BIM技術(shù)在江夏區(qū)清水入江污水處理廠工程中的應(yīng)用研究

張志彪 許亞強(qiáng) 田 鵬 陳思宇

（中信清水入江（武漢）投資建設(shè)有限公司，湖北 武漢 430200）

我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市化率不斷提升，大量基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的持續(xù)投入，在帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也給區(qū)域水環(huán)境帶來(lái)巨大的壓力。為實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，保護(hù)水體水質(zhì)生態(tài)環(huán)境尤為重要。增加污水處理廠的處理規(guī)模、改善污水處理技術(shù)工藝是解決該問(wèn)題的最佳途徑。以AutoCAD為主體、以工程圖紙為核心的設(shè)計(jì)施工管理模式無(wú)法滿足高度復(fù)雜化的污水處理工程的要求，急需尋找新的技術(shù)方法，取得新的進(jìn)展。BIM技術(shù)的引入為解決這些問(wèn)題提供了新的方向[1-3]。

文章以武漢市清水入江污水處理廠項(xiàng)目為例，詳細(xì)論述了BIM技術(shù)污水處理廠工程中的應(yīng)用。基于BIM軟件運(yùn)用，針對(duì)污水處理廠工程項(xiàng)目施工階段的質(zhì)量、成本、進(jìn)度三大管理目標(biāo)，為項(xiàng)目施工過(guò)程中關(guān)于管線碰撞、設(shè)備安裝、洞口預(yù)留等復(fù)雜施工過(guò)程提供便捷的施工參考，為同行業(yè)工作者提供思路。

1 基本理論

1.1 BIM技術(shù)的定義

BIM技術(shù)是建筑工程行業(yè)的數(shù)據(jù)化工具，延伸至污水處理廠工程領(lǐng)域，可通過(guò)計(jì)算機(jī)的虛擬仿真環(huán)境整合工程項(xiàng)目相關(guān)的數(shù)據(jù)資料，匹配項(xiàng)目管理系統(tǒng)中不同來(lái)源的數(shù)據(jù)，進(jìn)而為污水處理廠工程搭建全生命期的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)和信息共享平臺(tái)，達(dá)成智慧建造、運(yùn)維的目標(biāo)[4-5]。

1.2 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

BIM技術(shù)相較于CAD而言，最突出的特點(diǎn)是空間維度的增加與信息量的增長(zhǎng)，除傳統(tǒng)的污水處理廠三維模型外，BIM技術(shù)可疊加進(jìn)度、造價(jià)等工程維度[6]，具有可視化、專業(yè)協(xié)調(diào)性、方案優(yōu)化性、虛擬模擬性、模型參數(shù)化、信息完備性等六大特點(diǎn)。

2 BIM技術(shù)在清水入江污水處理廠工程中的應(yīng)用成果

2.1 工程概況

江夏污水處理廠（一期）項(xiàng)目位于武漢市江夏區(qū)大橋新區(qū)，項(xiàng)目一期建設(shè)規(guī)模15萬(wàn)t/d。污水處理采用A2/O污水處理工藝，按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)處理達(dá)標(biāo)后，通過(guò)尾水管道排入長(zhǎng)江。

2.2 施工深化模型

BIM技術(shù)在該項(xiàng)目的施工深化模型領(lǐng)域的運(yùn)用成果主要包括機(jī)電管綜深化、洞口預(yù)留和模型輕量化。

（1）機(jī)電管綜深化。

清水入江污水處理廠占地面積大，構(gòu)筑物眾多，地下管線密集，各專業(yè)線路都有交叉，在設(shè)計(jì)時(shí)難免出現(xiàn)一些紕漏。通過(guò)BIM三維建模能很好地處理構(gòu)筑物與管線間的管線，對(duì)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的一些碰撞進(jìn)行修正，合理布置管線。

各專業(yè)模型搭建完畢之后，可用REVIT自帶的分析及協(xié)作功能進(jìn)行管道系統(tǒng)碰撞檢查以及專業(yè)協(xié)同碰撞檢查，優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少失誤，實(shí)現(xiàn)零碰撞。碰撞測(cè)試與深化前后對(duì)比圖如圖1、圖2所示。

圖1 碰撞測(cè)試

圖2 深化前后對(duì)比圖

（2）洞口預(yù)留。

污水處理廠土建施工與安裝工程分開(kāi)進(jìn)行，對(duì)于各個(gè)構(gòu)筑物之間的連接管道及構(gòu)筑物內(nèi)部的工藝管道需要進(jìn)行洞口預(yù)留。通過(guò)BIM的三維建模能夠精準(zhǔn)確定預(yù)留孔洞的空間及平面位置，便于土建施工。所有修正的三維模型能夠直接生成施工圖紙供施工人員使用。經(jīng)過(guò)BIM軟件的計(jì)算分析，可以準(zhǔn)確提供出洞口預(yù)留圖，精準(zhǔn)標(biāo)注預(yù)留孔洞的空間及平面位置。

（3）模型輕量化。

通過(guò)比目魚輕量化技術(shù)，將BIM模型上傳云端，生成二維碼或鏈接地址，方便管理者通過(guò)電腦、手機(jī)瀏覽器查看模型。在樣本工程實(shí)踐中，對(duì)模型添加工藝設(shè)備、設(shè)備型號(hào)參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)等信息。運(yùn)維工程師能夠直接在移動(dòng)端獲取每臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行情況，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及時(shí)向中控室傳達(dá)指令，調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。

