數字化信息技術在水質凈化項目管理中的應用

羅燕山 張怡堅

深圳市市政工程總公司 廣東 深圳 518109

隨著基礎設施建設的體量和復雜度不斷增加，施工管理的技術難度和要求也日益提高。傳統施工現場管理模式在速度、可靠性及經濟可行性方面已很難適應現代化施工企業管理與發展的要求[1-2]。

近年來，隨著BIM技術、智慧工地等新型數字化信息技術的發展，工程項目的現場管理得到較大助力，也由此朝著智能化、信息化方向轉變。數字化技術有效保存了施工全過程的數據信息，為項目管控提供了幫助[3-5]。本文以某水廠建設工程為依托，介紹了BIM技術和智慧工地等信息化技術在水務工程中的應用。

1 工程概況

本項目為珠江三角洲水資源配置工程，項目采用去工業化設計，下部建水質凈化廠，上蓋公園。項目建設目標為出水標準達到地表準IV類水，污泥含水率低于40%。

施工場地緊鄰居民區，設計工藝管道錯綜復雜，協調難度大。項目建成后將提高深圳河流域污水設施的總處理能力（圖1）。

圖1 項目建成效果圖

2 BIM技術應用

本項目包含基坑工程、基礎工程、主體結構及裝飾工程、設備安裝工程、聯合調試工程、附屬工程等。項目在不同階段的應用所對應的BIM模型深度不同，最終模型的深度達到LOD400等級。各階段模型中都涵蓋建筑、結構、工藝和除臭等多個專業。

2.1 設計階段

1）設計圖優化：本項目廠區用地僅有30 900 m2，地下1層為構筑物，地面層為操作層及附屬建筑物，頂蓋為廠前區及上蓋公園，整體布局緊湊、結構工藝復雜。污水處理采用“三段式AO工藝”的生物處理流程，結構部分包括細格柵、曝氣沉砂池、三段式A2/O生物反應池、周進周出二次沉淀池、磁混凝高效沉淀池、精密過濾器、紫外線消毒渠、中水提升泵房、鼓風機房及變配電間、加藥間、污泥脫水干化車間、除臭設備、機修車間、配電間及綜合樓等建（構）筑物。二維圖紙無法全面反映項目信息，容易出現錯漏情況。為清楚、直觀地展示項目樣貌，運用BIM技術建立三維可視化模型，同時進行設計復核并及時進行修改，從而提高設計質量。BIM深化設計的優點在于能夠整合各個專業，運用BIM技術在施工前進行一次模擬預演，從而發現設計上的不足，提前解決施工中的困難。深化設計有效避免了后期施工碰撞的發生。如圖2所示，通過多專業整合設計，減少了施工變更與返工。相比未進行深化設計的項目，施工變更減少近80%。

圖2 模型調整前后的對比情況示意

2）協同設計：項目全過程BIM模型上傳至BIM協同平臺進行統一管理，可以提高BIM設計模型管理水平和設計效率，提高專業配合水平。通過協同管理平臺，建立了包含構件編碼、幾何外形、物料數據、設計參數、清單數據的數據中心，通過BIM協同管理平臺，實現了基于BIM技術的協同管理。

2.2 施工階段

1）三維場地布置：項目場地布設涉及臨邊體系、鋼筋加工棚、4臺塔吊、危險品堆放區、臨水臨電系統、標準養護室和鋼筋廢料回收廠，以及大門和洗車臺、污水沉淀池、保安門禁系統和安全宣傳欄、道路和高壓電桿（線）、地下管線等。設施復雜，區域交叉多，碰撞多。采用平面布置的方式設計場地，不能深度表現結構與周邊環境的空間關系，導致場地臨建布設存在一定困難，方案調整次數多，而且每次調整方案，臨建的工程量統計需隨之調整，從而導致技術人員工作量的增加。通過BIM三維場地布置，建立場地模型（圖3），結合結構模型，直觀判斷施工機械的安置是否正確。進行多個方案的模擬對比，反映出結構與環境的關系，合理布設。若二次沉淀池處的塔吊布置影響結構，且相互的交叉影響大，則可利用三維模型，輔助參數化塔吊的變化，達到合理布設的目的。由于場地限制，基坑坑壁距離結構池壁空間較小，且深度較大，結合三維可視化模型，對腳手架方案、梯籠、人行梯道布置方案進行模擬和優化。

