張 超

(北京市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100089)

引言

隨著BIM技術(shù)研究應(yīng)用的不斷深入，其應(yīng)用領(lǐng)域已從建筑工程擴(kuò)展到市政公用工程等其他工程領(lǐng)域，技術(shù)優(yōu)勢和應(yīng)用效果顯著。BIM技術(shù)正推動著建設(shè)領(lǐng)域規(guī)劃、設(shè)計、施工、運(yùn)維的一系列技術(shù)創(chuàng)新和管理變革，為建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)全生命期的信息共享、提升全生命期的可測性與可控性、促進(jìn)建筑業(yè)生產(chǎn)方式變革、推動建筑行業(yè)工業(yè)化發(fā)展發(fā)揮了重要作用[1]。

目前市政公用工程領(lǐng)域應(yīng)用BIM技術(shù)的程度主要還是集中在可視化交底與動態(tài)漫游等較低水平應(yīng)用。本文以昝崗片區(qū)再生水廠工程為實(shí)例，在做到可視化交底與動態(tài)漫游的基礎(chǔ)上，利用BIM技術(shù)進(jìn)行了疏散分析、水化熱分析等仿真模擬應(yīng)用，將BIM應(yīng)用的深度和范圍都進(jìn)行了一定程度的探索研究，探討B(tài)IM技術(shù)在再生水廠項目工程建設(shè)中的應(yīng)用模式。

1 工程概況

1.1 項目簡介

雄安新區(qū)位于中國河北省保定市境內(nèi)，地處北京、天津、保定腹地，為京津冀世界級城市群的重要一極。本工程位于雄安新區(qū)昝崗片區(qū)的中南部，項目場地職能為高鐵站片區(qū)新建的一處全地下式水資源再生中心。

昝崗片區(qū)再生水廠為全地下式水廠是雄安新區(qū)首個全地下式再生水廠，總規(guī)模為30 000m3/d，土建一次建成，設(shè)備分期安裝，一期設(shè)備安裝規(guī)模為15 000m3/d。

本工程需與雄安高鐵站同期竣工，總工期僅364天，工期進(jìn)度異常緊張，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)高，技術(shù)含量高，質(zhì)量及安全文明施工要求高。

本工程BIM應(yīng)用貫穿設(shè)計—招投標(biāo)—施工全過程直至移交業(yè)主運(yùn)維，工程已在設(shè)計管理、技術(shù)管理、進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、安全管理、物料管理、總承包協(xié)調(diào)管理以及分包管理(勞務(wù)分包和專業(yè)分包)等方向進(jìn)行BIM技術(shù)應(yīng)用。

圖1 鳥瞰圖

1.2 工程重難點(diǎn)

本工程位于雄安新區(qū)，對安全文明標(biāo)準(zhǔn)化施工要求高。整體工期緊張，交叉作業(yè)多，籌劃難度大；結(jié)構(gòu)混凝土要求達(dá)到清水混凝土標(biāo)準(zhǔn)；機(jī)電管線復(fù)雜，安裝難度大；專業(yè)和通用設(shè)備種類多、數(shù)量大，電氣自控系統(tǒng)復(fù)雜；構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工工序多。

2 BIM應(yīng)用前期策劃

2.1 BIM應(yīng)用目標(biāo)

通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，提高參建各方的工作協(xié)同性和信息溝通效率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益雙贏；提升項目建設(shè)整體信息化水準(zhǔn)；降低質(zhì)量、安全、成本風(fēng)險，加快施工進(jìn)度，杜絕返工及拆改現(xiàn)象的發(fā)生，提高總承包項目精細(xì)化管理能力；[2]提高現(xiàn)場施工方案的合理性、科學(xué)性；提高深化設(shè)計的質(zhì)量和效率；培養(yǎng)BIM應(yīng)用人才，提高BIM應(yīng)用能力；總結(jié)采用BIM技術(shù)對復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行深化設(shè)計的方法和流程。

圖2 BIM應(yīng)用技術(shù)體系

2.2 技術(shù)流程

在項目前期準(zhǔn)備階段，在建設(shè)單位的統(tǒng)一部署下由建設(shè)單位代表和各參建方領(lǐng)導(dǎo)形成項目BIM實(shí)施的保障層，建立了以項目經(jīng)理為核心，全員參與的組織架構(gòu)，同時把分包隊伍納入BIM實(shí)施組織體系之中。具體BIM技術(shù)應(yīng)用流程如圖2所示。

