淺談BIM 在污水處理工程中的應(yīng)用

賈文穎

（西安思源學(xué)院城市建設(shè)學(xué)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(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)建立模型，模擬建筑物的真實(shí)情況，從而應(yīng)用于建筑的全生命周期。其特點(diǎn)是具有可視化、可協(xié)調(diào)性、模擬性、可優(yōu)化性和可出圖等功能，優(yōu)勢(shì)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(shù)據(jù)的時(shí)代背景下，BIM 的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。

“十四五”時(shí)期，我國生態(tài)環(huán)境建設(shè)要實(shí)現(xiàn)減污降碳協(xié)同增效、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。而我國水資源較為緊張，水體污染已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色發(fā)展的重要因素，污水處理行業(yè)將會(huì)持續(xù)快速發(fā)展。在污水處理工程中，引入BIM 已不是一項(xiàng)嶄新的技術(shù)，但是它的優(yōu)勢(shì)日漸凸顯，不僅體現(xiàn)在與一般建筑工程一樣的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工階段，更體現(xiàn)在污水處理項(xiàng)目的運(yùn)維和后續(xù)階段。本文對(duì)BIM 在污水處理工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，分析其存在的問題，展望推廣應(yīng)用的前景。

2 BIM 在污水處理工程不同階段的運(yùn)用

BIM 在污水處理工程中的運(yùn)用，主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段、施工階段、運(yùn)維階段以及部分工程的提標(biāo)改造階段，基本可以實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目全生命周期的應(yīng)用與把控。

2.1 BIM 在污水處理工程設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

BIM 應(yīng)用于工程建筑最開始就是在設(shè)計(jì)階段。一般污水處理廠工藝流程復(fù)雜，構(gòu)筑物和管線繁多，BIM 以其優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)了污水處理工程設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，但實(shí)際應(yīng)用方式、深度各不相同。

姜天凌等［1］針對(duì)水處理設(shè)計(jì)行業(yè)探索了一種基于ArchiCAD 軟件的二次開發(fā)路徑，進(jìn)行了GDL 參數(shù)化圖庫編程及參數(shù)化構(gòu)筑物API 開發(fā)，可以大大提高建模效率。在地下式污水處理廠的設(shè)計(jì)中更能體現(xiàn)BIM 的優(yōu)勢(shì)，所以應(yīng)用較多。在遵義市紅花崗區(qū)蝦子河污水處理及再生水回用工程中，設(shè)計(jì)者基于Revit 軟件創(chuàng)建了污水處理工程中特有的參數(shù)化族庫、參數(shù)化工藝單體，也進(jìn)行了碰撞檢查、三維可視化瀏覽、出圖、工程量統(tǒng)計(jì)等［2］。蘭州市七里河安寧地埋式污水處理廠在改擴(kuò)建建設(shè)過程中，應(yīng)用BIM三維場(chǎng)布技術(shù)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了三維規(guī)劃、動(dòng)態(tài)漫游等，在策劃階段即感受到了后續(xù)的實(shí)體效果，在Revit 模型里，機(jī)電、土建專業(yè)各自將Navisworks 軟件導(dǎo)入其中并整合，進(jìn)行碰撞檢查，生成相應(yīng)的碰撞報(bào)告以及優(yōu)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(shè)計(jì)應(yīng)用，如位于陜西省西安市灃河生態(tài)景觀帶東岸的國際社區(qū)東岸污水處理廠［4］，也有非地埋式污水處理廠采用BIM 技術(shù)的案例，如武漢市某遠(yuǎn)城區(qū)污水處理廠［5］。

2.2 BIM 在污水處理工程施工階段的應(yīng)用

BIM 應(yīng)用于施工階段主要體現(xiàn)在快速識(shí)圖、質(zhì)量控制、成本控制等方面，可以在保證施工質(zhì)量的前提下使工程建設(shè)更加經(jīng)濟(jì)、高效。BIM5D 模型可以為施工提供準(zhǔn)確的進(jìn)度模擬，同時(shí)可以精確化管理物質(zhì)消耗和成本核算，從而提高項(xiàng)目的管理質(zhì)量和決策效率。

在虹橋污水處理廠項(xiàng)目的實(shí)施階段，通過BIM模型進(jìn)行孔洞預(yù)留預(yù)埋、進(jìn)度/工序模擬、工程量統(tǒng)計(jì)、支吊架優(yōu)化設(shè)計(jì)等，使項(xiàng)目圖紙變更數(shù)量相比傳統(tǒng)項(xiàng)目減少約30%，項(xiàng)目施工進(jìn)度相比傳統(tǒng)水廠項(xiàng)目縮短約2 個(gè)月，可見BIM 的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益之大［6］。在廣州西朗全地埋污水處理廠的施工中應(yīng)用BIM 技術(shù)，不僅實(shí)現(xiàn)了建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等專業(yè)且多單位的協(xié)同作業(yè)，場(chǎng)布合理緊湊、廊道空間優(yōu)化整合、施工方案模擬對(duì)比等以往BIM 應(yīng)用的各種優(yōu)勢(shì)，而且擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)了BIM＋新技術(shù)的融合應(yīng)用，如“BIM＋二維碼”“BIM＋無人機(jī)”“BIM＋3D 打印”等［7］。在佛山地埋式污水處理廠施工中，也應(yīng)用到了上述技術(shù)［8］?？梢娫贐IM 技術(shù)的帶動(dòng)下，污水處理行業(yè)正在發(fā)生著巨大變化。BIM 技術(shù)不僅為施工過程提供指導(dǎo)，也為下一步的污水處理廠智慧運(yùn)營管理提供載體和基本的信息參數(shù)。

