羅燕山 張怡堅(jiān)

深圳市市政工程總公司 廣東 深圳 518109

隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的體量和復(fù)雜度不斷增加，施工管理的技術(shù)難度和要求也日益提高。傳統(tǒng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理模式在速度、可靠性及經(jīng)濟(jì)可行性方面已很難適應(yīng)現(xiàn)代化施工企業(yè)管理與發(fā)展的要求[1-2]。

近年來(lái)，隨著B(niǎo)IM技術(shù)、智慧工地等新型數(shù)字化信息技術(shù)的發(fā)展，工程項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)管理得到較大助力，也由此朝著智能化、信息化方向轉(zhuǎn)變。數(shù)字化技術(shù)有效保存了施工全過(guò)程的數(shù)據(jù)信息，為項(xiàng)目管控提供了幫助[3-5]。本文以某水廠建設(shè)工程為依托，介紹了BIM技術(shù)和智慧工地等信息化技術(shù)在水務(wù)工程中的應(yīng)用。

1 工程概況

本項(xiàng)目為珠江三角洲水資源配置工程，項(xiàng)目采用去工業(yè)化設(shè)計(jì)，下部建水質(zhì)凈化廠，上蓋公園。項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)為出水標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到地表準(zhǔn)IV類水，污泥含水率低于40%。

施工場(chǎng)地緊鄰居民區(qū)，設(shè)計(jì)工藝管道錯(cuò)綜復(fù)雜，協(xié)調(diào)難度大。項(xiàng)目建成后將提高深圳河流域污水設(shè)施的總處理能力（圖1）。

圖1 項(xiàng)目建成效果圖

2 BIM技術(shù)應(yīng)用

本項(xiàng)目包含基坑工程、基礎(chǔ)工程、主體結(jié)構(gòu)及裝飾工程、設(shè)備安裝工程、聯(lián)合調(diào)試工程、附屬工程等。項(xiàng)目在不同階段的應(yīng)用所對(duì)應(yīng)的BIM模型深度不同，最終模型的深度達(dá)到LOD400等級(jí)。各階段模型中都涵蓋建筑、結(jié)構(gòu)、工藝和除臭等多個(gè)專業(yè)。

2.1 設(shè)計(jì)階段

1）設(shè)計(jì)圖優(yōu)化：本項(xiàng)目廠區(qū)用地僅有30 900 m2，地下1層為構(gòu)筑物，地面層為操作層及附屬建筑物，頂蓋為廠前區(qū)及上蓋公園，整體布局緊湊、結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜。污水處理采用“三段式AO工藝”的生物處理流程，結(jié)構(gòu)部分包括細(xì)格柵、曝氣沉砂池、三段式A2/O生物反應(yīng)池、周進(jìn)周出二次沉淀池、磁混凝高效沉淀池、精密過(guò)濾器、紫外線消毒渠、中水提升泵房、鼓風(fēng)機(jī)房及變配電間、加藥間、污泥脫水干化車(chē)間、除臭設(shè)備、機(jī)修車(chē)間、配電間及綜合樓等建（構(gòu)）筑物。二維圖紙無(wú)法全面反映項(xiàng)目信息，容易出現(xiàn)錯(cuò)漏情況。為清楚、直觀地展示項(xiàng)目樣貌，運(yùn)用BIM技術(shù)建立三維可視化模型，同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)核并及時(shí)進(jìn)行修改，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。BIM深化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠整合各個(gè)專業(yè)，運(yùn)用BIM技術(shù)在施工前進(jìn)行一次模擬預(yù)演，從而發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的不足，提前解決施工中的困難。深化設(shè)計(jì)有效避免了后期施工碰撞的發(fā)生。如圖2所示，通過(guò)多專業(yè)整合設(shè)計(jì)，減少了施工變更與返工。相比未進(jìn)行深化設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，施工變更減少近80%。

圖2 模型調(diào)整前后的對(duì)比情況示意

2）協(xié)同設(shè)計(jì)：項(xiàng)目全過(guò)程BIM模型上傳至BIM協(xié)同平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理，可以提高BIM設(shè)計(jì)模型管理水平和設(shè)計(jì)效率，提高專業(yè)配合水平。通過(guò)協(xié)同管理平臺(tái)，建立了包含構(gòu)件編碼、幾何外形、物料數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)參數(shù)、清單數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)中心，通過(guò)BIM協(xié)同管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了基于BIM技術(shù)的協(xié)同管理。

