BIM 技術(shù)在污水處理廠項目施工中的應(yīng)用

岳曉霞，郭淑麗 ，巨繼炳，趙正喜

（1.甘肅省建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730070；2.中鐵二十一局集團甘肅建設(shè)工程有限公司，甘肅 蘭州 730000；3.甘肅建峰建設(shè)集團股份有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 BIM技術(shù)概述

1.1 BIM技術(shù)的定義

BIM技術(shù)，最早見于伯恩斯坦為《信息化建筑設(shè)計》撰寫的序言中，其被定義為：是以3D技術(shù)為基礎(chǔ)的集成建筑工程項目中相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型的數(shù)字化表達，是一種應(yīng)用于設(shè)計、建造、管理的數(shù)字方法。結(jié)合污水廠項目通俗的解釋就是，借助于工作基站，以建筑模型為基礎(chǔ)，運用項目建造過程中的所有數(shù)據(jù)資料，為污水處理廠項目搭建一個集標準信息傳遞、協(xié)同施工方法指導(dǎo)于一體的信息共享平臺，實現(xiàn)項目智慧建造目標的同時，為項目運維提供基礎(chǔ)信息的方法。

1.2 BIM技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀

BIM技術(shù)，關(guān)于其發(fā)展的首個詳細計劃，是由美國總務(wù)管理局推出的[1]，也就是在這一時段，美國BIM 技術(shù)的發(fā)展才得到了重視。隨后，與其相關(guān)的法律依據(jù)及相關(guān)政策相繼出臺[2]，BIM技術(shù)也在歐洲國家開始迅速發(fā)展。2002 年，BIM 技術(shù)的理念，隨著歐特克公司打造的Revit軟件的引入，進入了我國業(yè)內(nèi)人士的視野，Revit軟件也成為了業(yè)內(nèi)人士接觸BIM 的開端。2007 年8 月30 日，“信息化關(guān)鍵技術(shù)在建筑領(lǐng)域研究及應(yīng)用”申辦導(dǎo)向出臺，與BIM 技術(shù)相關(guān)的科研課題也在“十一五”國家科技支撐計劃重點項目中出現(xiàn)[3]。之后，住建部相繼出臺了與BIM 技術(shù)相關(guān)的一系列技術(shù)標準和政策，這也為BIM技術(shù)在國內(nèi)的快速發(fā)展提供了條件。但就目前BIM 技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域而言，大多集中在建筑工程的全生命周期中，在污水廠中的應(yīng)用鮮有報道。

2 BIM 技術(shù)在污水廠中的應(yīng)用

眾所周知，隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，環(huán)境污染問題日益顯現(xiàn)，其帶來的危害也不容小覷。近年來，污水處理廠的規(guī)模不斷在增大，數(shù)量也不斷增多，污水處理工藝難度也不斷增高，污水處理工程全生命周期中涉及的每一個環(huán)節(jié)的管理難度系數(shù)也在不斷上漲[4]，這些無形中都為傳統(tǒng)的以二維圖紙為依據(jù)的管理模式增加了難度。文章依托蘭州新區(qū)污水廠項目，以項目施工全過程為切入點，詳細闡述了BIM技術(shù)在該項目中的應(yīng)用。

2.1 BIM技術(shù)軟件的選型

BIM 技術(shù)的實現(xiàn)，基于BIM 核心建模軟件和分析軟件，目前在我國比較具有影響力的軟件包括Bentley系列、ArchiCAD∕AllPLAN∕VectorWorks 系列、CATIA系列及Revit 系列，目前國內(nèi)業(yè)內(nèi)人士普遍比較認可的是Revit系列軟件，該軟件以其強大的可視化建模功能、二維與三維視圖的無縫切換功能、參數(shù)化、數(shù)據(jù)交互性著稱[5]。文章結(jié)合項目需求，選用Revit2020系列軟件對項目模型進行創(chuàng)建。

