数字化信息技术在水质净化项目管理中的应用

罗燕山 张怡坚

深圳市市政工程总公司 广东 深圳 518109

随着基础设施建设的体量和复杂度不断增加，施工管理的技术难度和要求也日益提高。传统施工现场管理模式在速度、可靠性及经济可行性方面已很难适应现代化施工企业管理与发展的要求[1-2]。

近年来，随着BIM技术、智慧工地等新型数字化信息技术的发展，工程项目的现场管理得到较大助力，也由此朝着智能化、信息化方向转变。数字化技术有效保存了施工全过程的数据信息，为项目管控提供了帮助[3-5]。本文以某水厂建设工程为依托，介绍了BIM技术和智慧工地等信息化技术在水务工程中的应用。

1 工程概况

本项目为珠江三角洲水资源配置工程，项目采用去工业化设计，下部建水质净化厂，上盖公园。项目建设目标为出水标准达到地表准IV类水，污泥含水率低于40%。

施工场地紧邻居民区，设计工艺管道错综复杂，协调难度大。项目建成后将提高深圳河流域污水设施的总处理能力（图1）。

图1 项目建成效果图

2 BIM技术应用

本项目包含基坑工程、基础工程、主体结构及装饰工程、设备安装工程、联合调试工程、附属工程等。项目在不同阶段的应用所对应的BIM模型深度不同，最终模型的深度达到LOD400等级。各阶段模型中都涵盖建筑、结构、工艺和除臭等多个专业。

2.1 设计阶段

1）设计图优化：本项目厂区用地仅有30 900 m2，地下1层为构筑物，地面层为操作层及附属建筑物，顶盖为厂前区及上盖公园，整体布局紧凑、结构工艺复杂。污水处理采用“三段式AO工艺”的生物处理流程，结构部分包括细格栅、曝气沉砂池、三段式A2/O生物反应池、周进周出二次沉淀池、磁混凝高效沉淀池、精密过滤器、紫外线消毒渠、中水提升泵房、鼓风机房及变配电间、加药间、污泥脱水干化车间、除臭设备、机修车间、配电间及综合楼等建（构）筑物。二维图纸无法全面反映项目信息，容易出现错漏情况。为清楚、直观地展示项目样貌，运用BIM技术建立三维可视化模型，同时进行设计复核并及时进行修改，从而提高设计质量。BIM深化设计的优点在于能够整合各个专业，运用BIM技术在施工前进行一次模拟预演，从而发现设计上的不足，提前解决施工中的困难。深化设计有效避免了后期施工碰撞的发生。如图2所示，通过多专业整合设计，减少了施工变更与返工。相比未进行深化设计的项目，施工变更减少近80%。

图2 模型调整前后的对比情况示意

2）协同设计：项目全过程BIM模型上传至BIM协同平台进行统一管理，可以提高BIM设计模型管理水平和设计效率，提高专业配合水平。通过协同管理平台，建立了包含构件编码、几何外形、物料数据、设计参数、清单数据的数据中心，通过BIM协同管理平台，实现了基于BIM技术的协同管理。

2.2 施工阶段

1）三维场地布置：项目场地布设涉及临边体系、钢筋加工棚、4台塔吊、危险品堆放区、临水临电系统、标准养护室和钢筋废料回收厂，以及大门和洗车台、污水沉淀池、保安门禁系统和安全宣传栏、道路和高压电杆（线）、地下管线等。设施复杂，区域交叉多，碰撞多。采用平面布置的方式设计场地，不能深度表现结构与周边环境的空间关系，导致场地临建布设存在一定困难，方案调整次数多，而且每次调整方案，临建的工程量统计需随之调整，从而导致技术人员工作量的增加。通过BIM三维场地布置，建立场地模型（图3），结合结构模型，直观判断施工机械的安置是否正确。进行多个方案的模拟对比，反映出结构与环境的关系，合理布设。若二次沉淀池处的塔吊布置影响结构，且相互的交叉影响大，则可利用三维模型，辅助参数化塔吊的变化，达到合理布设的目的。由于场地限制，基坑坑壁距离结构池壁空间较小，且深度较大，结合三维可视化模型，对脚手架方案、梯笼、人行梯道布置方案进行模拟和优化。

