水務廠站工程BIM設計與應用

摘要：長江大保護實施過程中各類水務市政廠站工程具有建設范圍廣、建設內容繁雜、參建單位和涉及專業眾多、項目設計與實施管理難度大的特點。為了提升設計質量并在施工階段加強項目過程管控，需要在工程建設過程中推廣應用BIM技術。以湖北省宜昌市主城區“污水廠網、生態水網”項目的大公橋調蓄池項目為例，詳細闡述了BIM技術在設計和施工階段的應用情況。該項目BIM應用的主要特點有：開展了Autodesk Revit平臺和CATIA平臺的協同設計探索，以及基于CATIA平臺的排澇泵站設計及其配筋出圖應用。通過BIM技術應用，顯著提升了項目的智慧管控水平，成為長江大保護EPC工程智慧管控的重要技術手段。相關經驗可為BIM技術在后續長江大保護廠站建設中提供重要參考。

關 鍵 詞：污水處理廠；廠站工程；調蓄池；BIM技術

中圖法分類號：TP391 文獻標志碼：ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S2.054

0 引言

黨的十八大以來，黨中央、國務院高度重視長江經濟帶的生態環境保護工作。習近平總書記多次作出重要指示，強調推動長江經濟帶的發展，堅持生態優先、綠色發展，把修復長江生態環境擺在壓倒性位置，共抓大保護，不搞大開發^［1-2］。

為更好服務于長江大保護，應積極推進“互聯網+現代水務”，以信息化帶動現代化。推進長江大保護相關建設項目智慧化管控已成為目前長江大保護中各類工程建設面臨的工作重點之一，而BIM技術作為工程智慧化管控的基礎，在工程建設全生命周期過程中發揮了重要作用。

以目前在建的典型長江大保護工程——宜昌市主城區“污水廠網、生態水網”共建項目為例^［3］，其建設任務主要有廠站工程、管網工程、生態治理工程及智慧工程等。特別是在廠站工程^［4-6］、管網工程建設過程中，BIM技術的普及和應用能夠極大提升工程設計質量與項目智慧管控水平，逐漸成為EPC工程智慧管控的重要技術手段。

本文以宜昌“污水廠網、生態水網”項目的大公橋調蓄池工程作為廠站工程典型案例，詳細闡述了在設計和施工階段的BIM技術應用情況。

1 工程介紹

1.1 大公橋調蓄池項目概況

作為宜昌“兩網”項目重要廠站工程之一的大公橋調蓄池將大幅削減雨季溢流污染，全面提升江北主城區污水應急調配能力，增強部分箱涵排澇能力，為改善城區環境衛生面貌，提高人民生活及健康水平起到積極作用。

大公橋調蓄池是宜昌排水管網體系最大的單體建筑土建工程，同時也是江北沿江溢流污染（combined sewer overflow，CSO）收集調蓄工程的重要組成部分。目前該工程同步開展片區污水泵站、截污管道、智能截流井的新建和改造工作，將有效控制和處理大公橋片區的溢流污染。工程建設內容包括：新建CSO調蓄池一座，調蓄規模2.1萬m³，配套污水泵站規模為7.2萬m³/d；與CSO調蓄池合建一座排澇泵站，規模為11 m³/s；配套新建截污主管道總長約5.9 km，新建截流井19座，改造現狀截流井8座。

1.2 項目特點與難點

1.2.1 項目周邊環境復雜

在地理位置上，該調蓄池的東北方向鄰近沿江大道，西南方向靠近濱江步道，東南方向靠近勝利四路的現有箱涵，西北方向為臨江雪松林，整個工程建設用地緊湊狹窄。工程總體布置如圖1所示。

1.2.2 泵站與調蓄池整體合建

大公橋調蓄池項目采用排澇泵站、污水泵站、CSO調蓄池整體合建方式^［7］（圖1），頂部主要覆土綠化。考慮到排澇泵站的進出水方向，將排澇泵站設于西北側，東南側依次為污水泵站和CSO調蓄池。排澇泵站和調蓄池頂部覆土綠化與濱江公園融合。

1.2.3 地下空間管線系統復雜

調蓄池采用地下式方式建設，分為上下兩層，下層為調蓄池，上層東南部分為地下停車場，西北部分為污水泵站進出通道、除臭設備、消防設施等安裝操作空間。整個地下空間管線錯綜密布，給施工安裝帶來了難度。

1.3 項目BIM設計與應用技術特點

1.3.1 建設階段全專業應用

作為宜昌“兩網”項目重要的廠站工程之一，大公橋調蓄池在設計和施工階段應用了BIM技術。在設計階段，利用BIM三維設計軟件進行結構、建筑、給排水、電氣、暖通等各專業模型的建立，并利用三維模型進行碰撞檢查與優化、工程算量、出圖等應用。

