淺談BIM 在污水處理工程中的應用

賈文穎

（西安思源學院城市建設學院，陜西西安 710038）

1 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為基礎建立模型，模擬建筑物的真實情況，從而應用于建筑的全生命周期。其特點是具有可視化、可協調性、模擬性、可優化性和可出圖等功能，優勢是以最少的成本、最高效的方式得到最好的建筑。在信息化和大數據的時代背景下，BIM 的應用將會越來越廣泛。

“十四五”時期，我國生態環境建設要實現減污降碳協同增效、經濟社會發展全面綠色轉型的目標。而我國水資源較為緊張，水體污染已經成為制約經濟社會綠色發展的重要因素，污水處理行業將會持續快速發展。在污水處理工程中，引入BIM 已不是一項嶄新的技術，但是它的優勢日漸凸顯，不僅體現在與一般建筑工程一樣的規劃、設計、施工階段，更體現在污水處理項目的運維和后續階段。本文對BIM 在污水處理工程中的應用現狀進行綜述，分析其存在的問題，展望推廣應用的前景。

2 BIM 在污水處理工程不同階段的運用

BIM 在污水處理工程中的運用，主要體現在設計階段、施工階段、運維階段以及部分工程的提標改造階段，基本可以實現對項目全生命周期的應用與把控。

2.1 BIM 在污水處理工程設計階段的應用

BIM 應用于工程建筑最開始就是在設計階段。一般污水處理廠工藝流程復雜，構筑物和管線繁多，BIM 以其優勢彌補了污水處理工程設計的復雜性，但實際應用方式、深度各不相同。

姜天凌等［1］針對水處理設計行業探索了一種基于ArchiCAD 軟件的二次開發路徑，進行了GDL 參數化圖庫編程及參數化構筑物API 開發，可以大大提高建模效率。在地下式污水處理廠的設計中更能體現BIM 的優勢，所以應用較多。在遵義市紅花崗區蝦子河污水處理及再生水回用工程中，設計者基于Revit 軟件創建了污水處理工程中特有的參數化族庫、參數化工藝單體，也進行了碰撞檢查、三維可視化瀏覽、出圖、工程量統計等［2］。蘭州市七里河安寧地埋式污水處理廠在改擴建建設過程中，應用BIM三維場布技術，對施工現場進行了三維規劃、動態漫游等，在策劃階段即感受到了后續的實體效果，在Revit 模型里，機電、土建專業各自將Navisworks 軟件導入其中并整合，進行碰撞檢查，生成相應的碰撞報告以及優化解決方案［3］。地下污水處理廠也有基于Bentley 系列軟件的BIM 設計應用，如位于陜西省西安市灃河生態景觀帶東岸的國際社區東岸污水處理廠［4］，也有非地埋式污水處理廠采用BIM 技術的案例，如武漢市某遠城區污水處理廠［5］。

2.2 BIM 在污水處理工程施工階段的應用

BIM 應用于施工階段主要體現在快速識圖、質量控制、成本控制等方面，可以在保證施工質量的前提下使工程建設更加經濟、高效。BIM5D 模型可以為施工提供準確的進度模擬，同時可以精確化管理物質消耗和成本核算，從而提高項目的管理質量和決策效率。

在虹橋污水處理廠項目的實施階段，通過BIM模型進行孔洞預留預埋、進度/工序模擬、工程量統計、支吊架優化設計等，使項目圖紙變更數量相比傳統項目減少約30%，項目施工進度相比傳統水廠項目縮短約2 個月，可見BIM 的經濟效益和社會效益之大［6］。在廣州西朗全地埋污水處理廠的施工中應用BIM 技術，不僅實現了建筑、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、施工方案模擬對比等以往BIM 應用的各種優勢，而且擴展實現了BIM＋新技術的融合應用，如“BIM＋二維碼”“BIM＋無人機”“BIM＋3D 打印”等［7］。在佛山地埋式污水處理廠施工中，也應用到了上述技術［8］。可見在BIM 技術的帶動下，污水處理行業正在發生著巨大變化。BIM 技術不僅為施工過程提供指導，也為下一步的污水處理廠智慧運營管理提供載體和基本的信息參數。