2.3 軟硬件配置

根據(jù)本工程的特點(diǎn)，主要應(yīng)用Revit、Navisworks、3DMAX、Lumion以及數(shù)字雄安建設(shè)管理平臺等軟件。除此之外，公司還配備BIM工作專用服務(wù)器、移動式工作站、工作機(jī)及其他設(shè)備[3](圖3)。

圖3 所用軟件

3 BIM技術(shù)在工程中的應(yīng)用

3.1 BIM輔助工程勘察信息化管理

本工程為全地下式再生水廠，埋深較大，地質(zhì)情況較為復(fù)雜，對勘察階段能否將地質(zhì)情況調(diào)查清楚起著至關(guān)重要的作用。

勘察單位從勘察外業(yè)開始即采用了信息化管理的模式，所有勘察外業(yè)鉆探數(shù)據(jù)均上傳至可實(shí)時接收外業(yè)鉆探現(xiàn)場采集信息并對其進(jìn)行統(tǒng)計、分析、處理，通過項目信息展示、異常項目預(yù)警提示等方式，實(shí)現(xiàn)項目相關(guān)方對項目全過程的管控，即巖土工程勘察項目管理與數(shù)據(jù)服務(wù)云平臺——勘云寶系統(tǒng)，勘察管理人員可從外業(yè)現(xiàn)場及信息化管理系統(tǒng)兩方面雙重控制外業(yè)質(zhì)量，并根據(jù)地層信息對勘察方案進(jìn)行實(shí)時調(diào)整，做到動態(tài)勘察,如圖4所示。

圖4 勘云寶系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控界面

勘察外業(yè)完成后，通過理正勘察軟件直接導(dǎo)入外業(yè)勘云寶系統(tǒng)中的鉆探數(shù)據(jù)，并結(jié)合土工試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行地層劃分與土層物理力學(xué)指標(biāo)的統(tǒng)計工作，得出相應(yīng)結(jié)論，編寫勘察報告。

運(yùn)用理正三維地質(zhì)軟件建立好模型后，可通過理正巖土BIM for Revit軟件導(dǎo)出Revit可用的.rvt格式文件，可實(shí)現(xiàn)與其他專業(yè)BIM模型相結(jié)合共同應(yīng)用。

通過三維地質(zhì)模型的建立與應(yīng)用，使參建各方都對地質(zhì)情況有了更清晰的認(rèn)知，設(shè)計及施工人員可快速查看不同位置的地質(zhì)情況。對需特殊處理的位置提前做出預(yù)判，采取相應(yīng)的措施，為工程提供了快速可靠的數(shù)據(jù)支持，確保了工程的質(zhì)量安全及進(jìn)度，如圖5所示。

圖5 地質(zhì)三維模型及信息數(shù)據(jù)

3.2 水處理單元布局優(yōu)化分析

本項目在設(shè)計過程中，利用BIM技術(shù)，應(yīng)用Revit的顏色方案與明細(xì)表，對地下箱體各水處理單元進(jìn)行了房間面積分析，對布局進(jìn)行優(yōu)化分析，如圖6所示。

圖6 布局優(yōu)化分析圖

圖7 場地布置模型

3.3 輔助安全文明標(biāo)準(zhǔn)化施工

采用BIM技術(shù)，在項目開展前期，利用軟件建立場地布置模型，利用Enscape軟件進(jìn)行動態(tài)漫游，在虛擬環(huán)境下進(jìn)行場地規(guī)劃審查及評估。通過基于BIM技術(shù)的場地規(guī)劃管理，精確、高效地完成標(biāo)準(zhǔn)化駐地規(guī)劃建設(shè)，如圖7所示。

3.4 輔助圖紙會審

本項目圖紙量大，涉及專業(yè)多，因此圖紙會審工作時間緊任務(wù)重，且傳統(tǒng)的圖紙會審都是在二維圖紙中進(jìn)行圖紙審查，難以發(fā)現(xiàn)空間上的問題，且很多問題的發(fā)現(xiàn)需要豐富的經(jīng)驗[4]。

