張 琦

（上海市政工程設計研究總院集團有限公司，上海 200092）

對于上海這座國際化大都市來說，重大環(huán)境基礎設施體系日趨完善，為響應國家建設綠色城市號召，水廠建設項目作為重要的民生工程，是改革與發(fā)展的主要陣地。水廠建設工程項目類型包含新建、擴建、改建，在處理工藝上也逐步從提標改造向提質增效進行轉型。在建設過程中應充分考慮廠區(qū)原有構筑物、工藝的老舊狀態(tài)與新工藝的系統(tǒng)相結合，進行集約設計、科學建造與智慧管理。如何做好水廠建設與新技術的融合，深度發(fā)掘并體現數字化、智能化、智慧化在市政工程行業(yè)中的作用及價值，為成功打造以數字化、信息化為主導的現代工程建設新業(yè)態(tài)提出了更高要求。作為建設工程設計與實施的參與者，需要我們針對這一建設類型，通過分析具體工程的特點及重點，在結合傳統(tǒng)項目設計、管理的工作模式的基礎上，利用數字+BIM 的方式提煉新的工程應用點，實現技術優(yōu)化、管理提升，全面賦能全生命周期建設工程的實施成效。

1 數字化BIM 技術應用亮點

通過了解并挖掘水廠建設全生命周期的需求和特點，圍繞水廠建設全過程，在策劃、設計、建造及運維交付各個環(huán)節(jié)都應有針對性及側重點的數字化應用專項，聚焦目前行業(yè)內可實踐，并確有成效的數字化專項應用，重點包含了以BIM 技術、物聯網技術及基于平臺的大數據AI 分析等的數字化解決方案。

1.1 利用BIM 技術實現設計數字化

在規(guī)劃設計前期，通過對構筑物及工藝系統(tǒng)的全面梳理及信息整合，通過標準化的模型構件單元、數據模板，搭建規(guī)范化的全專業(yè)模型，過程中與設計互相提資及反復驗證、優(yōu)化及整合，實現項目的“數字孿生”模型，同時，在設計階段就同步考慮運維數據需求，確保模型中已包含為后期智慧建造、智能運維相關的構件屬性，為后期建設、運營提供數據基底。例如，建設過程中樁基的編號、運維中生產廠家提供的運管編碼等參數或字段，通過模型構件的屬性預設，為后期建設信息的補充和延展，數據接口和拾取打下基礎。

1.2 通過物聯網技術打通施工智能化

在施工建造前期，通過與現場各監(jiān)測設備儀器、終端進行信號連接，結合項目需求，通過推動現場設備終端、IoT 物聯網技術、云服務等打造以自動監(jiān)測為主的智慧工地。將接收到的數據進行篩選、清洗，以數據輪播圖、BI 數據分析圖、智慧大屏等多重表現形式實現對涉及項目人、機、料、法、環(huán)的全方位、多維度的實時管控，把所有傳感信息納入統(tǒng)一平臺，實現對建設工地的全方位感知及把控。例如，通過人員定位傳感系統(tǒng)與視頻監(jiān)控AI 分析方法相結合，可有效采集到個人信息及人員軌跡，對在場作業(yè)人員安全帽佩戴合規(guī)性、違規(guī)闖入等情況進行實時追蹤與事后追溯，實現安全管理智能化。

1.3 基于平臺大數據AI 分析把控建造智慧化

工程建設過程中，為提升項目的管理和溝通效率，將項目管理與BIM 技術深度融合，運用系統(tǒng)開發(fā)的建設管理平臺，進行各方協同管理，并將項目進度、質量、資源進行及時的數據優(yōu)化部署?；诙嘣悩嫷腂IM 模型數據將項目實體、各組織要素以及管理流程進行多維度的集成、分析及預判，運用數字化手段提升管理效能。例如，基于平臺的塔吊監(jiān)測，通過平臺部署塔吊模型及塔吊基本信息，在模型文件上關聯監(jiān)測設備，實現對現場塔吊施工組織的數字化呈現。進一步，從現場進行數據采集，對塔吊高度、幅度、回轉、起重量、仰角、風速6個性能進行傳感器信號接收，來確保即時數據的完整性和準確性。最后經分析影響因素和安全指標，根據規(guī)范設置禁戒閾值，實現智慧化預警，聯動應急措施，將預警、預判做到與手機信號的關聯，對塔吊實施操作進行全方位管控，對風險隱患進行報警提醒。形成從收集、統(tǒng)計、決策及判斷上真正的智慧化。

2 實踐案例BIM 技術與水廠全生命周期建設工程的深度融合

BIM 及數字化技術的創(chuàng)新應用應結合項目的實際需求，根據定制化的建設思路，選取不同的BIM 技術，形成一體數字化解決方案。

上海市長橋水廠地處上海老城區(qū)，始建于1959年，歷史久遠，是上海中心城區(qū)規(guī)模最大的水廠之一，總體供水規(guī)模140萬m3/d。為進一步提高城區(qū)供水水質，建設工程是對長橋水廠進行深度處理改造，包括新建60萬m3/d 常規(guī)處理工程和140萬m3/d 的深度處理工程，依靠本工程將進一步提高長橋水廠供水安全保障能力。在建設前期考慮到本工程是在不新征用地的情況下，在原廠區(qū)內完成所有改造工程，并要求改造期間確保120萬m3/d 的持續(xù)供水能力，對設計、施工提出很高挑戰(zhàn)。項目從整體把控，將BIM 技術和信息化管理理念綜合應用貫穿項目全生命周期，通過前期策劃、調研，標準制定，建立協同管理機制等一系列管控措施，確立項目數字化整體解決方案及思路。