2.2 數(shù)據(jù)交互軟件的選擇

BIM 技術(shù)的應(yīng)用和展示，需要多個軟件協(xié)同工作才能完成，不同軟件之間的數(shù)據(jù)交換需要特定的文件格式，該項目中主要涉及到的文件格式有IFC格式、FBX格式及DWG 格式，為了后續(xù)不同軟件之間無縫對接，該項目選擇了lumion12、fuzor2020軟件來實現(xiàn)相應(yīng)的功能。

2.3 工程概況

污水處理廠位于蘭州市蘭州新區(qū)，項目建設(shè)規(guī)模60 000 m3∕d，污水處理采用AO 生化池處理工藝，其尾水處理后用于綠化回水，剩余污水在達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB 18918—2002中的一級A標準后，排入水阜河。

2.4 BIM技術(shù)應(yīng)用

（1）全局參數(shù)化建模

如圖1 所示，該項目主要由進水井、預(yù)處理間、深度處理間等16 個單體組成。為了對項目全局進行掌控，在基于設(shè)計總圖的基礎(chǔ)上，將整個廠區(qū)的總體布局進行了建模，這樣既可以以直觀立體的方式，向各個參建方展示新建工程的朝向、位置、地形及周圍綠化等，又可以為后期擴建規(guī)劃提供直觀明了的參考，同時，參數(shù)化模型的建立，也為該項目后期的運維提供了便利。

圖1 廠區(qū)總圖模型

（2）土建模型的建立及深化

污水廠構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的CAD圖紙只能以平、立面圖結(jié)合對應(yīng)的剖面圖進行節(jié)點表達，可視化及信息化表達能力比較弱，很容易導(dǎo)致因設(shè)計意圖理解不到位而引起的施工進度延誤、腳手架的布置不合理、鋼筋復(fù)雜節(jié)點的優(yōu)化不到位、砌體墻的排磚不合理等一系列問題。如何解決這些問題，提高施工質(zhì)量且降本增效成為難題。土建模型的建立及深化，就能很好解決這一問題。與傳統(tǒng)的二維圖紙相比，運用BIM 技術(shù)構(gòu)建的土建模型就相當于一個具有所有構(gòu)筑物及建筑物尺寸大小、數(shù)量、形狀、位置信息的數(shù)據(jù)庫（圖2），該數(shù)據(jù)庫展現(xiàn)的視覺效果和形成的視覺沖擊是二維圖紙無法企及的，其提供的非圖形數(shù)據(jù)統(tǒng)計表，在提高施工效率、成本控制方面[6]，也能起到很大的作用。

圖2 建筑機電整合模型及管件信息截圖

（3）管線碰撞檢查

碰撞檢查就是基于BIM 模型，對項目中涉及到的建筑物、構(gòu)筑物及管線的空間位置進行復(fù)核，對其可行性進行分析。相較于建筑物而言，污水廠構(gòu)筑物的管線系統(tǒng)并不復(fù)雜，但其涉及到的管線尺寸比較大，一般都在300～1 600 mm，加之工藝管線對管道節(jié)點及交叉點等部位的間距與高程的要求比較高，設(shè)計時難免會出現(xiàn)問題。一般項目中涉及到的碰撞分為硬碰撞和軟碰撞，硬碰撞影響實體的空間位置，而軟碰撞影響管線的安裝與維修[7]。在該項目中，采用硬碰硬的方式，共發(fā)現(xiàn)并優(yōu)化了管線與管線之間，管線與構(gòu)筑物之間的碰撞點共200 余處，有效地避免了因預(yù)留洞口位置不合適而導(dǎo)致的不利影響。

（4）模型整合及洞口預(yù)留

構(gòu)筑物及建筑物洞口的預(yù)留與否及預(yù)留是否到位，直接會影響到結(jié)構(gòu)的性能。而基于BIM 的整合模型，能有效地避免該問題的發(fā)生。圖3 就是將建筑模型與機電管線模型通過Revit軟件整合后，通過BIM 技術(shù)進行管線綜合優(yōu)化，提取優(yōu)化后的預(yù)留、預(yù)埋孔洞圖，可以大大提高預(yù)留孔洞圖的利用率，有效減少后期返工造成的工期延誤及二次開洞費用的發(fā)生。

