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        BIM技術(shù)在水廠改擴(kuò)建工程中的研究與應(yīng)用

        2022-03-09 01:39:14鐘亞麗
        水利技術(shù)監(jiān)督 2022年2期
        關(guān)鍵詞:模型施工設(shè)計(jì)

        鐘亞麗

        (上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院有限公司,上海 200061)

        建筑信息模型(BIM)是繼計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)后出現(xiàn)的建設(shè)領(lǐng)域又一重要的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù),通過建立數(shù)字智能化模型對(duì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)維等過程進(jìn)行優(yōu)化管理,為運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理提供全模型數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與工程資產(chǎn)全信息管理,BIM技術(shù)和理念將成為未來(lái)整個(gè)建設(shè)行業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向[1- 2]。將BIM技術(shù)應(yīng)用到工程建設(shè)全過程中,能夠有效解決水廠改擴(kuò)建類項(xiàng)目技術(shù)復(fù)雜、設(shè)計(jì)專業(yè)多、建設(shè)各階段銜接不暢、協(xié)同管理困難等問題。

        隨著市政工程建設(shè)行業(yè)的迅速發(fā)展,大型公共項(xiàng)目具有周期長(zhǎng)、成本高、管理難度大等特點(diǎn),針對(duì)項(xiàng)目的特點(diǎn)引入BIM理念與技術(shù),從傳統(tǒng)二維轉(zhuǎn)向以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的三維協(xié)同管理模式,通過BIM理念和技術(shù)為市政工程建設(shè)和管理提高效率[3- 4]。2016年9月,在上海市人民政府印發(fā)的文件《上海市推進(jìn)智慧城市建設(shè)“十三五”規(guī)劃》(滬府發(fā)〔2016〕80號(hào))中,要求進(jìn)一步提升城市水務(wù)、電力、環(huán)保、安全監(jiān)管等基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域城市精細(xì)化水平?!爸腔鬯畯S”這一概念已不再陌生,即以應(yīng)用新一代信息技術(shù)為手段,結(jié)合監(jiān)測(cè)和感知設(shè)備并采用可視化的方式整合信息,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、運(yùn)行、維護(hù)、調(diào)度和服務(wù)等全方位、全過程各環(huán)節(jié)高度信息互通、反應(yīng)快捷、管理有序的高效節(jié)能型水廠[5- 6]。應(yīng)用BIM技術(shù)提高項(xiàng)目建設(shè)和管理過程中的智慧化和精細(xì)化已成為當(dāng)前建設(shè)工程行業(yè)研究及應(yīng)用的熱點(diǎn)話題[7]。在水利工程中,郭光智等分析了BIM技術(shù)在水利建設(shè)中的應(yīng)用以及發(fā)展前景[8- 9],陳文亮等分析了BIM技術(shù)在水利工程施工中的應(yīng)用及發(fā)展前景[10- 11]。以上研究為BIM技術(shù)在水廠改擴(kuò)建中的研究奠定了良好的基礎(chǔ),也為水廠改擴(kuò)建工程提供新的思路。

        文章以BIM技術(shù)在南匯南水廠深處理改造工程中的研究與應(yīng)用為例,利用數(shù)字化協(xié)同平臺(tái),將BIM理念和技術(shù)運(yùn)用在方案與設(shè)計(jì)、施工階段,也為之后的數(shù)字化運(yùn)維提供信息和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[12- 13],結(jié)合項(xiàng)目的工程內(nèi)容多、涉及專業(yè)多、地下設(shè)施多、工程實(shí)施周期緊以及重點(diǎn)工程影響大等特點(diǎn)和Bentley軟件的特長(zhǎng),制訂了以一套以三維協(xié)同為基礎(chǔ)、模型構(gòu)架為先導(dǎo)、階段應(yīng)用為目的的項(xiàng)目BIM整體解決方案,如圖1所示。

        1 工程概況

        1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

        南匯南水廠位于浦東新區(qū)惠南鎮(zhèn),分兩期建成,現(xiàn)狀供水規(guī)模為44萬(wàn)m3/d,包括原惠南水廠設(shè)計(jì)供水規(guī)模24萬(wàn)m3/d,南水廠一期設(shè)計(jì)供水規(guī)模20萬(wàn)m3/d。水廠以清草沙水庫(kù)來(lái)水為原水,采用“混凝—沉淀—過濾”常規(guī)處理凈水工藝,工藝流程圖如圖2所示。