2.1 設計階段BIM 技術應用

（1）全系統(tǒng)、新老工藝模型創(chuàng)建。針對現有場地地下管線復雜的現狀，通過老圖紙收集和物探技術應用，將地下管線的三維BIM 模型進行重建，梳理水廠各類現有管道系統(tǒng)的空間位置和系統(tǒng)流向，用于指導項目部施工組織和現場施工開展，施工過程中根據開挖后管線的實測數據直接進行模型信息的修正，逐步形成完整的廠區(qū)地下管網數字資產，為今后水廠的運營和改造提供可靠的數字化基礎。

（2）設計方案可視化展現。在設計階段利用REVIT軟件進行廠區(qū)BIM 總體設計，將構筑物的單體設計模型進行多種方案的排布和討論，并逐步細化工藝設備專業(yè)、建筑專業(yè)、自控儀表的設計方案及模型，形成建成后的實景展示，并通過虛擬仿真技術及VR/AR 交互體驗技術，進行全廠區(qū)、全方位和全流程可視化展示，提升對項目的前期把控能力。

圖1 利用數字化模型進行專業(yè)整合與設計優(yōu)化

2.2 施工階段物聯網技術應用

（1）人員定位系統(tǒng)。針對施工現場用地緊張，人員管理及安全管控要求高的特點，利用物聯網技術，在安全帽上加裝RFID 芯片，通過傳感設備，將現場人員定位信息進行采集，通過對施工區(qū)域的人員進行精確定位管理，繪制人員行動軌跡，并利用視頻攝像頭采集現場影像，與系統(tǒng)開發(fā)相結合，設置電子圍欄，對在場人員是否在安全工作范圍內進行識別和預警，有力保障施工作業(yè)人員的安全。通過基于管理平臺的數據集成、統(tǒng)計與自動報警推送功能，有效輔助管理人員第一時間了解在場施工作業(yè)人員的情況，及時分析、排查安全隱患。

（2）環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)?？紤]工程地處上海城區(qū)，施工對周圍環(huán)境的影響，同時為提升項目建設品質，貫徹綠色建造理念，在建設過程中對項目環(huán)境質量進行實時監(jiān)控，通過現場環(huán)保監(jiān)測設備與管理平臺關聯，將環(huán)保數據傳輸至平臺，通過即時統(tǒng)計并形成環(huán)保圖表，展現環(huán)境監(jiān)測實時數據，通過設置環(huán)保閾值，對超過揚塵閾值的數據進行報警，觸發(fā)現場霧化噴淋聯動應急措施，減少對周邊環(huán)境的影響。

2.3 應用平臺進行大數據AI 分析

建立建設管理平臺，對施工建造期的人、機、料、法、環(huán)進行全方位、多層級的項目統(tǒng)管，將項目實施各方納入平臺信息維護與管理協調中，實現工程的信息全面把控，并將BIM 模型與工程數據進行關聯，打造基于BIM 的建設管理平臺，實現工程建設的信息化、數字化。

圖2 基于物聯網技術實現環(huán)保監(jiān)測數據平臺展現

（1）人員實名制系統(tǒng)。通過項目平臺對人員實名制進行科學化、智能化管理，利用AI 人臉識別技術對施工作業(yè)人員的證件信息進行采集，并通過現場拍照打卡，以及門禁閘機識別功能，對后臺數據信息與真實照片進行比對，防止冒名頂替、身份信息造假、超齡上工等現象的發(fā)生。通過工地上的大數據中心，能準確收集到項目現場人員的相關信息，消除數據孤島，對數據進行綜合分析，對工地實名制管理、考勤管理、防疫管理提供更為高效合理的管控手段和決策依據。

（2）設備管理系統(tǒng)。針對水廠工程設備的特殊性和對水廠運行的重要性，本項目基于全場工藝設備的全生命周期信息作為管理重點，通過管理平臺將設備名錄和設計BIM 模型進行匹配，并在訂單采購、發(fā)貨通知、到場接收以及安裝驗收等信息進行真實數據采集，通過全流程進行精細化管控，確保設備資料的完整性和準確性，以三維可視化和設備臺賬信息相關聯，作為設備大數據的信息集成。同時為每臺設備制作惟一標識的二維碼，通過電子終端掃碼實現設備信息的隨時查詢和維護，為本工程的全數字化資產移交以及智慧水廠的運維系統(tǒng)部署做好數據準備。

圖3 設備工藝系統(tǒng)與BIM結合形成信息聯動

3 結束語

總之，基于BIM 的設計、智能化施工管控與建設管理平臺的有效聯動，通過實踐數字化新技術，改善原有項目實施的操作與管理方式，實現高于并優(yōu)于原有項目的效益。最終通過基于BIM 的技術賦能，將信息技術成果進行數字化資產交付，為后期與項目運營生產系統(tǒng)對接提供可靠依據，實現基于BIM 的智慧化運行管理體系。未來，數字化必將作為新的業(yè)態(tài)，為傳統(tǒng)工程設計與建設賦能，為全生命周期的建設工程賦予新的價值與定義。