BIM技術在昝崗片區再生水廠工程中的研究與應用

張 超

(北京市政建設集團有限責任公司，北京 100089)

引言

隨著BIM技術研究應用的不斷深入，其應用領域已從建筑工程擴展到市政公用工程等其他工程領域，技術優勢和應用效果顯著。BIM技術正推動著建設領域規劃、設計、施工、運維的一系列技術創新和管理變革，為建筑行業實現全生命期的信息共享、提升全生命期的可測性與可控性、促進建筑業生產方式變革、推動建筑行業工業化發展發揮了重要作用[1]。

目前市政公用工程領域應用BIM技術的程度主要還是集中在可視化交底與動態漫游等較低水平應用。本文以昝崗片區再生水廠工程為實例，在做到可視化交底與動態漫游的基礎上，利用BIM技術進行了疏散分析、水化熱分析等仿真模擬應用，將BIM應用的深度和范圍都進行了一定程度的探索研究，探討BIM技術在再生水廠項目工程建設中的應用模式。

1 工程概況

1.1 項目簡介

雄安新區位于中國河北省保定市境內，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昝崗片區的中南部，項目場地職能為高鐵站片區新建的一處全地下式水資源再生中心。

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

本工程需與雄安高鐵站同期竣工，總工期僅364天，工期進度異常緊張，設計標準高，技術含量高，質量及安全文明施工要求高。

本工程BIM應用貫穿設計—招投標—施工全過程直至移交業主運維，工程已在設計管理、技術管理、進度管理、質量管理、安全管理、物料管理、總承包協調管理以及分包管理(勞務分包和專業分包)等方向進行BIM技術應用。

圖1 鳥瞰圖

1.2 工程重難點

本工程位于雄安新區，對安全文明標準化施工要求高。整體工期緊張，交叉作業多，籌劃難度大；結構混凝土要求達到清水混凝土標準；機電管線復雜，安裝難度大；專業和通用設備種類多、數量大，電氣自控系統復雜；構筑物結構復雜，施工工序多。

2 BIM應用前期策劃

2.1 BIM應用目標

通過BIM技術的應用，提高參建各方的工作協同性和信息溝通效率，實現經濟效益和社會效益雙贏；提升項目建設整體信息化水準；降低質量、安全、成本風險，加快施工進度，杜絕返工及拆改現象的發生，提高總承包項目精細化管理能力；[2]提高現場施工方案的合理性、科學性；提高深化設計的質量和效率；培養BIM應用人才，提高BIM應用能力；總結采用BIM技術對復雜機電系統進行深化設計的方法和流程。

圖2 BIM應用技術體系

2.2 技術流程

在項目前期準備階段，在建設單位的統一部署下由建設單位代表和各參建方領導形成項目BIM實施的保障層，建立了以項目經理為核心，全員參與的組織架構，同時把分包隊伍納入BIM實施組織體系之中。具體BIM技術應用流程如圖2所示。

2.3 軟硬件配置

根據本工程的特點，主要應用Revit、Navisworks、3DMAX、Lumion以及數字雄安建設管理平臺等軟件。除此之外，公司還配備BIM工作專用服務器、移動式工作站、工作機及其他設備[3](圖3)。

圖3 所用軟件

3 BIM技術在工程中的應用

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，地質情況較為復雜，對勘察階段能否將地質情況調查清楚起著至關重要的作用。

勘察單位從勘察外業開始即采用了信息化管理的模式，所有勘察外業鉆探數據均上傳至可實時接收外業鉆探現場采集信息并對其進行統計、分析、處理，通過項目信息展示、異常項目預警提示等方式，實現項目相關方對項目全過程的管控，即巖土工程勘察項目管理與數據服務云平臺——勘云寶系統，勘察管理人員可從外業現場及信息化管理系統兩方面雙重控制外業質量，并根據地層信息對勘察方案進行實時調整，做到動態勘察,如圖4所示。

圖4 勘云寶系統實時監控界面

勘察外業完成后，通過理正勘察軟件直接導入外業勘云寶系統中的鉆探數據，并結合土工試驗數據進行地層劃分與土層物理力學指標的統計工作，得出相應結論，編寫勘察報告。

運用理正三維地質軟件建立好模型后，可通過理正巖土BIM for Revit軟件導出Revit可用的.rvt格式文件，可實現與其他專業BIM模型相結合共同應用。

通過三維地質模型的建立與應用，使參建各方都對地質情況有了更清晰的認知，設計及施工人員可快速查看不同位置的地質情況。對需特殊處理的位置提前做出預判，采取相應的措施，為工程提供了快速可靠的數據支持，確保了工程的質量安全及進度，如圖5所示。

圖5 地質三維模型及信息數據

3.2 水處理單元布局優化分析

本項目在設計過程中，利用BIM技術，應用Revit的顏色方案與明細表，對地下箱體各水處理單元進行了房間面積分析，對布局進行優化分析，如圖6所示。

圖6 布局優化分析圖

圖7 場地布置模型

3.3 輔助安全文明標準化施工

采用BIM技術，在項目開展前期，利用軟件建立場地布置模型，利用Enscape軟件進行動態漫游，在虛擬環境下進行場地規劃審查及評估。通過基于BIM技術的場地規劃管理，精確、高效地完成標準化駐地規劃建設，如圖7所示。

3.4 輔助圖紙會審

本項目圖紙量大，涉及專業多，因此圖紙會審工作時間緊任務重，且傳統的圖紙會審都是在二維圖紙中進行圖紙審查，難以發現空間上的問題，且很多問題的發現需要豐富的經驗[4]。

