息，并使之綁定BIM模型，結合Revit建模軟件，導出工程量明細表，將工程量明細表中的工程量與招投標清單中的工程量數據進行對比，找出可能存在的工程量錯漏點，提高算量效率及精準度。

3.4 工序模擬

通過BIM 技術開展施工工序模擬。將BIM 模型與施工單位報送的施工進度計劃進行綁定，利用Navisworks軟件開展施工工序模擬，直觀查看項目施工全過程進度影像。以此分析施工進度計劃的可行性、合理性，對可能存在的工序沖突，組織專業人員合理調整施工進度計劃。施工工序模擬還有利于非專業人士對項目深度理解，輔助項目頂層決策。見圖2。

圖2 工序模擬

3.5 工藝模擬

在傳統施工交底工作中，技術人員只能通過二維CAD施工圖紙，自行發揮空間想象力，在腦海中構建三維立體圖形，但每個人空間想象能力不同，不同人員對同一個施工圖紙擁有不同的理解與認知，導致技術交底深度不一，交底工作難以落實。通過將BIM技術運用到施工交底環節，能夠利用BIM技術構建可視化BIM模型，對施工工藝進行模擬，使一線施工人員能夠對施工中各個復雜節點有一個清晰、直觀的認知與理解，增強技術人員之間的溝通與交流，全面落實技術交底工作。本項目針對工程重難點，開展施工工藝仿真模擬，便于發現工藝銜接過程中存在的問題，便于技術方案研討及可視化技術交底，有效提高溝通理解效率，確保施工方案準確實施，避免返工。

4.BIM管理平臺

為實現進度節點精準管控，提出以BIM為特色，以進度管理信息化、自動化為導向開展協同創新，項目組研發了基于工程量匯報的BIM進度動態管理平臺，并投入項目應用，有效解決了現場點面多戰線長，管理人員無法及時掌握現場情況的局面。

BIM模型與項目施工進度計劃導入BIM進度動態管理平臺，實現大體量BIM模型基于Web端的輕量化展示，BIM模型與施工進度計劃自動綁定，開展施工進度動態模擬。見圖3。

圖3 BIM進度動態管理平臺

BIM模型與實際施工進度數據綁定，實現不同時間節點的實際完成和計劃完成均以實體模型展示，所見即所得。并賦予不同顏色表達不同進度狀態，紅色代表滯后，綠色代表提前，灰色代表正常完成，通過此功能，可快速、全面了解項目施工進度總體情況，快速定位到滯后工程，為項目管理人員協調施工安排提供數據支撐。見圖4。

圖4 施工進度動態

基于施工方工程周報數據，達成進度數據的實時計算、匯總與分析，自動生成各類報表，實現工期動態預測與工期偏離預警，為管理者提供精準分析數據，輔助項目決策。

5.無人機應用

本項目位于城市建成區，分布區域范圍廣，區段多、戰線長，且危大工程清單多，風險系數大。為了提高管理效率，降低危大工程巡檢危險性，減少人力資源支出，項目研發應用了無人機值守智能巡檢系統，該系統集成了無人機、機巢、軟件操作系統等軟硬件，是基于無人機技術的拓展應用。系統主要技術點包括無人機自動機場及三維精準導航技術，實現無人機精準起降、自動換電、自動數據處理，徹底解放無人機操作員和內業處理人員，從而替代部分人工現場巡檢。該應用屬于國內首批。見圖5。

圖5 無人機值守智能巡檢系統

三維精準導航是無人機控制關鍵技術，核心是三維導航地圖及任務編程。實現無人機脫離人工控制進入全自動精準采集數據時代，能根據現場地形地貌、拍攝任務設計飛行軌跡、拍攝參數，配合遠程控制技術實現類似“千里眼”的體驗，遠程操控無人機開展安全質量巡檢，遠程操控無人機開展質量安全巡檢，人工巡檢需30分鐘的施工段，利用無人機可在10分鐘內完成巡檢并留存影像資料，有效減少人員投入成本。見圖6。

圖6 無人機質量安全巡檢

無人機值守智能巡檢系統內建立了基于GIS技術的工程電子沙盤，融合照片、視頻、全景影像、正射影像、傾斜攝影及BIM模型等成果，實現工程實景瀏覽、進度對比、圖上測量、飛行漫游等功能，直觀、全面掌握工程實際情況。見圖7。

圖7 電子沙盤

利用無人機技術開展三維算量。以 Phantom 4 RTK無人機+PPK基站為工具，對挖、填土方前后的地形地表數據進行掃測，將兩次掃測的地形地表數據進行高程差計算，生成挖、填土方量成果。成果精度滿足《1:500地形圖測量規范》高程±5CM要求，實現無需到施工現場，快速掌握現場挖、填土量，輔助工程量計算工作。

6.結語

通過BIM、GIS及無人機技術在深圳市北線引水工程（安全隱患整改）項目的應用，實現項目管理的可視化、動態化、高效化，使項目工期縮減20天，節約總成本約8%，該應用成果榮獲第五屆“科創杯”中國BIM技術大賽最佳專項應用一等獎。

深圳市北線引水工程（安全隱患整改）項目作為深圳市水務工程的典型案例，通過BIM+新一代信息技術在項目的成功應用，揭示了BIM技術在水務工程項目管理中的可行性及可塑性，為今后水務工程項目提供了較高的參考價值。