2.3 BIM 在污水處理工程運維階段的應用

運維階段就是項目投入使用的階段，在建筑生命周期中持續時間最長。在污水處理廠的運營階段中，設施運營和維護方面的成本不容小覷。通過建立基于BIM 的運維管理系統，業主和運營商可以大大降低缺乏操作性而導致的成本損失。目前，與物聯網結合的BIM 運營維護管理平臺對公共建筑的全生命周期管理起到了重要作用，推進了智慧水務和智慧城市建設。該平臺是將RFID 技術與BIM 技術相結合，涵括工藝檢測、人工監測、物品監控及后臺數據管理等。

上海某污水處理廠以BIM 技術為可視化基礎，以Unity3D 軟件為開發平臺，開發了污水廠調試可視化仿真系統，能夠直觀地幫助作業人員明確調試工作內容和流程，提高了調試工作的效率和安全性，這也是在運營初期的BIM 應用的延伸和拓展［9］。張錦萍［10］通過研究認為，從整體看基于BIM 技術的污水處理廠運維管理對改善運維管理效果明顯，在人力成本方面可節約40.35%，在能耗方面可節約25.8%，而且可以快速解決運維中的問題，降低工作安全風險，提高運維管理的效率。

2.4 BIM 在污水處理廠提標改造工程中的應用

污水處理廠提標改造主要是提高現有污水處理的排放標準，這就要對污水處理設施進行部分重新設計，通過增加建構筑物和相關設備、管線的方式增加工藝環節，或者對部分陳舊設備進行大修和更新來提高污水處理能力，使出水達到更高標準的要求。

與常規污水處理廠信息管理平臺不同的是，提標改造工程的BIM 信息管理平臺為BIM 建模完成后，將模型上傳至信息平臺，經過輕量化處理后，就可以在低配置硬件上實現查閱瀏覽、工程管理等一系列功能。另外，還需要針對污水處理廠原有構筑物和管線進行建模合并上傳，解決原有建構筑物、管線的保護和交叉影響等各種問題。

3 BIM 在污水處理工程中的應用現狀分析

隨著時代的發展，BIM 已經成為建筑業的發展趨勢，在污水處理行業的應用也必將越來越廣泛。目前BIM 在污水處理工程中的全面應用還比較少，尤其是一般中小型公司的BIM 應用仍處于起步狀態。BIM 軟件在污水處理工程中的推廣仍存在一些問題，首先，由于從業者對BIM 的認識仍處于設計階段，認為BIM 主要功能是將2D 圖紙翻模成為3D 模型后給建設單位展示。直接利用BIM 進行正向設計、施工的項目還不多，對此相關單位應加強對環保工程人員的BIM 培訓，邀請BIM 專業人員進行授課，加強相關人員對BIM 技術應用的認識。其次，建設各方對與BIM 配套數字化協同管理平臺的需求較為迫切，但BIM 協同數字化管理平臺研發技術還需進一步完善。此平臺不僅應滿足建設各方日常管理需求，還應與BIM 技術相結合，實現全生命周期的BIM 應用。最后，制約BIM 在污水處理工程中應用的一個主要問題是族庫的缺少，在污水處理工程中會涉及一些特殊的設備和異形構筑物，需要對軟件進行二次開發，對此最好能夠建立一個基于整個行業的族庫并共享。另外，BIM 本身是較為復雜的體系，目前污水處理行業能掌握BIM 和協同管理平臺的人才少之又少，影響了BIM 在行業的應用，所以相關人員要加強對BIM 軟件的學習，具備較高的軟件應用能力，從而推動構建全生命周期的智能化污水處理廠模式。

4 結語

綜上所述，在污水處理工程的各個階段引入BIM 技術都非常有優勢，但是在具體應用過程中仍然困難重重，需要相關人員不斷地探索和研究。結合污水處理工程的特點，將BIM 技術應用于設計、施工、運維等全生命周期的各個階段，發揮出BIM 技術的作用，可以確保污水處理工程建設的高效開展，同時可以提升污水處理運維效率和效果，具有較高的經濟效益和環保效益。