BIM技術(shù)在廣州西朗全地埋式污水處理廠施工中的應(yīng)用

程 江,王 斌,張 騰

(中鐵一局市政環(huán)保工程有限公司，甘肅 蘭州 730050)

1 工程概況

西朗污水處理廠二期工程位于廣州市荔灣區(qū)花地大道南與花地河漁尾大橋交叉口東南角。工程總平面示意見圖1。

圖1 工程總平面示意

西朗污水處理廠二期工程規(guī)模為30萬m3/d，總變化系數(shù)Kz=1.3。新建粗格柵及污水提升泵房、細格柵曝氣沉砂池及精細格柵、生化池、MBR膜池及清洗間、接觸消毒池、出水提升泵房、計量渠、排空泵房、污泥脫水與干化車間、鼓風(fēng)機房、加氯及除磷加藥間，在線監(jiān)測用房(進、出水)，門衛(wèi)室、地面值班室、高壓電房、機修倉庫等。西朗廠二期為地埋式污水處理廠，廠區(qū)總平面布置分為地面層、地下負一層和地下負二層三個部分。污水廠采用全地埋方式布置，地下主體構(gòu)筑物采用整體基坑開挖，基坑開挖深度大部分為16.8 m(東南角部位置坑中坑開挖深度為22.95 m)，基坑開挖范圍為239.7 m×193.7 m。

2 BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用模式

2.1 施工現(xiàn)場臨建場地規(guī)劃

項目施工由于在鬧市區(qū)，場地較為狹小，周邊環(huán)境復(fù)雜，合理的場地布置是保障施工部署的前提。利用BIM軟件將施工現(xiàn)場和項目部臨建設(shè)施進行信息化建模，從直觀、高效的角度進行規(guī)劃布置。通過利用BIM技術(shù)[1]創(chuàng)建的場地三維布置模型，可對施工平面組織、材料堆場、現(xiàn)場臨時建筑及運輸通道進行模擬，調(diào)整施工機械的安排，使現(xiàn)場布置更加合理。施工現(xiàn)場布置效果示意見圖2，施工項目部布置效果示意見圖3。

圖2 施工現(xiàn)場場布效果示意

圖3 項目部補助效果示意

2.2 三維地質(zhì)模型及邊坡受力分析

本工程基坑面積約23 500 m2，地下箱體基槽開挖深度約14.6～18.5 m，地質(zhì)條件復(fù)雜，在土方量計算方面是一大難題，利用BIM技術(shù)將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入CIVIL 3D生成曲面，按地質(zhì)情況分層建立地質(zhì)模型，采用三角網(wǎng)法進行土方量計算[2]，準(zhǔn)確率達到97%以上。為保證進出基坑通道安全，對通道邊坡應(yīng)用邁達斯軟件進行受力分析，確保基坑施工安全。地質(zhì)模型邊坡穩(wěn)定性分析見圖4，安全穩(wěn)定性分析見圖5，最大位移分析見圖6。

圖4 SRM邊坡穩(wěn)定性分析示意

圖5 安全穩(wěn)定系數(shù)為1.29示意

圖6 最大位移值為11.5 cm示意

2.3 BIM模型創(chuàng)建

在項目施工準(zhǔn)備階段，根據(jù)甲方提供的項目施工藍圖(電子圖紙)，完成本項目支護結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)、機電安裝部分BIM模型的創(chuàng)建，基坑支護及主體結(jié)構(gòu)模型整合效果示意見圖7；在項目施工過程中，根據(jù)項目變更圖紙及實體對BIM模型進行維護完善；在項目竣工時，根據(jù)項目實體，完成項目BIM機電管綜調(diào)試優(yōu)化模型(見圖8)[3]。

圖7 基坑支護及主體結(jié)構(gòu)模型整合效果示意

圖8 機電管線優(yōu)化模型效果示意

2.4 BIM技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)

在項目實施過程匯總，主要完成以下幾項技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)。

1)圖紙問題報告：在建模過程中對設(shè)計院提供圖紙進行審閱，檢查圖紙問題，并整理形成問題報告(見圖9)，輔助技術(shù)總工進行圖紙會審。

(1)

2)主體碰撞檢測：利用創(chuàng)建的BIM模型，對項目主體、機電管線進行檢測，分析主體、機電管線部分碰撞沖突，并形成碰撞分析報告(見圖10)；結(jié)合本工程的特點生成工藝與橋架、工藝自碰撞、結(jié)構(gòu)與機電、暖通與工藝、暖通與橋架、暖通自碰撞、橋架自碰撞等碰撞報告，項目部提前管綜優(yōu)化。