2.3 施工過(guò)程模型

BIM技術(shù)在該項(xiàng)目的施工過(guò)程模型領(lǐng)域的運(yùn)用成果主要包括鋼筋模型、施工模板和施工腳手架模型。

（1）鋼筋模型。

對(duì)單體構(gòu)筑物內(nèi)的常規(guī)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)化族構(gòu)建，設(shè)備族按規(guī)則進(jìn)行命名和保存，參數(shù)化族自動(dòng)化程度高，只需變更參數(shù)，進(jìn)行參數(shù)化聯(lián)動(dòng)，即可用于其他單體構(gòu)筑物或者替代項(xiàng)目。污水處理廠的廠房項(xiàng)目通常管線系統(tǒng)繁多，設(shè)備種類多，數(shù)量大，將設(shè)備進(jìn)行參數(shù)化族的構(gòu)建，形成族庫(kù)，對(duì)于BIM建模意義重大。

BIM技術(shù)運(yùn)用于該工程項(xiàng)目時(shí)，可以根據(jù)單個(gè)構(gòu)筑物的施工模擬，通過(guò)專業(yè)的軟件生成計(jì)算書，直接提取出相應(yīng)構(gòu)筑所需的鋼筋用量，便于施工單位的材料采購(gòu)以及管理人員工程量審核。

（2）施工模板和施工腳手架模型。

建立施工模板和施工腳手架模型與鋼筋類似，根據(jù)單個(gè)構(gòu)筑物的施工模擬，通過(guò)專業(yè)的軟件生成計(jì)算書，直接提取出相應(yīng)構(gòu)筑所需的模板、腳手架、砌塊的用量，便于施工單位的材料采購(gòu)以及管理人員工程量審核。

2.4 動(dòng)畫

BIM技術(shù)在該項(xiàng)目的動(dòng)畫領(lǐng)域的運(yùn)用成果主要包括5D成本進(jìn)度模型、施工模擬和廠區(qū)漫游動(dòng)畫。

（1）5D成本進(jìn)度模型。

BIM的應(yīng)用不僅僅停留在3D維度，在施工過(guò)程中還引入了4D成本、5D進(jìn)度。在實(shí)際施工過(guò)程中將每天的資金投入及施工進(jìn)度錄入系統(tǒng)，使管理人員能清晰明了地掌握施工進(jìn)度，并根據(jù)整體的工期對(duì)后續(xù)的施工進(jìn)行調(diào)整。

根據(jù)施工方提供的施工進(jìn)度及預(yù)算材料生成5D動(dòng)畫，形象地將工程中的空間、時(shí)間、成本體現(xiàn)于動(dòng)畫中。成本進(jìn)度動(dòng)畫如圖3所示。

圖3 成本進(jìn)度動(dòng)畫

（2）施工模擬。

在施工隊(duì)施工之前，根據(jù)構(gòu)建的BIM三維模型對(duì)單體構(gòu)筑物從底板施工至整個(gè)構(gòu)筑物完工形成模擬動(dòng)畫，使施工隊(duì)對(duì)整個(gè)構(gòu)筑物的建設(shè)過(guò)程有一個(gè)清晰的概況。通過(guò)施工方提供的施工方案，制作動(dòng)畫腳本，將施工過(guò)程通過(guò)三維動(dòng)畫方式體現(xiàn)出來(lái)。施工模擬動(dòng)畫如圖4所示。

圖4 施工模擬動(dòng)畫

（3）廠區(qū)漫游動(dòng)畫。

廠區(qū)漫游動(dòng)畫基礎(chǔ)模型耦合VR技術(shù)之后，結(jié)合四維施工模擬可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視察施工現(xiàn)場(chǎng)，多方遠(yuǎn)程協(xié)同，竣工后遠(yuǎn)程參觀、遠(yuǎn)程展示以及日常運(yùn)維等應(yīng)用。廠區(qū)漫游動(dòng)畫與用戶VR視角如圖5、圖6所示。

圖5 廠區(qū)漫游動(dòng)畫

圖6 用戶VR視角

將已經(jīng)建好的BIM模型導(dǎo)入漫游軟件中，可在里面瀏覽構(gòu)筑物或鏈接VR設(shè)備讓人有置身其境的感覺(jué)，這對(duì)于該項(xiàng)目的推廣介紹、后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)具有十分重大的意義。

3 結(jié)語(yǔ)

文章從機(jī)電管綜深化、洞口預(yù)留、排磚模型創(chuàng)建和模型輕量化等四個(gè)方面詳細(xì)、生動(dòng)地論述了BIM技術(shù)在武漢市清水入江污水處理項(xiàng)目的施工深化模型領(lǐng)域的運(yùn)用成果；從鋼筋模型、施工模板和施工腳手架模型等兩個(gè)方面論述了BIM技術(shù)在該武漢市清水入江污水處理項(xiàng)目的施工過(guò)程模型領(lǐng)域的運(yùn)用成果。從5D成本進(jìn)度模型、施工模擬和廠區(qū)漫游動(dòng)畫等三個(gè)方面論述了BIM技術(shù)在該項(xiàng)目的動(dòng)畫領(lǐng)域的運(yùn)用成果。未來(lái)可以有針對(duì)性地就“準(zhǔn)確描繪細(xì)部構(gòu)建”這一課題展開(kāi)更深入的研究。樣本項(xiàng)目?jī)H使用了一種建模軟件，更多BIM軟件在武漢市清水入江污水處理項(xiàng)目中的適用性、運(yùn)用成果對(duì)比，值得進(jìn)一步展開(kāi)研究。