BIM技術(shù)在智慧水廠改擴(kuò)建中的研究與應(yīng)用

基于三維模型的BIM技術(shù)在建筑、路橋工程建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用已較為普遍。相對(duì)而言，市政供排水行業(yè)對(duì)于BIM技術(shù)的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用還處在起步階段。BIM技術(shù)有助于優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，有助于提升設(shè)計(jì)和施工階段的標(biāo)準(zhǔn)化和集成化，有助于實(shí)現(xiàn)水廠的智慧化運(yùn)行和管理。

1. 項(xiàng)目情況

案例水廠位于深圳市區(qū)，現(xiàn)狀設(shè)計(jì)規(guī)模為16萬m3/d，占地4.96×104 m2，本次擴(kuò)建后供水總規(guī)模增加至30萬m3/d，增加設(shè)計(jì)規(guī)模30萬m3/d的深度處理及排泥水處理系統(tǒng)，工程總占地增加至9.85×104m2。工藝流程為“格柵→預(yù)臭氧接觸池→混合井→折板反應(yīng)斜板沉淀池→氣水反沖洗濾池→提升泵房→后臭氧接觸池→活性炭濾池→紫外線消毒池→清水池→送水泵房”。本次改擴(kuò)建中，現(xiàn)狀常規(guī)處理構(gòu)筑物基本保留，僅對(duì)加藥間、泵房和回收水池進(jìn)行工藝改造。

項(xiàng)目涉及現(xiàn)狀單體與新建單體的銜接工程多，需重點(diǎn)協(xié)調(diào)廠區(qū)現(xiàn)狀建(構(gòu))筑物與新建單體的空間布局關(guān)系。

2. 項(xiàng)目全過程BIM技術(shù)應(yīng)用

本項(xiàng)目以BIM模型作為智能化設(shè)計(jì)成果，從方案設(shè)計(jì)階段開始應(yīng)用BIM技術(shù)，通過創(chuàng)建三維模型為廠區(qū)整體布局、工藝流程分析、新舊單體銜接提供可視化環(huán)境、輔助方案的展示和比選；在初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)階段逐步深化模型，校核、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。施工階段以BIM智能化設(shè)計(jì)成果為基礎(chǔ)，結(jié)合信息化管理平臺(tái)完成質(zhì)量安全、工程進(jìn)度、工程量的上報(bào)及管控，實(shí)現(xiàn)建造信息的智能化監(jiān)控與精細(xì)化管理。設(shè)計(jì)、施工階段的所有信息均集成于模型之上，并伴隨建造過程不斷更新和完善，平臺(tái)上最終存儲(chǔ)的竣工模型也可為后期智慧水廠運(yùn)維提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.1 智能化設(shè)計(jì)產(chǎn)品——BIM模型創(chuàng)建

水廠類項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用重視廠區(qū)的整體布局和工藝流程分析，關(guān)注建(構(gòu))筑物單體的功能和工藝參數(shù)，對(duì)后期的運(yùn)維管理有較高的信息要求。針對(duì)以上特征，本項(xiàng)目創(chuàng)建包含全專業(yè)設(shè)計(jì)信息的精細(xì)化BIM模型，主要包括廠區(qū)現(xiàn)狀實(shí)景、建(構(gòu))筑物單體(含現(xiàn)狀及新建單體)、廠區(qū)地質(zhì)及基坑支護(hù)、總圖管線模型等，并將以上模型進(jìn)行局部或整體拼裝。

(1)現(xiàn)狀實(shí)景模型提供三維數(shù)字底圖

項(xiàng)目前期，通過無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)采集現(xiàn)狀廠區(qū)道路、綜合樓、加藥間、泵房以及常規(guī)處理工藝構(gòu)筑物的原始外表面照片，使用專業(yè)軟件創(chuàng)建整體實(shí)景模型(圖1)。實(shí)景數(shù)據(jù)可作為廠區(qū)整體布局分析和工藝流程展示的三維底圖，展示廠區(qū)新舊融合及建成效果，輔助設(shè)計(jì)方案的展示、分析和比選。