圖10 碰撞問題報告示意

3)施工場地三維布置：結(jié)合圖紙及現(xiàn)場布置、周邊環(huán)境，創(chuàng)建施工場地三維布置BIM模型，對場地布置及周邊環(huán)境進行模擬分析，保障施工場地布置合理。BIM模型與周邊環(huán)境模型融合見圖11，項目完工地表景觀層效果見圖12。

圖11 BIM模型與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)示意

圖12 地表經(jīng)觀層效果展示示意

4)施工方案模擬：對施工中的核心施工技術(shù)方案，利用BIM技術(shù)制作三維可視化動畫，模擬施工工藝，論證方案可行性,污水廠底板分區(qū)施工模型見圖13；并利用模擬動畫對現(xiàn)場技術(shù)人員及工人進行交底，提高交底效率及質(zhì)量，泵房設(shè)備管線優(yōu)化調(diào)整示意見圖14。

圖13 污水廠底板分區(qū)施工模擬示意

圖14 泵房設(shè)備管線優(yōu)化調(diào)整示意

5)虛擬漫游：利用創(chuàng)建的項目BIM模型，結(jié)合BIM漫游軟件，對項目整體及各區(qū)域進行漫游，進行可視化項目檢查。地表景觀層VR場景展示見圖15，主體結(jié)構(gòu)可視化交底見圖16。

圖15 地表經(jīng)觀層VR場景展示示意

圖16 主體可視化交底示意

2.5 BIM模型指導(dǎo)現(xiàn)場施工

應(yīng)用BIM技術(shù)，通過形象化的設(shè)計減少產(chǎn)品生產(chǎn)中的問題以降低試錯成本;通過三維化的展示以加深所有參與部門的相互了解，減少溝通成本，降低勞動成本，提高工程質(zhì)量。利用BIM模型進行三維技術(shù)交底，然后生成二維管道安裝圖紙資料指導(dǎo)管道現(xiàn)場施工。廊道交底模型示意見圖17，廊道施工后效果示意見圖18。

圖17 廊道交底模型示意

圖18 廊道施工后效果示意

2.6 BIM+新技術(shù)應(yīng)用

二維碼形成了一座溝通的橋梁，將書面與口頭的信息利用網(wǎng)絡(luò)傳達到了每一個施工人員，其可多次重復(fù)掃描的優(yōu)點，豐富了施工管理的溝通手段，提高了現(xiàn)場管理的效率。利用BIM+二維碼新技術(shù)[4]將模型結(jié)合二維碼，實現(xiàn)手機操作查看模型、漫游展示。污水處理廠內(nèi)部模型展示見圖19，污水處理廠外部效果漫游二維碼見圖20。

圖19 污水處理廠內(nèi)部模型展示示意

圖20 污水處理廠外部效果漫游二維碼示意

“BIM+無人機”的融合，實現(xiàn)了將設(shè)計構(gòu)筑物鑲嵌在工程實際場景中的構(gòu)想，可以通過可視化方式查看過程或成果中存在的問題，從而提前進行方案改進和優(yōu)化?；跓o人機航拍技術(shù)，在項目施工進度進行影像資料記錄，同時通過無人機航拍技術(shù)對水廠附近的建(構(gòu))筑物、車輛、行人進行數(shù)據(jù)的采集。采用無人機全景技術(shù)對項目進行宣傳，提升項目整體形象。無人機拍攝施工現(xiàn)場照片如圖21。

圖21 無人機施工現(xiàn)場圖片示意

BIM+3D打印機技術(shù)，在中鐵一局集團市政環(huán)保工程有限公司西朗污水處理廠項目首次應(yīng)用，項目根據(jù)施工圖紙采用BIM技術(shù)對西朗污水處理廠工程建模并進行3D打印，通過三維模型，便于現(xiàn)場施工技術(shù)人員理解結(jié)構(gòu)構(gòu)造、施工工藝、安全注意事項等相關(guān)內(nèi)容。3D打印整體模型見圖22，3D打印V型濾池模型見圖23。

圖22 3D打印整體模型示意

圖23 3D打印 V型濾池模型示意

3 結(jié)語

在廣州西朗全地埋污水處理廠施工中應(yīng)用BIM技術(shù)，實現(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)、場布合理緊湊、廊道空間優(yōu)化整合、施工方案模擬對比、BIM+新技術(shù)的融合等，并為污水處理廠運維階段的構(gòu)件信息、管線維修管理提供了有力的載體。隨著BIM技術(shù)的進一步推廣應(yīng)用、施工管控平臺和運維管理平臺的完善更新，BIM技術(shù)將給城市給水排水體系的信息化管理提供技術(shù)支持和數(shù)據(jù)支撐，助力都市圈實現(xiàn)基于CIM的智慧城市建設(shè)。