施工單位根據圖紙建立BIM模型，在創建BIM模型的過程中，發現設計問題，并將問題進行匯總。完成BIM模型創建之后通過軟件的碰撞檢查功能，進行專業內以及各專業間的碰撞檢查，發現圖紙中的設計問題[5]，如圖8所示。

圖8 圖紙會審記錄表單

3.5 復雜構筑物三維辨識與交底

本工程下層池體結構復雜，且施工精準度要求高，對項目人員識圖能力要求極高。底板標高變化多，導致抗拔樁以及底板施工需要提前進行大量的識圖工作。

創建BIM模型，對圖紙進行精細復核。利用BIM技術進行復雜構筑物三維可視化交底，施工時不僅有清晰的感官認識，更直接用來指導現場施工，提高精確度，保證施工質量，如圖9所示。

圖9 復雜構造節點BIM模型

3.6 BIM模架設計

本項目采用BIM模板腳手架軟件，進行模架設計、可視化交底、高支模自動識別等工作，避免了人為經驗識別錯漏的情況，以確保施工安全。高效完成架體布置、拼模優化等工作，通過軟件計算，快速生成安全計算書，通過三維節點圖更直觀地給工人實現交底。提高施工質量，精確統計材料用量，指導材料采購與材料周轉，如圖10所示

圖10 模架設計流程

3.7 施工方案模擬優化與可視化交底

應用基于BIM技術的可視化，關鍵節點、細部構造復雜的部位進行三維交底，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技術輔助方案優化模擬與方案編制工作，通過施工模擬配合專業分包進行技術交底，保證施工質量同預期效果對應，同傳統模式比較，在效率及方案合理性方面應用價值較高，如圖11所示。

圖11 可視化交底

3.8 基于BIM的應急疏散模擬

本項目疏散模擬試驗研究將Revit模型導出.dwg格式文件，導入到疏散模擬軟件Pathfinder 2019中，對項目駐地及施工現場，進行緊急情況下的疏散模擬和優化疏散路徑，形成應急疏散預案。通過現場應急演練來進一步驗證應急疏散預案的可實施性，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模型導入 Midas FEA對大體積基礎底板進行有限元分析，計算結果較手工簡化計算更為精準，能更全面精確地了解計算對象的溫度場及應力分布，歸納規律，通過數值分析結果同試驗結果相對比，可以確認計算結果的可靠性，為大體積混凝土養護提供技術支持，如圖13所示。

圖13 FEA分析數據

3.10 數字建管平臺與區塊鏈財務管理平臺的應用

數字雄安建設管理平臺構建貫穿了項目建設單位、項目參建單位(含設計、施工、監理等)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、數據分析和智慧工地有機結合，實現了業務數據在集團、一級公司、項目多層級的管理。平臺面向工程建設項目立項至竣工驗收、移交的全生命期的綜合性建設管理平臺，全力提高施工現場作業的工作效率，增強工程項目的精益化管理水平[6]，如圖14所示。

圖14 數字建管平臺WEB端

項目全生命期采用基于區塊鏈技術研發的雄安區塊鏈平臺進行項目財務集成管理。該平臺是國內首個基于區塊鏈技術的項目集成管理系統，實現業主、總包商、各級分包商之間的合同簽署、工程進度確認、資金支付、融資服務穿透式管理[7]，如圖15所示。

3.11 無人機+BIM技術輔助項目建設

利用傾斜攝影對場區內的地形進行三維掃描，形成面模型，生成實際地形。實際地形與BIM進行模型結合實現虛實合一，很大程度上預控了實際場地對施工的影響，避免了以往因場地布置不完善導致的施工阻礙，并用于對基坑的位移變形分析，如圖16所示。

圖15 區塊鏈財務管理平臺界面

圖16 傾斜攝影模型

用無人機航拍進行安全巡檢，方便項目實時掌握現場的形象進度，定期定航線航拍，形象直觀地展示現場施工情況，并建立起時間刻度的豎向對比，如圖17所示。

圖17 無人機航拍實景

4 總結

4.1 應用效益

輔助安全文明標準化施工：確保駐地精確建造、一次完成，達到預期效果的同時減少浪費，降低對社會的影響。減少了現場材料轉運次數，提升了施工現場的面貌，[8]節約成本20萬元。通過BIM應用輔助臨建CI標準化建設，提升項目整體對外宣傳效果和企業形象。

輔助圖紙會審：通過將各專業模型進行對比分析及碰撞檢查，總結歸類碰撞點共4大項，分別是建筑、結構、機電、暖通，交叉碰撞點約1 000處，整理出圖紙會審記錄共5份，共計200余條。

模架設計：通過BIM模架設計，優化材料周轉，減少模板浪費。

方案模擬，可視化交底：進行方案模擬， 確定最符合現場的施工方案。利用可視化交底，減少返工，節約費用。對施工過程、施工工藝、施工流程等進行虛擬，規避質量問題、安全隱患，保護施工人員人身安全、保證施工質量。

利用勞務實名制管理系統和視頻監控系統隨時掌握施工人員動態，對施工人員進行安全管理，對現場進行安全生產、工程質量監督和隱患排查，有效減少安全質量事故的發生。

4.2 展望與思考

昝崗片區再生水廠工程通過BIM技術的綜合應用，進一步實現了項目的可視化、數據化和信息化。提高了項目建設的整體效率，達到了一種高效、精細、協同的工作開展模式。[9]減少了社會資源浪費，推動了BIM技術在市政公用工程行業的發展。為了BIM技術可以更好地服務行業，達到預期應用效果，應當積極推進BIM技術在設計、施工、運營全過程的應用，使BIM技術在日常施工中的應用成為常態[10]。