圖3 優(yōu)化后孔洞預(yù)留三維模型截圖

（5）設(shè)計方案的優(yōu)化及復(fù)雜節(jié)點的優(yōu)化

建筑工程的建造過程，是對設(shè)計理念及設(shè)計圖紙翻譯的過程，是一個需要不斷完善的過程。污水廠項目，構(gòu)筑物及建筑物數(shù)量較多，圖紙數(shù)量繁多，現(xiàn)場施工人員要在短時間內(nèi)熟練地掌握圖紙的設(shè)計要點及重難點，難度較大。BIM技術(shù)的引入，可以很好地解決這一問題。在該項目中，全專業(yè)模型的建立，匯總了所有圖紙中所要呈現(xiàn)的信息，關(guān)鍵部位及復(fù)雜節(jié)點一目了然，BIM 工程師協(xié)同現(xiàn)場專業(yè)技術(shù)人員提前對設(shè)計不合理的部位及復(fù)雜節(jié)點，在三維模型中進行優(yōu)化，這樣，既減少了施工難度，又使得施工進度、現(xiàn)場質(zhì)量安全及成本投資都得到了有效的控制，事半功倍，工作效率顯著提升。

（6）設(shè)備族庫的構(gòu)建

Revit軟件自帶設(shè)備族庫，但是其自帶的設(shè)備大多傾向于常用設(shè)備，污水廠的污水處理工藝涉及到的設(shè)備種類多，數(shù)量大，為了維持污水廠正常運轉(zhuǎn)的大型設(shè)備比較多，Revit自帶的設(shè)備庫是無法滿足項目需求的。因此，引入BIM 技術(shù)對項目中涉及到的設(shè)備提前進行參數(shù)化建模，將產(chǎn)品從生產(chǎn)到安裝驗收全過程的資料都錄入到設(shè)備模型中，以設(shè)備族庫＋設(shè)備臺賬的形式存在，這樣不僅為完善模型信息提供了條件，也為項目管理人員快速查看設(shè)備各階段的有效信息，及時掌握設(shè)備安裝進程提供了條件。

（7）工程量的提取

污水處理廠構(gòu)筑物及建筑物數(shù)量較多，混凝土澆筑量大，工藝設(shè)備、管線、管件品種及數(shù)量繁多，工程量的提取存在一定的難度。利用BIM 技術(shù)構(gòu)建的BIM模型及Revit軟件自帶的明細表功能，可以精確地生成某一構(gòu)件的混凝土澆筑工程量及設(shè)備管線、管件的工程量，即便后續(xù)發(fā)生變更，Revit軟件自帶的各功能之間的聯(lián)動性也會使明細表及時進行更新，不僅為施工人員的材料采購和預(yù)制構(gòu)件的下料工作提供便利，也為項目成本的分析、偏差的糾正及控制提供數(shù)據(jù)支撐，為項目的順利開展提供便利條件。

（8）漫游動畫

相較于Revit 軟件，F(xiàn)uzor 軟件展現(xiàn)的漫游鏡頭更加真實貼切，漫游視頻材質(zhì)的質(zhì)感、構(gòu)建的立體感更是優(yōu)于Revit，所以，該項目中漫游視頻制作的軟件選用的是Fuzor。該項目中制作的漫游視頻，將具有強大參數(shù)化信息的模型運用鏡頭語言表達，既減少了溝通過程，由于理解不到位產(chǎn)生的偏差，又能讓項目各參與方以第一視角的方式直觀地預(yù)覽構(gòu)筑物及建筑物內(nèi)部的管線，設(shè)備的空間位置，為及時調(diào)整空間排布不理想的管線、空間設(shè)備提供了便利條件，為后續(xù)項目圖紙設(shè)計意圖、管線綜合排布方案的領(lǐng)悟提供了參考。