        本次深度處理工程中,現(xiàn)狀常規(guī)處理構(gòu)筑物基本保留,工程內(nèi)容包括新建一座預(yù)臭氧接觸池、一座中間提升泵房及后臭氧接觸池、一座活性炭濾池、一座反沖洗泵房及臭氧發(fā)生器車間、一座回收水池、一座液氧站以及對(duì)南水廠一期現(xiàn)狀20萬(wàn)m3/d砂濾池出水總渠、鼓風(fēng)機(jī)房及現(xiàn)狀加氯加氨間局部改造。

        圖1 BIM整體解決方案

        圖2 南匯南水廠工藝流程圖

        1.2 項(xiàng)目重點(diǎn)和難點(diǎn)

        南匯南水廠在項(xiàng)目實(shí)施期間,在專業(yè)多、管網(wǎng)密度大、工期要求緊的情況下,需保持正常生產(chǎn)運(yùn)行,給項(xiàng)目的施工帶來(lái)了較大難度,其主要表現(xiàn)見表1,正是BIM技術(shù)的應(yīng)用,給項(xiàng)目的建設(shè)提供了解決思路。

        表1 項(xiàng)目重點(diǎn)難點(diǎn)

        1.3 項(xiàng)目應(yīng)用目標(biāo)

        BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用需要充分利用BIM三維設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì),解決多專業(yè)協(xié)同問題、減少錯(cuò)漏碰缺,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率,實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)技術(shù)交底,為各方及時(shí)探討方案提供支持;BIM技術(shù)在施工階段的應(yīng)用需要利用BIM精細(xì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)技術(shù)交底,模擬技術(shù)處理方案、重大危險(xiǎn)源和變形監(jiān)測(cè)技術(shù),為施工質(zhì)量、進(jìn)度和安全保駕護(hù)航;BIM技術(shù)在交付階段的應(yīng)用需要提交水廠BIM三維信息模型,作為減少單位運(yùn)維管理重要數(shù)字資產(chǎn),在智能化管理和智慧化運(yùn)維中發(fā)揮基礎(chǔ)性作用。

        2 應(yīng)用結(jié)果與效果

        2.1 方案與設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用結(jié)果與效果

        水廠改擴(kuò)建工程在方案設(shè)與設(shè)計(jì)階段是BIM應(yīng)用的開始,通過多源模型的融合、新建單體工藝細(xì)節(jié)展示與可視化交底技術(shù)等功能,可以更加直觀、形象化地展示設(shè)計(jì)理念。結(jié)合全過程的三維協(xié)同設(shè)計(jì)理念,統(tǒng)籌規(guī)劃將場(chǎng)平進(jìn)行合理的布置,運(yùn)用BIM技術(shù)在很大程度上減少圖紙會(huì)審工作量,提高在設(shè)計(jì)階段產(chǎn)品的質(zhì)量。

        2.1.1三維協(xié)同設(shè)計(jì)

        協(xié)同設(shè)計(jì)是BIM技術(shù)在方案與設(shè)計(jì)階段較為突顯的優(yōu)點(diǎn)之一,南匯南水廠設(shè)計(jì)包含地質(zhì)、基坑、建筑、結(jié)構(gòu)、工藝、電氣等多個(gè)專業(yè),該項(xiàng)目基于ProjectWise協(xié)同管理平臺(tái),將項(xiàng)目專業(yè)劃分目錄,根據(jù)不同專業(yè)目錄賦予設(shè)計(jì)人員獨(dú)立的權(quán)限,可以有效地保證自己的工作內(nèi)容不被任意修改,當(dāng)其他專業(yè)模型發(fā)生變更時(shí),可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的變更。通過不同專業(yè)的模型整合,可以對(duì)單體建筑物平面布置合理性、完整性進(jìn)行檢查,最終形成固化模型,實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全過程、全專業(yè)、三維協(xié)同設(shè)計(jì),提升信息共享的及時(shí)性、有效性和準(zhǔn)確性,全面提升設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量。

        2.1.2統(tǒng)籌規(guī)劃合理平面布置

        南匯南水廠項(xiàng)目利用BIM技術(shù)構(gòu)建方案模型,可以從空間、景觀、投資等多方面進(jìn)行有效的對(duì)比分析,選擇合適的場(chǎng)地環(huán)境。結(jié)合勘測(cè)數(shù)據(jù)建立地質(zhì)模型,根據(jù)模型分析,為廠區(qū)既有管線進(jìn)行精準(zhǔn)定位,為新建管線、道路及綠化設(shè)計(jì)等提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),基于BIM技術(shù),借助模型,完成平面布置的整體規(guī)劃。