施工單位根據(jù)圖紙建立BIM模型，在創(chuàng)建BIM模型的過程中，發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題，并將問題進(jìn)行匯總。完成BIM模型創(chuàng)建之后通過軟件的碰撞檢查功能，進(jìn)行專業(yè)內(nèi)以及各專業(yè)間的碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)圖紙中的設(shè)計問題[5]，如圖8所示。

圖8 圖紙會審記錄表單

3.5 復(fù)雜構(gòu)筑物三維辨識與交底

本工程下層池體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且施工精準(zhǔn)度要求高，對項目人員識圖能力要求極高。底板標(biāo)高變化多，導(dǎo)致抗拔樁以及底板施工需要提前進(jìn)行大量的識圖工作。

創(chuàng)建BIM模型，對圖紙進(jìn)行精細(xì)復(fù)核。利用BIM技術(shù)進(jìn)行復(fù)雜構(gòu)筑物三維可視化交底，施工時不僅有清晰的感官認(rèn)識，更直接用來指導(dǎo)現(xiàn)場施工，提高精確度，保證施工質(zhì)量，如圖9所示。

圖9 復(fù)雜構(gòu)造節(jié)點(diǎn)BIM模型

3.6 BIM模架設(shè)計

本項目采用BIM模板腳手架軟件，進(jìn)行模架設(shè)計、可視化交底、高支模自動識別等工作，避免了人為經(jīng)驗識別錯漏的情況，以確保施工安全。高效完成架體布置、拼模優(yōu)化等工作，通過軟件計算，快速生成安全計算書，通過三維節(jié)點(diǎn)圖更直觀地給工人實(shí)現(xiàn)交底。提高施工質(zhì)量，精確統(tǒng)計材料用量，指導(dǎo)材料采購與材料周轉(zhuǎn)，如圖10所示

圖10 模架設(shè)計流程

3.7 施工方案模擬優(yōu)化與可視化交底

應(yīng)用基于BIM技術(shù)的可視化，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、細(xì)部構(gòu)造復(fù)雜的部位進(jìn)行三維交底，方便工人理解。通過視頻、圖片、在線3D模型以及全景圖等方式，展示在重要施工區(qū)域或部位施工方案，輔助施工方案編制與模擬，檢查方案的不足。通過BIM技術(shù)輔助方案優(yōu)化模擬與方案編制工作，通過施工模擬配合專業(yè)分包進(jìn)行技術(shù)交底，保證施工質(zhì)量同預(yù)期效果對應(yīng)，同傳統(tǒng)模式比較，在效率及方案合理性方面應(yīng)用價值較高，如圖11所示。

圖11 可視化交底

3.8 基于BIM的應(yīng)急疏散模擬

本項目疏散模擬試驗研究將Revit模型導(dǎo)出.dwg格式文件，導(dǎo)入到疏散模擬軟件Pathfinder 2019中，對項目駐地及施工現(xiàn)場，進(jìn)行緊急情況下的疏散模擬和優(yōu)化疏散路徑，形成應(yīng)急疏散預(yù)案。通過現(xiàn)場應(yīng)急演練來進(jìn)一步驗證應(yīng)急疏散預(yù)案的可實(shí)施性，如圖12所示。

圖12 疏散模擬及疏散演練

3.9 大體積混凝土水化熱FEA分析

將Revit模型導(dǎo)入 Midas FEA對大體積基礎(chǔ)底板進(jìn)行有限元分析，計算結(jié)果較手工簡化計算更為精準(zhǔn)，能更全面精確地了解計算對象的溫度場及應(yīng)力分布，歸納規(guī)律，通過數(shù)值分析結(jié)果同試驗結(jié)果相對比，可以確認(rèn)計算結(jié)果的可靠性，為大體積混凝土養(yǎng)護(hù)提供技術(shù)支持，如圖13所示。

圖13 FEA分析數(shù)據(jù)

3.10 數(shù)字建管平臺與區(qū)塊鏈財務(wù)管理平臺的應(yīng)用

數(shù)字雄安建設(shè)管理平臺構(gòu)建貫穿了項目建設(shè)單位、項目參建單位(含設(shè)計、施工、監(jiān)理等)多角色的一體化管理平臺，以信息化的手段支撐整個建造過程。平臺將工程項目管理、數(shù)據(jù)分析和智慧工地有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在集團(tuán)、一級公司、項目多層級的管理。平臺面向工程建設(shè)項目立項至竣工驗收、移交的全生命期的綜合性建設(shè)管理平臺，全力提高施工現(xiàn)場作業(yè)的工作效率，增強(qiáng)工程項目的精益化管理水平[6]，如圖14所示。

