BIM技術在昝崗片區(qū)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(yōu)勢和應用效果顯著。BIM技術正推動著建設領域規(guī)劃、設計、施工、運維的一系列技術創(chuàng)新和管理變革，為建筑行業(yè)實現(xiàn)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(yè)生產(chǎn)方式變革、推動建筑行業(yè)工業(yè)化發(fā)展發(fā)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(tài)漫游等較低水平應用。本文以昝崗片區(qū)再生水廠工程為實例，在做到可視化交底與動態(tài)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B(tài)IM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(qū)位于中國河北省保定市境內(nèi)，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(qū)昝崗片區(qū)的中南部，項目場地職能為高鐵站片區(qū)新建的一處全地下式水資源再生中心。

昝崗片區(qū)再生水廠為全地下式水廠是雄安新區(qū)首個全地下式再生水廠，總規(guī)模為30 000m3/d，土建一次建成，設備分期安裝，一期設備安裝規(guī)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(zhì)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(yè)主運維，工程已在設計管理、技術管理、進度管理、質(zhì)量管理、安全管理、物料管理、總承包協(xié)調(diào)管理以及分包管理(勞務分包和專業(yè)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(qū)，對安全文明標準化施工要求高。整體工期緊張，交叉作業(yè)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(yè)和通用設備種類多、數(shù)量大，電氣自控系統(tǒng)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(xié)同性和信息溝通效率，實現(xiàn)經(jīng)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(zhì)量、安全、成本風險，加快施工進度，杜絕返工及拆改現(xiàn)象的發(fā)生，提高總承包項目精細化管理能力；[2]提高現(xiàn)場施工方案的合理性、科學性；提高深化設計的質(zhì)量和效率；培養(yǎng)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(tǒng)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(tǒng)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(jīng)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(jù)本工程的特點，主要應用Revit、Navisworks、3DMAX、Lumion以及數(shù)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(zhì)情況較為復雜，對勘察階段能否將地質(zhì)情況調(diào)查清楚起著至關重要的作用。

勘察單位從勘察外業(yè)開始即采用了信息化管理的模式，所有勘察外業(yè)鉆探數(shù)據(jù)均上傳至可實時接收外業(yè)鉆探現(xiàn)場采集信息并對其進行統(tǒng)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(xiàn)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(shù)據(jù)服務云平臺——勘云寶系統(tǒng)，勘察管理人員可從外業(yè)現(xiàn)場及信息化管理系統(tǒng)兩方面雙重控制外業(yè)質(zhì)量，并根據(jù)地層信息對勘察方案進行實時調(diào)整，做到動態(tài)勘察,如圖4所示。

圖4 勘云寶系統(tǒng)實時監(jiān)控界面

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

運用理正三維地質(zhì)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(xiàn)與其他專業(yè)BIM模型相結合共同應用。

通過三維地質(zhì)模型的建立與應用，使參建各方都對地質(zhì)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(zhì)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(shù)據(jù)支持，確保了工程的質(zhì)量安全及進度，如圖5所示。

圖5 地質(zhì)三維模型及信息數(shù)據(jù)

3.2 水處理單元布局優(yōu)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(yōu)化分析，如圖6所示。

圖6 布局優(yōu)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(tài)漫游，在虛擬環(huán)境下進行場地規(guī)劃審查及評估。通過基于BIM技術的場地規(guī)劃管理，精確、高效地完成標準化駐地規(guī)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(yè)多，因此圖紙會審工作時間緊任務重，且傳統(tǒng)的圖紙會審都是在二維圖紙中進行圖紙審查，難以發(fā)現(xiàn)空間上的問題，且很多問題的發(fā)現(xiàn)需要豐富的經(jīng)驗[4]。

施工單位根據(jù)圖紙建立BIM模型，在創(chuàng)建BIM模型的過程中，發(fā)現(xiàn)設計問題，并將問題進行匯總。完成BIM模型創(chuàng)建之后通過軟件的碰撞檢查功能，進行專業(yè)內(nèi)以及各專業(yè)間的碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)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(chuàng)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(xiàn)場施工，提高精確度，保證施工質(zhì)量，如圖9所示。

圖9 復雜構造節(jié)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(jīng)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(yōu)化等工作，通過軟件計算，快速生成安全計算書，通過三維節(jié)點圖更直觀地給工人實現(xiàn)交底。提高施工質(zhì)量，精確統(tǒng)計材料用量，指導材料采購與材料周轉(zhuǎn)，如圖10所示

圖10 模架設計流程

3.7 施工方案模擬優(yōu)化與可視化交底

應用基于BIM技術的可視化，關鍵節(jié)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(qū)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(yōu)化模擬與方案編制工作，通過施工模擬配合專業(yè)分包進行技術交底，保證施工質(zhì)量同預期效果對應，同傳統(tǒng)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(xiàn)場，進行緊急情況下的疏散模擬和優(yōu)化疏散路徑，形成應急疏散預案。通過現(xiàn)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(guī)律，通過數(shù)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(yǎng)護提供技術支持，如圖13所示。

圖13 FEA分析數(shù)據(jù)

3.10 數(shù)字建管平臺與區(qū)塊鏈財務管理平臺的應用

數(shù)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(jiān)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(shù)據(jù)分析和智慧工地有機結合，實現(xiàn)了業(yè)務數(shù)據(jù)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(xiàn)場作業(yè)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(shù)字建管平臺WEB端

項目全生命期采用基于區(qū)塊鏈技術研發(fā)的雄安區(qū)塊鏈平臺進行項目財務集成管理。該平臺是國內(nèi)首個基于區(qū)塊鏈技術的項目集成管理系統(tǒng)，實現(xiàn)業(yè)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(qū)內(nèi)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(xiàn)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(qū)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(xiàn)場的形象進度，定期定航線航拍，形象直觀地展示現(xiàn)場施工情況，并建立起時間刻度的豎向?qū)Ρ?，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(xiàn)場材料轉(zhuǎn)運次數(shù)，提升了施工現(xiàn)場的面貌，[8]節(jié)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(yè)形象。

輔助圖紙會審：通過將各專業(yè)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(yōu)化材料周轉(zhuǎn)，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(xiàn)場的施工方案。利用可視化交底，減少返工，節(jié)約費用。對施工過程、施工工藝、施工流程等進行虛擬，規(guī)避質(zhì)量問題、安全隱患，保護施工人員人身安全、保證施工質(zhì)量。

利用勞務實名制管理系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)隨時掌握施工人員動態(tài)，對施工人員進行安全管理，對現(xiàn)場進行安全生產(chǎn)、工程質(zhì)量監(jiān)督和隱患排查，有效減少安全質(zhì)量事故的發(fā)生。

4.2 展望與思考

昝崗片區(qū)再生水廠工程通過BIM技術的綜合應用，進一步實現(xiàn)了項目的可視化、數(shù)據(jù)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(xié)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(yè)的發(fā)展。為了BIM技術可以更好地服務行業(yè)，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(tài)[10]。