        2.1.3圖紙會(huì)審與碰撞檢查減少返工,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量

        水廠工程設(shè)計(jì)涵蓋工藝、結(jié)構(gòu)、建筑、管線、電氣、地質(zhì)、基坑等多個(gè)專業(yè),在二維平面圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過程中,常常會(huì)出現(xiàn)專業(yè)之間和專業(yè)內(nèi)部的碰撞問題,如管線與管線的碰撞,管線與梁柱的碰撞等。在三維立體空間中,利用BIM技術(shù)的多專業(yè)協(xié)同優(yōu)勢(shì)可以最大程度地發(fā)現(xiàn)圖紙中的“錯(cuò)、漏、碰、缺”等問題,有效解決了二維圖紙由于溝通不當(dāng)而造成的返工、工程浪費(fèi)等問題,也可以有效解決結(jié)構(gòu)預(yù)留孔定位和規(guī)格大小復(fù)核等問題,避免結(jié)構(gòu)專業(yè)和工藝專業(yè)預(yù)留孔設(shè)計(jì)矛盾,在很大程度上提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。當(dāng)BIM模型深化到一定程度后,可以準(zhǔn)確地獲取模型信息,結(jié)合細(xì)節(jié)及時(shí)對(duì)圖紙進(jìn)行變更,有效減少設(shè)計(jì)變更問題,在很大程度上減輕了圖紙會(huì)審的工作量[14],縮短了圖紙審核時(shí)間。

        2.1.4BIM模型創(chuàng)建

        BIM技術(shù)應(yīng)用于水廠項(xiàng)目要密切關(guān)注其整體布局和工藝流程分析,重視廠區(qū)建(構(gòu))筑物單體的功能和工藝參數(shù)。本項(xiàng)目BIM模型創(chuàng)建包括廠區(qū)現(xiàn)狀實(shí)景模型、現(xiàn)狀及新建建(構(gòu))筑物單體、廠區(qū)道路及場(chǎng)平以及總圖管線模型等,并將上述模型進(jìn)行總裝。

        (1)多源模型融合提供數(shù)字化底圖

        在項(xiàng)目開展前期,使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)對(duì)南匯南水廠的現(xiàn)狀進(jìn)行航拍,整個(gè)廠區(qū)包括廠區(qū)道路、加藥間、生物接觸氧化池、排泥水處理綜合設(shè)施、清水池、濾池、調(diào)節(jié)池、沉淀池、綜合樓、泵房以及本次項(xiàng)目實(shí)施的主要區(qū)域等,通過專業(yè)軟件創(chuàng)建實(shí)景模型。通過實(shí)景現(xiàn)狀模型的建設(shè),可以對(duì)廠區(qū)整體布局進(jìn)行清晰的展示,再將新建單體模型與實(shí)景模型相融合,可以輔助設(shè)計(jì)方案的展示、分析和比選。

        (2)單體模型創(chuàng)建展示產(chǎn)品設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

        結(jié)合水廠現(xiàn)狀常規(guī)處理工藝構(gòu)建建筑物布置,考慮工藝流程銜接順暢,深度處理工藝單元布置在南水廠一期20萬(wàn)m3/d生產(chǎn)系統(tǒng)砂濾池東側(cè)的預(yù)留空地上,空地西片由南向北依次布置中間提升泵房及后臭氧接觸池,反沖洗泵房、臭氧發(fā)生器間及配電間,回收水池;空地東側(cè)布置一座活性炭濾池下疊接觸消毒池。根據(jù)廠區(qū)地質(zhì)條件,更新提升泵房及后臭氧接觸池、回用水池、活性炭濾池等主要建筑物基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)模型,在三維空間全面檢查基坑設(shè)計(jì)的合理性,提升基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)質(zhì)量。全專業(yè)BIM模型能夠有效解決水廠改擴(kuò)建類項(xiàng)目技術(shù)復(fù)雜、設(shè)計(jì)專業(yè)多、協(xié)同管理困難等問題,可以通過三維剖切等方式展示工藝流程和設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。

        (3)管網(wǎng)模型創(chuàng)建解決空間排布與距離要求

        廠區(qū)現(xiàn)狀管網(wǎng)密度較高,空間位置管線錯(cuò)綜復(fù)雜,且物探資料存在部分不明管線,在此基礎(chǔ)上須穿插布置新的工藝生產(chǎn)管線,與新建項(xiàng)目相比,設(shè)計(jì)難度大。為此充分收集地下各類管線的圖紙和物探資料,建立現(xiàn)狀管網(wǎng)三維模型,與深度處理改造工程設(shè)計(jì)管網(wǎng)模型進(jìn)行空間拼裝,檢查設(shè)計(jì)管線與現(xiàn)狀管線是否存在空間位置矛盾,調(diào)整和細(xì)化總管設(shè)計(jì),通過凈高檢查,復(fù)核行車、導(dǎo)軌標(biāo)高與凈距離,能夠滿足大件設(shè)備吊裝要求,有效提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

