BIM技術在廣州西朗全地埋式污水處理廠施工中的應用

程 江,王 斌,張 騰

(中鐵一局市政環保工程有限公司，甘肅 蘭州 730050)

1 工程概況

西朗污水處理廠二期工程位于廣州市荔灣區花地大道南與花地河漁尾大橋交叉口東南角。工程總平面示意見圖1。

圖1 工程總平面示意

西朗污水處理廠二期工程規模為30萬m3/d，總變化系數Kz=1.3。新建粗格柵及污水提升泵房、細格柵曝氣沉砂池及精細格柵、生化池、MBR膜池及清洗間、接觸消毒池、出水提升泵房、計量渠、排空泵房、污泥脫水與干化車間、鼓風機房、加氯及除磷加藥間，在線監測用房(進、出水)，門衛室、地面值班室、高壓電房、機修倉庫等。西朗廠二期為地埋式污水處理廠，廠區總平面布置分為地面層、地下負一層和地下負二層三個部分。污水廠采用全地埋方式布置，地下主體構筑物采用整體基坑開挖，基坑開挖深度大部分為16.8 m(東南角部位置坑中坑開挖深度為22.95 m)，基坑開挖范圍為239.7 m×193.7 m。

2 BIM技術在施工中的應用模式

2.1 施工現場臨建場地規劃

項目施工由于在鬧市區，場地較為狹小，周邊環境復雜，合理的場地布置是保障施工部署的前提。利用BIM軟件將施工現場和項目部臨建設施進行信息化建模，從直觀、高效的角度進行規劃布置。通過利用BIM技術[1]創建的場地三維布置模型，可對施工平面組織、材料堆場、現場臨時建筑及運輸通道進行模擬，調整施工機械的安排，使現場布置更加合理。施工現場布置效果示意見圖2，施工項目部布置效果示意見圖3。

圖2 施工現場場布效果示意

圖3 項目部補助效果示意

2.2 三維地質模型及邊坡受力分析

本工程基坑面積約23 500 m2，地下箱體基槽開挖深度約14.6～18.5 m，地質條件復雜，在土方量計算方面是一大難題，利用BIM技術將現場采集的數據導入CIVIL 3D生成曲面，按地質情況分層建立地質模型，采用三角網法進行土方量計算[2]，準確率達到97%以上。為保證進出基坑通道安全，對通道邊坡應用邁達斯軟件進行受力分析，確?；邮┕ぐ踩?。地質模型邊坡穩定性分析見圖4，安全穩定性分析見圖5，最大位移分析見圖6。

圖4 SRM邊坡穩定性分析示意

圖5 安全穩定系數為1.29示意

圖6 最大位移值為11.5 cm示意

2.3 BIM模型創建

在項目施工準備階段，根據甲方提供的項目施工藍圖(電子圖紙)，完成本項目支護結構、主體結構、機電安裝部分BIM模型的創建，基坑支護及主體結構模型整合效果示意見圖7；在項目施工過程中，根據項目變更圖紙及實體對BIM模型進行維護完善；在項目竣工時，根據項目實體，完成項目BIM機電管綜調試優化模型(見圖8)[3]。

圖7 基坑支護及主體結構模型整合效果示意

圖8 機電管線優化模型效果示意

2.4 BIM技術應用目標

在項目實施過程匯總，主要完成以下幾項技術應用目標。

1)圖紙問題報告：在建模過程中對設計院提供圖紙進行審閱，檢查圖紙問題，并整理形成問題報告(見圖9)，輔助技術總工進行圖紙會審。

(1)

2)主體碰撞檢測：利用創建的BIM模型，對項目主體、機電管線進行檢測，分析主體、機電管線部分碰撞沖突，并形成碰撞分析報告(見圖10)；結合本工程的特點生成工藝與橋架、工藝自碰撞、結構與機電、暖通與工藝、暖通與橋架、暖通自碰撞、橋架自碰撞等碰撞報告，項目部提前管綜優化。