圖14 數(shù)字建管平臺WEB端

項目全生命期采用基于區(qū)塊鏈技術(shù)研發(fā)的雄安區(qū)塊鏈平臺進(jìn)行項目財務(wù)集成管理。該平臺是國內(nèi)首個基于區(qū)塊鏈技術(shù)的項目集成管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)業(yè)主、總包商、各級分包商之間的合同簽署、工程進(jìn)度確認(rèn)、資金支付、融資服務(wù)穿透式管理[7]，如圖15所示。

3.11 無人機(jī)+BIM技術(shù)輔助項目建設(shè)

利用傾斜攝影對場區(qū)內(nèi)的地形進(jìn)行三維掃描，形成面模型，生成實(shí)際地形。實(shí)際地形與BIM進(jìn)行模型結(jié)合實(shí)現(xiàn)虛實(shí)合一，很大程度上預(yù)控了實(shí)際場地對施工的影響，避免了以往因場地布置不完善導(dǎo)致的施工阻礙，并用于對基坑的位移變形分析，如圖16所示。

圖15 區(qū)塊鏈財務(wù)管理平臺界面

圖16 傾斜攝影模型

用無人機(jī)航拍進(jìn)行安全巡檢，方便項目實(shí)時掌握現(xiàn)場的形象進(jìn)度，定期定航線航拍，形象直觀地展示現(xiàn)場施工情況，并建立起時間刻度的豎向?qū)Ρ?，如圖17所示。

圖17 無人機(jī)航拍實(shí)景

4 總結(jié)

4.1 應(yīng)用效益

輔助安全文明標(biāo)準(zhǔn)化施工：確保駐地精確建造、一次完成，達(dá)到預(yù)期效果的同時減少浪費(fèi)，降低對社會的影響。減少了現(xiàn)場材料轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，提升了施工現(xiàn)場的面貌，[8]節(jié)約成本20萬元。通過BIM應(yīng)用輔助臨建CI標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，提升項目整體對外宣傳效果和企業(yè)形象。

輔助圖紙會審：通過將各專業(yè)模型進(jìn)行對比分析及碰撞檢查，總結(jié)歸類碰撞點(diǎn)共4大項，分別是建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、暖通，交叉碰撞點(diǎn)約1 000處，整理出圖紙會審記錄共5份，共計200余條。

模架設(shè)計：通過BIM模架設(shè)計，優(yōu)化材料周轉(zhuǎn)，減少模板浪費(fèi)。

方案模擬，可視化交底：進(jìn)行方案模擬， 確定最符合現(xiàn)場的施工方案。利用可視化交底，減少返工，節(jié)約費(fèi)用。對施工過程、施工工藝、施工流程等進(jìn)行虛擬，規(guī)避質(zhì)量問題、安全隱患，保護(hù)施工人員人身安全、保證施工質(zhì)量。

利用勞務(wù)實(shí)名制管理系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)隨時掌握施工人員動態(tài)，對施工人員進(jìn)行安全管理，對現(xiàn)場進(jìn)行安全生產(chǎn)、工程質(zhì)量監(jiān)督和隱患排查，有效減少安全質(zhì)量事故的發(fā)生。

4.2 展望與思考

昝崗片區(qū)再生水廠工程通過BIM技術(shù)的綜合應(yīng)用，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了項目的可視化、數(shù)據(jù)化和信息化。提高了項目建設(shè)的整體效率，達(dá)到了一種高效、精細(xì)、協(xié)同的工作開展模式。[9]減少了社會資源浪費(fèi)，推動了BIM技術(shù)在市政公用工程行業(yè)的發(fā)展。為了BIM技術(shù)可以更好地服務(wù)行業(yè)，達(dá)到預(yù)期應(yīng)用效果，應(yīng)當(dāng)積極推進(jìn)BIM技術(shù)在設(shè)計、施工、運(yùn)營全過程的應(yīng)用，使BIM技術(shù)在日常施工中的應(yīng)用成為常態(tài)[10]。