2.3 BIM 在污水處理工程運(yùn)維階段的應(yīng)用

運(yùn)維階段就是項(xiàng)目投入使用的階段，在建筑生命周期中持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)。在污水處理廠的運(yùn)營階段中，設(shè)施運(yùn)營和維護(hù)方面的成本不容小覷。通過建立基于BIM 的運(yùn)維管理系統(tǒng)，業(yè)主和運(yùn)營商可以大大降低缺乏操作性而導(dǎo)致的成本損失。目前，與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的BIM 運(yùn)營維護(hù)管理平臺(tái)對(duì)公共建筑的全生命周期管理起到了重要作用，推進(jìn)了智慧水務(wù)和智慧城市建設(shè)。該平臺(tái)是將RFID 技術(shù)與BIM 技術(shù)相結(jié)合，涵括工藝檢測(cè)、人工監(jiān)測(cè)、物品監(jiān)控及后臺(tái)數(shù)據(jù)管理等。

上海某污水處理廠以BIM 技術(shù)為可視化基礎(chǔ)，以Unity3D 軟件為開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)了污水廠調(diào)試可視化仿真系統(tǒng)，能夠直觀地幫助作業(yè)人員明確調(diào)試工作內(nèi)容和流程，提高了調(diào)試工作的效率和安全性，這也是在運(yùn)營初期的BIM 應(yīng)用的延伸和拓展［9］。張錦萍［10］通過研究認(rèn)為，從整體看基于BIM 技術(shù)的污水處理廠運(yùn)維管理對(duì)改善運(yùn)維管理效果明顯，在人力成本方面可節(jié)約40.35%，在能耗方面可節(jié)約25.8%，而且可以快速解決運(yùn)維中的問題，降低工作安全風(fēng)險(xiǎn)，提高運(yùn)維管理的效率。

2.4 BIM 在污水處理廠提標(biāo)改造工程中的應(yīng)用

污水處理廠提標(biāo)改造主要是提高現(xiàn)有污水處理的排放標(biāo)準(zhǔn)，這就要對(duì)污水處理設(shè)施進(jìn)行部分重新設(shè)計(jì)，通過增加建構(gòu)筑物和相關(guān)設(shè)備、管線的方式增加工藝環(huán)節(jié)，或者對(duì)部分陳舊設(shè)備進(jìn)行大修和更新來提高污水處理能力，使出水達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)的要求。

與常規(guī)污水處理廠信息管理平臺(tái)不同的是，提標(biāo)改造工程的BIM 信息管理平臺(tái)為BIM 建模完成后，將模型上傳至信息平臺(tái)，經(jīng)過輕量化處理后，就可以在低配置硬件上實(shí)現(xiàn)查閱瀏覽、工程管理等一系列功能。另外，還需要針對(duì)污水處理廠原有構(gòu)筑物和管線進(jìn)行建模合并上傳，解決原有建構(gòu)筑物、管線的保護(hù)和交叉影響等各種問題。

3 BIM 在污水處理工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

隨著時(shí)代的發(fā)展，BIM 已經(jīng)成為建筑業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，在污水處理行業(yè)的應(yīng)用也必將越來越廣泛。目前BIM 在污水處理工程中的全面應(yīng)用還比較少，尤其是一般中小型公司的BIM 應(yīng)用仍處于起步狀態(tài)。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(yè)者對(duì)BIM 的認(rèn)識(shí)仍處于設(shè)計(jì)階段，認(rèn)為BIM 主要功能是將2D 圖紙翻模成為3D 模型后給建設(shè)單位展示。直接利用BIM 進(jìn)行正向設(shè)計(jì)、施工的項(xiàng)目還不多，對(duì)此相關(guān)單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)環(huán)保工程人員的BIM 培訓(xùn)，邀請(qǐng)BIM 專業(yè)人員進(jìn)行授課，加強(qiáng)相關(guān)人員對(duì)BIM 技術(shù)應(yīng)用的認(rèn)識(shí)。其次，建設(shè)各方對(duì)與BIM 配套數(shù)字化協(xié)同管理平臺(tái)的需求較為迫切，但BIM 協(xié)同數(shù)字化管理平臺(tái)研發(fā)技術(shù)還需進(jìn)一步完善。此平臺(tái)不僅應(yīng)滿足建設(shè)各方日常管理需求，還應(yīng)與BIM 技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全生命周期的BIM 應(yīng)用。最后，制約BIM 在污水處理工程中應(yīng)用的一個(gè)主要問題是族庫的缺少，在污水處理工程中會(huì)涉及一些特殊的設(shè)備和異形構(gòu)筑物，需要對(duì)軟件進(jìn)行二次開發(fā)，對(duì)此最好能夠建立一個(gè)基于整個(gè)行業(yè)的族庫并共享。另外，BIM 本身是較為復(fù)雜的體系，目前污水處理行業(yè)能掌握BIM 和協(xié)同管理平臺(tái)的人才少之又少，影響了BIM 在行業(yè)的應(yīng)用，所以相關(guān)人員要加強(qiáng)對(duì)BIM 軟件的學(xué)習(xí)，具備較高的軟件應(yīng)用能力，從而推動(dòng)構(gòu)建全生命周期的智能化污水處理廠模式。

4 結(jié)語

綜上所述，在污水處理工程的各個(gè)階段引入BIM 技術(shù)都非常有優(yōu)勢(shì)，但是在具體應(yīng)用過程中仍然困難重重，需要相關(guān)人員不斷地探索和研究。結(jié)合污水處理工程的特點(diǎn)，將BIM 技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等全生命周期的各個(gè)階段，發(fā)揮出BIM 技術(shù)的作用，可以確保污水處理工程建設(shè)的高效開展，同時(shí)可以提升污水處理運(yùn)維效率和效果，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。