1.3.2 雙平臺模型數據融合探索

該項目地下構筑物由調蓄池與泵站組成，其中排澇泵站屬于典型的水工建筑物。為了便利設計、分析、配筋和出圖，項目組充分考慮A（Autodesk Revit）、C（CATIA）平臺各自技術特點和優勢，決定分別采用CATIA與Revit對項目的泵站和調蓄池進行三維設計應用。在施工階段，將Revit和CATIA格式BIM模型分別導入智慧EPC管控平臺中進行數據整合，為后期施工階段建設管理提供重要的數據支撐。因此該項目三維設計是一次A、C平臺設計數據融合的探索。

1.3.3 基于CATIA的泵站三維建模與配筋

鑒于筆者所在單位在CATIA平臺水閘泵站BIM三維設計上的技術積累和優勢，針對該項目中排澇泵站部分利用CATIA軟件進行三維設計建模，導入自主開發的三維配筋軟件完成三維配筋并出配筋圖紙^［8］。相對于二維設計配筋，三維配筋直觀形象并能提高配圖1 大公橋調蓄池總體平面布置

筋效率，減少錯誤，同時便于修改。

2 項目BIM應用策劃

在該項目BIM三維設計工作初始階段，根據項目特點及技術需求，項目組開展了BIM應用策劃，確定了BIM應用總體目標，為后續BIM設計工作開展做好準備。BIM應用策劃工作內容包括：調研參建各方收集BIM應用需求，制定BIM技術應用實施策劃方案、工作流程、建模規則等，并根據項目設計節點要求，確定BIM技術應用目標、內容及各子項計劃安排。

2.1 長江大保護EPC工程BIM應用技術標準

為確保項目BIM技術應用順利規范實施，項目建設單位聯合工程參建單位一起編制了長江大保護EPC工程BIM技術相關的技術標準（圖2），包括：數據存儲標準、分類與編碼標準、交付標準、應用標準、設計應用導則等企業級標準。以上各項BIM標準形成了建設單位BIM技術應用標準體系，規范和指導長江大保護工程全過程應用，也是該工程建設全過程中BIM技術應用的規范指導性資料。

2.2 人員組織安排與工作流程

大公橋調蓄工程設計工作的組織實施采用項目部管理模式。項目部設有項目經理、設計負責人、BIM技術負責人、設計人員與BIM技術人員組成。具體的BIM應用人員組織架構如圖3所示。

3 設計階段BIM應用

3.1 調蓄池BIM設計建模

大公橋調蓄池的設計涵蓋工藝、建筑、結構、暖通、電氣、自控等眾多專業，特別是機電專業各類設備和管網在地下有限的箱體空間中緊密排布，協調難度高。因此BIM設計針對項目特點，選擇了多協同設計模式，通過廣聯達BIM設計協同平臺，對各專業模型統一進行管理。

該工程中按照設備實際尺寸建立了一整套調蓄池土建、建筑、機電模型，其中的參數化構件庫具備拓展功能，能夠在未來同類項目中繼續復用，提高使用效率。圖4～5分別為大公橋調蓄池整體土建和機電模型，圖6為項目構件庫示例。

3.2 調蓄池配套排污泵站BIM設計

大公橋調蓄池工程采用排澇泵站、污水泵站與溢流污水調蓄池合建方案。排澇泵站的構造復雜，建模難度較高，利用Revit軟件較難精確建模表達。為此，項目組采用CATIA軟件作為設計工具，對配套的排澇泵站進行三維建模分析，并導入到自主開發的配筋軟件中完成配筋，生成三維鋼筋圖。這不僅提高了配筋效率和質量，而且三維配筋成果直觀清晰，有利于現場指導施工。圖7為排澇泵站CATIA設計模型，圖8為基于該CATIA模型完成的三維配筋示例。

在CATIA軟件中完成排污泵站三維設計主要工作之后，泵站的CATIA模型通過Inventor軟件轉換為.adsk格式，再導入Revit軟件中，并與項目其他建（構）筑物進行整合，進行下一階段的應用。

3.3 碰撞檢查與優化

大公橋調蓄池主體建筑處于地面以下，是典型的地下建筑。調蓄池工藝與機電專業設計涉及多個管道系統，存在地下空間有限、管道系統排布復雜的難題。因此在進行工藝與機電設計及出圖時，課題組通過BIM軟件的碰撞檢查功能，對各專業的管道系統進行專業內和專業間的碰撞檢查。檢查范圍主要針對各類管線、電氣橋架、風管之間，以及管線與土建模型的碰撞沖突。檢查完畢后出具碰撞檢查報告并給出優化修改建議，反饋給各專業設計師調整設計圖紙。通過碰撞檢查與優化手段，提升了設計圖紙質量，減少施工返工、節省施工成本。圖9為項目模型碰撞檢測流程與碰撞點管線修改示意。