2.2 施工階段

1）三維場(chǎng)地布置：項(xiàng)目場(chǎng)地布設(shè)涉及臨邊體系、鋼筋加工棚、4臺(tái)塔吊、危險(xiǎn)品堆放區(qū)、臨水臨電系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室和鋼筋廢料回收廠，以及大門(mén)和洗車(chē)臺(tái)、污水沉淀池、保安門(mén)禁系統(tǒng)和安全宣傳欄、道路和高壓電桿（線）、地下管線等。設(shè)施復(fù)雜，區(qū)域交叉多，碰撞多。采用平面布置的方式設(shè)計(jì)場(chǎng)地，不能深度表現(xiàn)結(jié)構(gòu)與周邊環(huán)境的空間關(guān)系，導(dǎo)致場(chǎng)地臨建布設(shè)存在一定困難，方案調(diào)整次數(shù)多，而且每次調(diào)整方案，臨建的工程量統(tǒng)計(jì)需隨之調(diào)整，從而導(dǎo)致技術(shù)人員工作量的增加。通過(guò)BIM三維場(chǎng)地布置，建立場(chǎng)地模型（圖3），結(jié)合結(jié)構(gòu)模型，直觀判斷施工機(jī)械的安置是否正確。進(jìn)行多個(gè)方案的模擬對(duì)比，反映出結(jié)構(gòu)與環(huán)境的關(guān)系，合理布設(shè)。若二次沉淀池處的塔吊布置影響結(jié)構(gòu)，且相互的交叉影響大，則可利用三維模型，輔助參數(shù)化塔吊的變化，達(dá)到合理布設(shè)的目的。由于場(chǎng)地限制，基坑坑壁距離結(jié)構(gòu)池壁空間較小，且深度較大，結(jié)合三維可視化模型，對(duì)腳手架方案、梯籠、人行梯道布置方案進(jìn)行模擬和優(yōu)化。

圖3 三維場(chǎng)地布置模型

2）可視化錨索碰撞檢查：本項(xiàng)目圍護(hù)結(jié)構(gòu)未采取內(nèi)支撐，而是在腰梁及冠梁位置設(shè)置錨索。錨索施工時(shí)，基坑陰陽(yáng)角部位存在碰撞難題，且與周邊的建（構(gòu)）筑物及地下原有管線產(chǎn)生沖突，二維圖設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法直觀體現(xiàn)這些問(wèn)題，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)破壞原有地下雨水管線，對(duì)施工進(jìn)度造成影響。通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)，建立原有地下管線和參數(shù)化錨索模型，在三維圖中對(duì)產(chǎn)生碰撞的位置進(jìn)行錨索調(diào)整，并通過(guò)參數(shù)化族計(jì)算錨索調(diào)整的角度范圍，向設(shè)計(jì)單位提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)變更。通過(guò)以上措施解決了錨索的自身碰撞及與地下管線的碰撞難題，避免了二次施工，有效控制了施工工期，節(jié)約了施工成本。

3）工程量統(tǒng)計(jì)：水質(zhì)凈化工程存在眾多需進(jìn)行復(fù)雜工藝處理的建（構(gòu)）筑物，不規(guī)則結(jié)構(gòu)給工程算量帶來(lái)一定難度。用傳統(tǒng)的方式計(jì)算混凝土、鋼筋等工程量，需計(jì)算各種類型的需要根數(shù)、搭接關(guān)系，效率低，對(duì)人員能力和經(jīng)驗(yàn)要求也比較高。特別是遇到復(fù)雜結(jié)構(gòu)，鋼筋種類多而密，交錯(cuò)穿插廣而深，極容易出錯(cuò)。錯(cuò)誤往往要等到現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，重新加工造成了工期和成本的浪費(fèi)。通過(guò)BIM技術(shù)建立鋼筋模型，利用軟件具有的出量功能，點(diǎn)擊查看“鋼筋三維”，鋼筋綁扎的重點(diǎn)、難點(diǎn)一目了然。同時(shí)工程師可以利用移動(dòng)端在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行三維展示，查看鋼筋綁扎情況，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)鋼筋綁扎及驗(yàn)收。根據(jù)施工需求，對(duì)結(jié)構(gòu)主體施工縫進(jìn)行劃分，分段分層統(tǒng)計(jì)混凝土工程量，為施工現(xiàn)場(chǎng)提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，通過(guò)模型深化應(yīng)用形成交底資料，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行質(zhì)量管控、檢查、驗(yàn)收。