圖10 碰撞問題報告示意

3)施工場地三維布置：結合圖紙及現場布置、周邊環境，創建施工場地三維布置BIM模型，對場地布置及周邊環境進行模擬分析，保障施工場地布置合理。BIM模型與周邊環境模型融合見圖11，項目完工地表景觀層效果見圖12。

圖11 BIM模型與周邊環境相協調示意

圖12 地表經觀層效果展示示意

4)施工方案模擬：對施工中的核心施工技術方案，利用BIM技術制作三維可視化動畫，模擬施工工藝，論證方案可行性,污水廠底板分區施工模型見圖13；并利用模擬動畫對現場技術人員及工人進行交底，提高交底效率及質量，泵房設備管線優化調整示意見圖14。

圖13 污水廠底板分區施工模擬示意

圖14 泵房設備管線優化調整示意

5)虛擬漫游：利用創建的項目BIM模型，結合BIM漫游軟件，對項目整體及各區域進行漫游，進行可視化項目檢查。地表景觀層VR場景展示見圖15，主體結構可視化交底見圖16。

圖15 地表經觀層VR場景展示示意

圖16 主體可視化交底示意

2.5 BIM模型指導現場施工

應用BIM技術，通過形象化的設計減少產品生產中的問題以降低試錯成本;通過三維化的展示以加深所有參與部門的相互了解，減少溝通成本，降低勞動成本，提高工程質量。利用BIM模型進行三維技術交底，然后生成二維管道安裝圖紙資料指導管道現場施工。廊道交底模型示意見圖17，廊道施工后效果示意見圖18。

圖17 廊道交底模型示意

圖18 廊道施工后效果示意

2.6 BIM+新技術應用

二維碼形成了一座溝通的橋梁，將書面與口頭的信息利用網絡傳達到了每一個施工人員，其可多次重復掃描的優點，豐富了施工管理的溝通手段，提高了現場管理的效率。利用BIM+二維碼新技術[4]將模型結合二維碼，實現手機操作查看模型、漫游展示。污水處理廠內部模型展示見圖19，污水處理廠外部效果漫游二維碼見圖20。

圖19 污水處理廠內部模型展示示意

圖20 污水處理廠外部效果漫游二維碼示意

“BIM+無人機”的融合，實現了將設計構筑物鑲嵌在工程實際場景中的構想，可以通過可視化方式查看過程或成果中存在的問題，從而提前進行方案改進和優化。基于無人機航拍技術，在項目施工進度進行影像資料記錄，同時通過無人機航拍技術對水廠附近的建(構)筑物、車輛、行人進行數據的采集。采用無人機全景技術對項目進行宣傳，提升項目整體形象。無人機拍攝施工現場照片如圖21。

圖21 無人機施工現場圖片示意

BIM+3D打印機技術，在中鐵一局集團市政環保工程有限公司西朗污水處理廠項目首次應用，項目根據施工圖紙采用BIM技術對西朗污水處理廠工程建模并進行3D打印，通過三維模型，便于現場施工技術人員理解結構構造、施工工藝、安全注意事項等相關內容。3D打印整體模型見圖22，3D打印V型濾池模型見圖23。

圖22 3D打印整體模型示意

圖23 3D打印 V型濾池模型示意

3 結語

在廣州西朗全地埋污水處理廠施工中應用BIM技術，實現了建筑、結構、設備等專業且多單位的協同作業、場布合理緊湊、廊道空間優化整合、施工方案模擬對比、BIM+新技術的融合等，并為污水處理廠運維階段的構件信息、管線維修管理提供了有力的載體。隨著BIM技術的進一步推廣應用、施工管控平臺和運維管理平臺的完善更新，BIM技術將給城市給水排水體系的信息化管理提供技術支持和數據支撐，助力都市圈實現基于CIM的智慧城市建設。