4 施工階段BIM應用

4.1 BIM模型拆分與編碼

在項目施工階段，施工單位采用了EPC智慧管控平臺進行項目的施工管理。為了能使項目BIM模型更好地應用在施工階段，并便于通過EPC智慧管控平臺進行進度、質量、安全等管理。項目組根據項目施工方案，對項目單元工程的BIM設計模型分部、分項進行拆分，并依據PBS（project breakdown structure，項目對象分解結構）、WBS（work breakdown structure，工作結構分解）編碼規則進行編碼。

4.1.1 模型拆分

根據工程施工方案中的施工進度與施工工序安排，結合大公橋調蓄池主要功能分區，將大公橋調蓄池主體土建BIM模型按照樓層、后澆帶拆分為5區9塊，如圖10所示。其中模型拆分邊界的確定一般參考單元工程分部、分項，以及建筑變形縫、樓層標高、防火分區、管線系統等劃分。

4.1.2 構件編碼

項目BIM模型拆分完成后，依據施工方案及PBS、WBS編碼規則，對拆分后的BIM模型構件進行分類和編碼工作。編碼一般包括項目類型碼、分部、分項編碼。后續根據施工進度要求，還可以擴展和補充構件編碼、檢驗批次編碼。構件編碼可通過設計軟件寫入模型的屬性或者由智慧EPC管控平臺填寫兩種方式實現，均可在智慧EPC管控平臺進行解析和使用。

在施工階段，將模型進行拆分與構件編碼，并采用智慧管控平臺進行可視化施工管理。通過在設計和施工階段應用BIM技術，顯著提升了設計成果質量，確保了施工建設順利推進^［9-10］。

4.2 智慧EPC管控平臺應用

在大公橋調蓄池工程施工階段，項目EPC管理單位通過自主研發的施工管理平臺對工程施工階段進行管理。通過項目BIM模型，實現了模型審批與發布、進度模擬、可視化展示與虛擬漫游，以及施工進度、質量和安全的監控。可通過施工管理平臺上傳設計模型，并發起審批流程，審批通過后向所有實施單位發布，平臺還可根據現場變更維護模型。依托施工管理平臺提高了施工信息的透明度和實時性，有助于工程管理人員快速作出決策。

5 結論與展望

將BIM技術應用于長江大保護各項工程建設過程中已成為提升工程設計質量和施工管理水平的重要技術手段。本文以宜昌“兩網”項目中的大公橋調蓄池工程為例，詳細說明了工程建設階段BIM設計與應用情況。主要技術特點包括：

（1）開展了A、C雙平臺BIM協同設計應用的探索。模型整合采用Inventor等軟件及中間模型格式，通過將C平臺泵站模型與A平臺調蓄池模型進行整合并應用，初步形成雙平臺協同設計技術路線。

（2）基于CATIA軟件的排澇泵站的設計、配筋出圖技術的應用。該應用具體是通過CATIA模型進行泵站建模，并導入自主研發的三維配筋軟件中完成配筋出圖。

（3）模型拆分編碼與平臺應用。依據建設單位的長江大保護工程分類編碼體系及相關BIM應用技術標準，并結合施工進度及施工工序安排，對模型進行拆分與編碼并導入智慧EPC管控平臺，從而實現工程建設的進度、質量、安全等管理，提升了施工管理效能。

宜昌“兩網”項目的大公橋調蓄池工程在設計過程中，深入應用了BIM技術，實現了工藝、建筑、結構、自控、電氣、建筑給排水、暖通專業的協同設計，有效解決了設計過程中可能出現的錯漏、碰撞等問題，顯著提升了設計質量和效率。相應的BIM模型成果應用到智慧EPC管控平臺上，在施工階段提升了施工管理智能化水平。BIM技術廣泛深入的應用將為長江大保護工程及其他水務市政設施的設計施工帶來重大變革。隨著長江大保護工程BIM標準體系的建立和逐步完善，BIM技術將在后續的工程設計和實施工作中發揮更加關鍵的作用。目前該項目處在施工建設的尾聲，待項目施工竣工并正式投入運行期后，這些施工階段形成的BIM成果將會繼續應用于運維階段的智慧化管理中并發揮重要作用。

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（編輯：鄭毅）