4）三維技術(shù)交底：水質(zhì)凈化過(guò)程主要包括對(duì)污水進(jìn)行集中、過(guò)濾、消毒等一系列處理。處理中會(huì)涉及多個(gè)環(huán)節(jié)和復(fù)雜性處理工藝，最后得到達(dá)標(biāo)的處理水。每個(gè)工藝環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的建（構(gòu)）筑物復(fù)雜多變，對(duì)于復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)常規(guī)的二維圖紙難以理解，施工之前未接觸到污水處理工程的技術(shù)人員，難以進(jìn)行施工指導(dǎo)，施工質(zhì)量更難以保證。在施工階段采用BIM技術(shù)，進(jìn)行形象的三維技術(shù)交底，預(yù)先演示施工現(xiàn)有條件、施工工藝、施工順序及重、難點(diǎn)，復(fù)雜節(jié)點(diǎn)一目了然，施工時(shí)也有著清晰的感官認(rèn)識(shí)，提高了技術(shù)交底的效率，保證了施工質(zhì)量。

3 智慧工地技術(shù)應(yīng)用

1）無(wú)人機(jī)傾斜攝影：采用一般的平面布置方式設(shè)計(jì)場(chǎng)地，不能深度地表現(xiàn)結(jié)構(gòu)與周邊環(huán)境的空間關(guān)系。通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)生成三維實(shí)景模型（圖4），并將轉(zhuǎn)換形成的點(diǎn)云、三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM軟件，將實(shí)景模型與BIM模型相結(jié)合，更加真實(shí)地反映地物的實(shí)際情況，形成完整的工程形象，可讓用戶多角度觀察地物。同時(shí)可降低三維建模的人工成本，有效提升了模型生產(chǎn)效率。

圖4 無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)生成三維實(shí)景模型

2）VR技術(shù)：傳統(tǒng)的安全教育方式，對(duì)于受訓(xùn)者來(lái)說(shuō)相對(duì)枯燥，受訓(xùn)者容易產(chǎn)生抵觸心理，難以對(duì)教育內(nèi)容進(jìn)行有效的吸收并對(duì)其加以運(yùn)用，培訓(xùn)效果參差不齊。VR安全體驗(yàn)館基于真實(shí)數(shù)據(jù)建立數(shù)字模型，采用VR技術(shù)和電動(dòng)機(jī)械相結(jié)合而打造，嚴(yán)格遵循工程專業(yè)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，通過(guò)強(qiáng)大的三維建模技術(shù)建立逼真的三維場(chǎng)景，可模擬真實(shí)場(chǎng)景下的安全事故情景。體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，激發(fā)項(xiàng)目管理人員及勞務(wù)工人參加安全教育的興趣，強(qiáng)化體驗(yàn)者對(duì)安全事故的感性認(rèn)識(shí)，提高了安全教育的效率。

3）智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：BIM協(xié)同管理平臺(tái)完美地結(jié)合本項(xiàng)目的智慧工地系統(tǒng)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)采集施工現(xiàn)場(chǎng)信息，實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至協(xié)同管理平臺(tái)。采用人臉識(shí)別和車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員和車(chē)輛進(jìn)行管理?，F(xiàn)場(chǎng)安裝多臺(tái)高清監(jiān)控設(shè)備、塔吊監(jiān)測(cè)設(shè)備等進(jìn)行全天候監(jiān)控，并結(jié)合基坑位移沉降監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)提醒作業(yè)人員加強(qiáng)安全防范措施。環(huán)保管理模塊與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)接，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)揚(yáng)塵、PM2.5、PM10、風(fēng)速、風(fēng)力、風(fēng)向、溫濕度、噪聲等，確保施工過(guò)程綠色環(huán)保。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目通過(guò)BIM、智慧工地等數(shù)字化信息技術(shù)，輔助項(xiàng)目管理人員在水質(zhì)凈化EPC項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了技術(shù)方案、質(zhì)量管理、安全管理、進(jìn)度管理等方面的管理目標(biāo)。借助大量的數(shù)據(jù)采集、匯總、整理分析，提升了項(xiàng)目的科學(xué)性、可靠性和有效性，有效地提高了項(xiàng)目的精細(xì)化管理水平。