BIM技术在广州西朗全地埋式污水处理厂施工中的应用

程 江,王 斌,张 腾

(中铁一局市政环保工程有限公司，甘肃 兰州 730050)

1 工程概况

西朗污水处理厂二期工程位于广州市荔湾区花地大道南与花地河渔尾大桥交叉口东南角。工程总平面示意见图1。

图1 工程总平面示意

西朗污水处理厂二期工程规模为30万m3/d，总变化系数Kz=1.3。新建粗格栅及污水提升泵房、细格栅曝气沉砂池及精细格栅、生化池、MBR膜池及清洗间、接触消毒池、出水提升泵房、计量渠、排空泵房、污泥脱水与干化车间、鼓风机房、加氯及除磷加药间，在线监测用房(进、出水)，门卫室、地面值班室、高压电房、机修仓库等。西朗厂二期为地埋式污水处理厂，厂区总平面布置分为地面层、地下负一层和地下负二层三个部分。污水厂采用全地埋方式布置，地下主体构筑物采用整体基坑开挖，基坑开挖深度大部分为16.8 m(东南角部位置坑中坑开挖深度为22.95 m)，基坑开挖范围为239.7 m×193.7 m。

2 BIM技术在施工中的应用模式

2.1 施工现场临建场地规划

项目施工由于在闹市区，场地较为狭小，周边环境复杂，合理的场地布置是保障施工部署的前提。利用BIM软件将施工现场和项目部临建设施进行信息化建模，从直观、高效的角度进行规划布置。通过利用BIM技术[1]创建的场地三维布置模型，可对施工平面组织、材料堆场、现场临时建筑及运输通道进行模拟，调整施工机械的安排，使现场布置更加合理。施工现场布置效果示意见图2，施工项目部布置效果示意见图3。

图2 施工现场场布效果示意

图3 项目部补助效果示意

2.2 三维地质模型及边坡受力分析

本工程基坑面积约23 500 m2，地下箱体基槽开挖深度约14.6～18.5 m，地质条件复杂，在土方量计算方面是一大难题，利用BIM技术将现场采集的数据导入CIVIL 3D生成曲面，按地质情况分层建立地质模型，采用三角网法进行土方量计算[2]，准确率达到97%以上。为保证进出基坑通道安全，对通道边坡应用迈达斯软件进行受力分析，确保基坑施工安全。地质模型边坡稳定性分析见图4，安全稳定性分析见图5，最大位移分析见图6。

图4 SRM边坡稳定性分析示意

图5 安全稳定系数为1.29示意

图6 最大位移值为11.5 cm示意

2.3 BIM模型创建

在项目施工准备阶段，根据甲方提供的项目施工蓝图(电子图纸)，完成本项目支护结构、主体结构、机电安装部分BIM模型的创建，基坑支护及主体结构模型整合效果示意见图7；在项目施工过程中，根据项目变更图纸及实体对BIM模型进行维护完善；在项目竣工时，根据项目实体，完成项目BIM机电管综调试优化模型(见图8)[3]。

图7 基坑支护及主体结构模型整合效果示意

图8 机电管线优化模型效果示意

2.4 BIM技术应用目标

在项目实施过程汇总，主要完成以下几项技术应用目标。

1)图纸问题报告：在建模过程中对设计院提供图纸进行审阅，检查图纸问题，并整理形成问题报告(见图9)，辅助技术总工进行图纸会审。

(1)

2)主体碰撞检测：利用创建的BIM模型，对项目主体、机电管线进行检测，分析主体、机电管线部分碰撞冲突，并形成碰撞分析报告(见图10)；结合本工程的特点生成工艺与桥架、工艺自碰撞、结构与机电、暖通与工艺、暖通与桥架、暖通自碰撞、桥架自碰撞等碰撞报告，项目部提前管综优化。

图10 碰撞问题报告示意

3)施工场地三维布置：结合图纸及现场布置、周边环境，创建施工场地三维布置BIM模型，对场地布置及周边环境进行模拟分析，保障施工场地布置合理。BIM模型与周边环境模型融合见图11，项目完工地表景观层效果见图12。

图11 BIM模型与周边环境相协调示意

图12 地表经观层效果展示示意

4)施工方案模拟：对施工中的核心施工技术方案，利用BIM技术制作三维可视化动画，模拟施工工艺，论证方案可行性,污水厂底板分区施工模型见图13；并利用模拟动画对现场技术人员及工人进行交底，提高交底效率及质量，泵房设备管线优化调整示意见图14。

图13 污水厂底板分区施工模拟示意

图14 泵房设备管线优化调整示意

5)虚拟漫游：利用创建的项目BIM模型，结合BIM漫游软件，对项目整体及各区域进行漫游，进行可视化项目检查。地表景观层VR场景展示见图15，主体结构可视化交底见图16。

图15 地表经观层VR场景展示示意

图16 主体可视化交底示意

2.5 BIM模型指导现场施工

应用BIM技术，通过形象化的设计减少产品生产中的问题以降低试错成本;通过三维化的展示以加深所有参与部门的相互了解，减少沟通成本，降低劳动成本，提高工程质量。利用BIM模型进行三维技术交底，然后生成二维管道安装图纸资料指导管道现场施工。廊道交底模型示意见图17，廊道施工后效果示意见图18。

图17 廊道交底模型示意

图18 廊道施工后效果示意

2.6 BIM+新技术应用

二维码形成了一座沟通的桥梁，将书面与口头的信息利用网络传达到了每一个施工人员，其可多次重复扫描的优点，丰富了施工管理的沟通手段，提高了现场管理的效率。利用BIM+二维码新技术[4]将模型结合二维码，实现手机操作查看模型、漫游展示。污水处理厂内部模型展示见图19，污水处理厂外部效果漫游二维码见图20。

图19 污水处理厂内部模型展示示意

图20 污水处理厂外部效果漫游二维码示意

“BIM+无人机”的融合，实现了将设计构筑物镶嵌在工程实际场景中的构想，可以通过可视化方式查看过程或成果中存在的问题，从而提前进行方案改进和优化。基于无人机航拍技术，在项目施工进度进行影像资料记录，同时通过无人机航拍技术对水厂附近的建(构)筑物、车辆、行人进行数据的采集。采用无人机全景技术对项目进行宣传，提升项目整体形象。无人机拍摄施工现场照片如图21。

图21 无人机施工现场图片示意

BIM+3D打印机技术，在中铁一局集团市政环保工程有限公司西朗污水处理厂项目首次应用，项目根据施工图纸采用BIM技术对西朗污水处理厂工程建模并进行3D打印，通过三维模型，便于现场施工技术人员理解结构构造、施工工艺、安全注意事项等相关内容。3D打印整体模型见图22，3D打印V型滤池模型见图23。

图22 3D打印整体模型示意

图23 3D打印 V型滤池模型示意

3 结语

在广州西朗全地埋污水处理厂施工中应用BIM技术，实现了建筑、结构、设备等专业且多单位的协同作业、场布合理紧凑、廊道空间优化整合、施工方案模拟对比、BIM+新技术的融合等，并为污水处理厂运维阶段的构件信息、管线维修管理提供了有力的载体。随着BIM技术的进一步推广应用、施工管控平台和运维管理平台的完善更新，BIM技术将给城市给水排水体系的信息化管理提供技术支持和数据支撑，助力都市圈实现基于CIM的智慧城市建设。