(2)新建單體模型展現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

擴(kuò)建區(qū)域用地較為緊張，部分新建單體采用了疊合(組合)結(jié)構(gòu)形式，如反沖洗泵房及風(fēng)機(jī)房、臭氧發(fā)生間、提升泵房及后臭氧接觸池進(jìn)行了橫向疊合(圖2)，導(dǎo)致池墻共壁較多、樓板標(biāo)高關(guān)系和預(yù)留預(yù)埋較為復(fù)雜。全專業(yè)BIM模型有利于實(shí)現(xiàn)多專業(yè)設(shè)計(jì)圖紙的協(xié)同校核，通過三維剖切也可分層或分功能區(qū)域展示工藝流程和設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)(圖3)。

(3)改建單體模型展示改造過程及前后對(duì)比

泵房和加藥間等改造單體內(nèi)部，需重點(diǎn)校核現(xiàn)有空間是否滿足改造后的設(shè)備安裝和檢修空間要求。通過創(chuàng)建改造前、后的全專業(yè)BIM模型并進(jìn)行對(duì)比分析，直觀展示改造過程和校核室內(nèi)空間布局。例如，通過BIM模型，校核送水泵房臥式泵替換為立式泵的改造方案(圖4)。

(4)地質(zhì)及基坑支護(hù)模型校驗(yàn)實(shí)施方案

本項(xiàng)目擴(kuò)建區(qū)域需進(jìn)行大面積的深基坑開挖和支護(hù)，常規(guī)地勘數(shù)據(jù)表達(dá)形式為二維平面圖紙或表格，難以展示土層分布情況，也無法結(jié)合支護(hù)圖紙進(jìn)行綜合分析。因此，為準(zhǔn)確校核基坑設(shè)計(jì)和實(shí)施方案，應(yīng)用二次開發(fā)編程技術(shù)根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)高效創(chuàng)建地質(zhì)模型，準(zhǔn)確描述廠區(qū)開挖土層分布情況。通過創(chuàng)建支護(hù)結(jié)構(gòu)模型并與地質(zhì)模型進(jìn)行整合，確保支護(hù)設(shè)計(jì)形式同時(shí)滿足基坑開挖高度及阻止地下水進(jìn)入基坑的要求(圖5)。

(5)總圖模型創(chuàng)建和拼裝展示工藝流程及整體布局

創(chuàng)建包含廠區(qū)現(xiàn)有管線和新建管線的總圖BIM模型(圖6)?；趶S區(qū)管道配色方案，直觀展示現(xiàn)狀與新建管道連接關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，如現(xiàn)狀原水管道與新建管道連接點(diǎn)、新建預(yù)處理出水與現(xiàn)狀進(jìn)水管道連接點(diǎn)、現(xiàn)狀常規(guī)處理出水與新建深度處理連接點(diǎn)、新建清水池與現(xiàn)狀清水池出水管道連接點(diǎn)等，基于三維場景準(zhǔn)確表達(dá)管井、閥門、流量計(jì)空間定位，直觀展示總圖管線布置。

將所有單體模型(含現(xiàn)狀、改造、新建)與總圖模型(圖7)集成后，重點(diǎn)校核總圖與單體間、單體相互間的銜接關(guān)系，如總圖與單體間的生產(chǎn)管道、反沖洗管道、超越管道、臭氧管道、排泥水管道、回用水管道等各類系統(tǒng)的接駁情況；新建沉淀池與氣水反沖洗濾池之間的渠道連接、預(yù)臭氧接觸池和現(xiàn)狀混凝池之間的管道連接情況等。以可視化分析作為評(píng)估依據(jù)，輔助業(yè)主進(jìn)行方案比選。

編輯：趙凡