圖3 三維場地布置模型

2）可視化錨索碰撞檢查：本項目圍護結構未采取內支撐，而是在腰梁及冠梁位置設置錨索。錨索施工時，基坑陰陽角部位存在碰撞難題，且與周邊的建（構）筑物及地下原有管線產生沖突，二維圖設計時無法直觀體現這些問題，導致現場施工時破壞原有地下雨水管線，對施工進度造成影響。通過應用BIM技術，建立原有地下管線和參數化錨索模型，在三維圖中對產生碰撞的位置進行錨索調整，并通過參數化族計算錨索調整的角度范圍，向設計單位提出相應的設計變更。通過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，節約了施工成本。

3）工程量統計：水質凈化工程存在眾多需進行復雜工藝處理的建（構）筑物，不規則結構給工程算量帶來一定難度。用傳統的方式計算混凝土、鋼筋等工程量，需計算各種類型的需要根數、搭接關系，效率低，對人員能力和經驗要求也比較高。特別是遇到復雜結構，鋼筋種類多而密，交錯穿插廣而深，極容易出錯。錯誤往往要等到現場施工時才能發現，重新加工造成了工期和成本的浪費。通過BIM技術建立鋼筋模型，利用軟件具有的出量功能，點擊查看“鋼筋三維”，鋼筋綁扎的重點、難點一目了然。同時工程師可以利用移動端在現場進行三維展示，查看鋼筋綁扎情況，指導現場鋼筋綁扎及驗收。根據施工需求，對結構主體施工縫進行劃分，分段分層統計混凝土工程量，為施工現場提供可靠的數據依據，通過模型深化應用形成交底資料，指導現場進行質量管控、檢查、驗收。

4）三維技術交底：水質凈化過程主要包括對污水進行集中、過濾、消毒等一系列處理。處理中會涉及多個環節和復雜性處理工藝，最后得到達標的處理水。每個工藝環節對應的建（構）筑物復雜多變，對于復雜的節點，通過常規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人員，難以進行施工指導，施工質量更難以保證。在施工階段采用BIM技術，進行形象的三維技術交底，預先演示施工現有條件、施工工藝、施工順序及重、難點，復雜節點一目了然，施工時也有著清晰的感官認識，提高了技術交底的效率，保證了施工質量。

3 智慧工地技術應用

1）無人機傾斜攝影：采用一般的平面布置方式設計場地，不能深度地表現結構與周邊環境的空間關系。通過無人機傾斜攝影技術生成三維實景模型（圖4），并將轉換形成的點云、三角網格數據導入BIM軟件，將實景模型與BIM模型相結合，更加真實地反映地物的實際情況，形成完整的工程形象，可讓用戶多角度觀察地物。同時可降低三維建模的人工成本，有效提升了模型生產效率。

圖4 無人機傾斜攝影技術生成三維實景模型

2）VR技術：傳統的安全教育方式，對于受訓者來說相對枯燥，受訓者容易產生抵觸心理，難以對教育內容進行有效的吸收并對其加以運用，培訓效果參差不齊。VR安全體驗館基于真實數據建立數字模型，采用VR技術和電動機械相結合而打造，嚴格遵循工程專業設計的標準和要求，通過強大的三維建模技術建立逼真的三維場景，可模擬真實場景下的安全事故情景。體驗式學習，激發項目管理人員及勞務工人參加安全教育的興趣，強化體驗者對安全事故的感性認識，提高了安全教育的效率。

3）智能監測系統：BIM協同管理平臺完美地結合本項目的智慧工地系統，通過物聯網采集施工現場信息，實時將數據傳輸至協同管理平臺。采用人臉識別和車輛識別系統對現場人員和車輛進行管理。現場安裝多臺高清監控設備、塔吊監測設備等進行全天候監控，并結合基坑位移沉降監測，實時提醒作業人員加強安全防范措施。環保管理模塊與現場環境監測設備對接，在線實時監測揚塵、PM2.5、PM10、風速、風力、風向、溫濕度、噪聲等，確保施工過程綠色環保。

4 結語

本項目通過BIM、智慧工地等數字化信息技術，輔助項目管理人員在水質凈化EPC項目建設過程中實現了技術方案、質量管理、安全管理、進度管理等方面的管理目標。借助大量的數據采集、匯總、整理分析，提升了項目的科學性、可靠性和有效性，有效地提高了項目的精細化管理水平。