图3 三维场地布置模型

2）可视化锚索碰撞检查：本项目围护结构未采取内支撑，而是在腰梁及冠梁位置设置锚索。锚索施工时，基坑阴阳角部位存在碰撞难题，且与周边的建（构）筑物及地下原有管线产生冲突，二维图设计时无法直观体现这些问题，导致现场施工时破坏原有地下雨水管线，对施工进度造成影响。通过应用BIM技术，建立原有地下管线和参数化锚索模型，在三维图中对产生碰撞的位置进行锚索调整，并通过参数化族计算锚索调整的角度范围，向设计单位提出相应的设计变更。通过以上措施解决了锚索的自身碰撞及与地下管线的碰撞难题，避免了二次施工，有效控制了施工工期，节约了施工成本。

3）工程量统计：水质净化工程存在众多需进行复杂工艺处理的建（构）筑物，不规则结构给工程算量带来一定难度。用传统的方式计算混凝土、钢筋等工程量，需计算各种类型的需要根数、搭接关系，效率低，对人员能力和经验要求也比较高。特别是遇到复杂结构，钢筋种类多而密，交错穿插广而深，极容易出错。错误往往要等到现场施工时才能发现，重新加工造成了工期和成本的浪费。通过BIM技术建立钢筋模型，利用软件具有的出量功能，点击查看“钢筋三维”，钢筋绑扎的重点、难点一目了然。同时工程师可以利用移动端在现场进行三维展示，查看钢筋绑扎情况，指导现场钢筋绑扎及验收。根据施工需求，对结构主体施工缝进行划分，分段分层统计混凝土工程量，为施工现场提供可靠的数据依据，通过模型深化应用形成交底资料，指导现场进行质量管控、检查、验收。

4）三维技术交底：水质净化过程主要包括对污水进行集中、过滤、消毒等一系列处理。处理中会涉及多个环节和复杂性处理工艺，最后得到达标的处理水。每个工艺环节对应的建（构）筑物复杂多变，对于复杂的节点，通过常规的二维图纸难以理解，施工之前未接触到污水处理工程的技术人员，难以进行施工指导，施工质量更难以保证。在施工阶段采用BIM技术，进行形象的三维技术交底，预先演示施工现有条件、施工工艺、施工顺序及重、难点，复杂节点一目了然，施工时也有着清晰的感官认识，提高了技术交底的效率，保证了施工质量。

3 智慧工地技术应用

1）无人机倾斜摄影：采用一般的平面布置方式设计场地，不能深度地表现结构与周边环境的空间关系。通过无人机倾斜摄影技术生成三维实景模型（图4），并将转换形成的点云、三角网格数据导入BIM软件，将实景模型与BIM模型相结合，更加真实地反映地物的实际情况，形成完整的工程形象，可让用户多角度观察地物。同时可降低三维建模的人工成本，有效提升了模型生产效率。

图4 无人机倾斜摄影技术生成三维实景模型

2）VR技术：传统的安全教育方式，对于受训者来说相对枯燥，受训者容易产生抵触心理，难以对教育内容进行有效的吸收并对其加以运用，培训效果参差不齐。VR安全体验馆基于真实数据建立数字模型，采用VR技术和电动机械相结合而打造，严格遵循工程专业设计的标准和要求，通过强大的三维建模技术建立逼真的三维场景，可模拟真实场景下的安全事故情景。体验式学习，激发项目管理人员及劳务工人参加安全教育的兴趣，强化体验者对安全事故的感性认识，提高了安全教育的效率。

3）智能监测系统：BIM协同管理平台完美地结合本项目的智慧工地系统，通过物联网采集施工现场信息，实时将数据传输至协同管理平台。采用人脸识别和车辆识别系统对现场人员和车辆进行管理。现场安装多台高清监控设备、塔吊监测设备等进行全天候监控，并结合基坑位移沉降监测，实时提醒作业人员加强安全防范措施。环保管理模块与现场环境监测设备对接，在线实时监测扬尘、PM2.5、PM10、风速、风力、风向、温湿度、噪声等，确保施工过程绿色环保。

4 结语

本项目通过BIM、智慧工地等数字化信息技术，辅助项目管理人员在水质净化EPC项目建设过程中实现了技术方案、质量管理、安全管理、进度管理等方面的管理目标。借助大量的数据采集、汇总、整理分析，提升了项目的科学性、可靠性和有效性，有效地提高了项目的精细化管理水平。