（9）污水處理工藝模擬

污水處理工藝，是一個涉及多學(xué)科，多專業(yè)的體系，對項目人員的整體專業(yè)素養(yǎng)要求極高，但目前從事市政工程的人員中，專業(yè)水平參差不齊。鑒于此，在該項目中，對重難點施工工藝，用BIM 模型+編程語言的形式（動畫）予以了直觀的展示及剖析，避免了因指導(dǎo)、理解不夠造成的返工現(xiàn)象發(fā)生。同時，也為現(xiàn)場施工工作做了良好的示范、引導(dǎo)作用，提高了施工管理人員指導(dǎo)作業(yè)的效率，確保了工程的質(zhì)量和進度。

（10）施工組織設(shè)計模擬與優(yōu)化

施工組織設(shè)計是一個項目的靈魂，是項目各項工作質(zhì)量好壞評價的標準。

該項目對安裝品質(zhì)及質(zhì)量要求高，質(zhì)量管理貫穿施工全過程。AO 生化池為該項目的核心工藝及施工階段的關(guān)鍵項目，池底設(shè)備的安裝，其定位精度和質(zhì)量目標要求極高。運用BIM 技術(shù)，針對性地將數(shù)字化模型、施工進度、組織方案、物料、質(zhì)量安全管理等信息集成于一體，實時進行精細化施工組織模擬，減少交叉作業(yè)、碰撞沖突等問題的發(fā)生，彌補管理缺位的同時，達到高效決策和提質(zhì)增效的目的。

基于BIM 技術(shù)的可視化，對施工全過程管理的重難點，潛在風(fēng)險點，可優(yōu)化工序等環(huán)節(jié)進行挖潛和梳理，形成可行性比較高的施工組織設(shè)計，并將其細化到季度、月度、周計劃，與BIM模型中的相關(guān)信息關(guān)聯(lián)起來形成最優(yōu)的施工組織設(shè)計，從而得到最合理的資金及投資計劃、人員投入計劃、大型施工器具投用計劃、設(shè)備材料到貨計劃等。

（11）三維可視化交底

傳統(tǒng)的圖紙交底是二維圖紙，對于設(shè)計意圖領(lǐng)悟的程度，對于復(fù)雜構(gòu)件的搭接關(guān)系的構(gòu)想，完全依靠項目參與人員自身的專業(yè)水準和理解能力來決定，在一定程度上就會存在潛在的風(fēng)險，而基于BIM技術(shù)進行的交底，可以借助于模型的可視化功能，讓交底過程更高效。在該項目施工準備階段，借助于BIM 模型，組織各方開展設(shè)計交底和圖紙（模型）會審、方案審核等，使設(shè)計意圖和具體節(jié)點做法更加直觀，關(guān)鍵施工路線和施工方案更加清晰明了。

3 總結(jié)

污水廠項目施工過程中BIM 技術(shù)的應(yīng)用，極大地提高了各參建單位對項目布局的掌控能力，加強了各專業(yè)施工團隊協(xié)同作業(yè)的效率；碰撞檢測、預(yù)留預(yù)埋洞口的應(yīng)用，提前規(guī)避解決了后期因管線碰撞、二次開洞而產(chǎn)生的工期延誤、費用增加等問題；可視化交底，彌補了因參建人員二維空間想象能力存在差異引起的理解不同而產(chǎn)生的歧義。除此之外，形成的涵蓋各專業(yè)的參數(shù)化模型，也為后期污水廠設(shè)備、管線的運維奠定了基礎(chǔ)。

隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字化和智能化已成為各行各業(yè)的發(fā)展趨勢，BIM 技術(shù)作為行業(yè)智慧建造的重要工具，也越來越得到行業(yè)的認可，其在污水處理項目中的應(yīng)用也將會進一步得到提升和推廣。