        2.2 施工階段的應(yīng)用結(jié)果與效果

        工程質(zhì)量的影響最為直接的階段當(dāng)屬施工階段,而運(yùn)用BIM技術(shù)可以有效解決施工信息表達(dá)傳遞不及時(shí)和不明確、施工變更數(shù)量多、專業(yè)交叉作業(yè)矛盾多等問題[8]。結(jié)合BIM技術(shù)在安全、質(zhì)量、進(jìn)度等方面關(guān)鍵技術(shù)的研究,論述BIM技術(shù)為市政水廠工程帶來(lái)的綜合效益。

        2.2.1基于BIM技術(shù)的施工安全管理

        安全管理作為施工過程中最為關(guān)鍵的一部分,可視化安全監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。項(xiàng)目基于BIM技術(shù)和二次開發(fā),對(duì)南匯南水廠活性炭濾池基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)變形趨勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè),利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)快速讀取并驅(qū)動(dòng)成三維可視化模型,直觀判斷土體變形趨勢(shì),超警戒值高亮顯示預(yù)警,有力提升安全監(jiān)測(cè)水平。

        2.2.2基于BIM技術(shù)的施工質(zhì)量管理

        質(zhì)量管理在施工過程中起到非常關(guān)鍵的作用,運(yùn)用BIM技術(shù)提升工程項(xiàng)目中的質(zhì)量也顯得尤為重要。本項(xiàng)目基于BIM技術(shù),采用工程設(shè)計(jì)施工復(fù)核技術(shù),利用無(wú)人機(jī)航拍施工實(shí)景模型與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行疊加對(duì)比,復(fù)核現(xiàn)場(chǎng)是否“按圖施工”,及時(shí)提醒并確保工程施工質(zhì)量,保證設(shè)計(jì)意圖的實(shí)現(xiàn)。在處理施工現(xiàn)場(chǎng)問題時(shí),由于施工測(cè)量定位偏差,導(dǎo)致活性炭濾池及接觸消毒池基坑格構(gòu)柱與接觸消毒池壁板位置沖突,可以借助BIM模型和動(dòng)畫模擬技術(shù),有效解決沖突問題,全面提升施工質(zhì)量以及各方溝通協(xié)調(diào)效率。

        2.2.3基于BIM技術(shù)的施工進(jìn)度管理

        進(jìn)度管理在施工過程中也是一項(xiàng)重要內(nèi)容,項(xiàng)目結(jié)合4D模擬以及共享二維碼技術(shù),有效管理施工進(jìn)度。通過4D動(dòng)畫模擬關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)施工過程,排布施工資源,輔助制定施工組織技術(shù),從而優(yōu)化施工方案。如圖3所示,運(yùn)用共享二維碼技術(shù),可以及時(shí)發(fā)布和共享航拍、管網(wǎng)模型及施工BIM應(yīng)用等成果,方便施工各方及時(shí)掌控施工現(xiàn)場(chǎng)整體進(jìn)度,安排下一步施工部署,有效降低溝通成本,提升收集資料共享效率,保證施工進(jìn)度。

        3 結(jié)語(yǔ)

        BIM技術(shù)在本次水廠改擴(kuò)建中主要體現(xiàn)出以下優(yōu)點(diǎn):

        (1)基于模型開展碰撞檢查、模型融合等應(yīng)用,有效避免設(shè)計(jì)圖面錯(cuò)誤,優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置和產(chǎn)品質(zhì)量;

        (2)基于設(shè)計(jì)交底模型,在施工單元?jiǎng)澐值幕A(chǔ)上,開展施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度方面的應(yīng)用,有效輔助現(xiàn)場(chǎng)施工管理,提升施工管理能力;

        (3)通過數(shù)字資產(chǎn)的積累與收集,可以提升運(yùn)維管理信息化水平。

        雖然BIM技術(shù)在水廠建設(shè)中取得了一定的成果,但在設(shè)計(jì)與施工的交互中還存在著信息交流不暢、無(wú)法共享等問題,嚴(yán)重制約了BIM技術(shù)的進(jìn)一步推進(jìn)。

        圖3 共享二維碼應(yīng)用示意圖

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