BIM 技术在某污水处理厂提标改造工程中的应用

暨杜欧

（浏阳市职业中专 湖南省浏阳市 410300）

1 BIM技术概述

BIM技术是以建设工程为原型，构建该工程的BIM模型，同时基于该BIM 模型的可视化、协调性、模拟性、优化性等特性进行结构碰撞检测、图纸优化设计、三维可视化技术交底、施工进度模拟、施工方案模拟、施工质量安全管理等内容。一般来说，BIM 技术在污水处理厂提标改造工程中的应用主要分为以下两个方面：

（1）基于工程图纸建立BIM 模型，在此基础之上，应用Revit、Navisworks、Fuzor、Lumion 等BIM 生 产 软 件 进行碰撞检测报告的操作、施工进度与施工方案的模拟动画制作、场景布置模拟及渲染效果图等内容的制作；

（2）将建立的BIM 模型导入BIM 协同管理平台中进行功能开发配置，一般根据项目需求及项目建设侧重点，应用轻量化三维可视化BIM 平台、设计协同管理平台、施工协同管理平台及全生命周期的BIM 综合应用平台。

2 污水处理厂提标改造工程施工重难点问题

2.1 标段数量多、管理复杂

上海某污水处理厂提标改造工程涉及的施工标段数量多，存在各标段施工进度、质量、安全等信息共享时效性差的问题，采用传统的施工管理方式已经不能满足当前工程需求，很难达到有序协调各标段施工进度、保证各标段施工质量、确保各标段施工过程安全的建设目标。

2.2 机电设备种类复杂、数量多

项目建设包含生物反应系统、高效反应系统、深度处理系统等复杂的污水处理系统，需要购置的污水处理机电设备种类复杂、数量众多。各机电设备的存放位置、安装位置、安装预留空间及安装工艺都不同，在施工过程中需要花费大量的时间在机电设备进场管理、施工安装等方面。

2.3 管线综合复杂

项目设置地下两层结构，其中含有较多的污水处理工艺间及鼓风机房、配电房、泵房等众多设备用房，结构较为复杂，同时布设有大量的排水管道、排风管道、机电设备管道及电力桥架，需要综合考虑管道布局、结构预留孔洞、工程造价等要素，管线综合布置难度较大。

2.4 BIM应用基础薄弱

BIM 技术作为一项新兴工程技术，工程项目参与方存在建筑信息模型技术人才缺乏、系统的BIM 技术培训不足及工程技术人员知识与能力结构欠缺等问题，BIM 应用基础薄弱，而掌握众多BIM 生产软件难度较大，故根据项目特点，确定应用的BIM 软件，是本工程需要考虑的重点问题。

2.5 切改工艺复杂、不易表达

项目切改工艺共计13 个施工节点、100 多个施工流程，各施工节点的位置相差较远，且存在多节点协作情况，纯文本形式的切改施工方案表达效果不佳，对方案优化、会审、施工技术交底等工作的开展造成极大的困扰。

2.6 BIM全生命周期建设要求

BIM 全生命周期是指工程项目从设计阶段、施工阶段至运维阶段均应用BIM 技术辅助工程建设，同时有效保留各阶段的工程信息并与BIM 模型关联存储。BIM 全生命周期建设涉及范围广、数据管理要求高，这对项目工程技术人员的BIM 应用水平与管理工具都有极高的要求。全生命周期的BIM 技术应用在各阶段的重难点问题如下：

（1）BIM 设计阶段：BIM 设计阶段存在大量的工程参数数据、荷载计算书、设计模型版本变更等内容，需要将这些资料完整的对接至施工阶段；

（2）BIM 施工阶段：应用设计阶段的BIM 成果，结合污水处理厂提标改造工程施工阶段的主要特点、施工的重点与难点，进行BIM 施工应用的深化设计，该阶段BIM 技术的应用成果需要综合考虑应用落地性与实用性；

（3）BIM 运维阶段：在BIM 运维管理平台中接入设计阶段与施工阶段的数据与资料信息，并基于运维平台开展生产管理、设备运行管理、设备维保管理等工作，同时将运维阶段的数据集成关联到相应的BIM 模型，实现贯穿建设工程全生命周期的BIM 技术应用。

3 BIM应用体系设计

3.1 应用体系设计框架

应用体系设计框架如图1 所示。

图1： 应用体系设计框架

3.2 BIM应用设计细化

3.2.1 BIM 建模及应用软件选择

针对污水处理厂提标改造工程施工的重难点，结合BIM应用体系设计框架，确定以下BIM 建模及应用软件进行本项目BIM 技术应用：

（1）选用Revit 作为BIM 建模工具。Revit 软件建模效率高，同时其模型成果与Navisworks、3Dmax、Unity 3D 等软件兼容性较好；

（2）选用Navisworks 软件进行碰撞检测、模型轻量化管理。Navisworks 软件与Revit 软件同属于Autodesk 公司，能够无损对接BIM 模型，进行模型轻量化、合模、管理等操作；

（3）选用3Dmax 软件辅助施工技术交底。3Dmax 软件能够基于Revit 导出的模型文件进行模型优化、动画脚本挂载、动画渲染等操作进行施工工艺三维动画的制作；

（4）选用Unity 3D 软件进行BIM 施工专项应用系统的开发；

（5）选用建设-施工协同管理三级平台以满足BIM 全生命周期建设的要求。

3.2.2 BIM 编码体系

基于《建筑信息模型分类与编码标准》国家BIM 标准，结合污水处理厂提标改造工程项目实际情况，按照单位工程—分项工程—构件—子类名的体系进行BIM 编码体系的设计。如图2 所示。

图2： BIM 编码体系设计

BIM 施工深化应用主要体现在BIM 设计优化、施工技术交底、施工深化设计三个方面。

（1）应用Revit 软件建立工程项目BIM 模型，根据碰撞检测报告与BIM 工程技术员在建模过程中发现的问题，进行施工图纸问题报告的编制；

（2）根据跳仓法、新型污水处理设备安装方案及其他施工工艺方案，在BIM 模型的基础之上，采用3Dmax 软件进行跳仓法底板浇筑、污水处理设备安装工艺等三维可视化动画的制作；

（3）以原设计为依据，结合工程现场情况，综合应用Revit、Navisworks 软件进行结构留洞、管线综合、大样详图等施工深化应用。

3.2.4 建设—施工协同管理三级平台

应用建设—施工协同管理三级平台进行污水处理厂提标改造工程项目的分级管理，建设单位使用BIM 顶端施工管理平台、各施工单位使用BIM 施工数据平台。平台设计3D模型管理、视图视点标签、5D 模拟、进度管理、质量管理、安全管理、资料管理及物料跟踪等功能。创设工程项目数据信息共享通道，有效辅助建设单位与施工单位对本项目的管理。

3.2.5 BIM 专项应用（两个）

3）统计分析子系统。统计分析是项目管理的薄弱环节，在教改项目管理系统中突出项目统计分析功能，可以实现对全校及各二级学院近年来项目申报结题情况的统计分析、对项目申报者基本情况的统计分析、对项目研究内容及方向的统计分析，且以报表的形式进行呈现，能更为直观地为管理者提供有效的数据，为教改工作的开展提供数据支持。

针对污水处理厂提标改造工程中的切改方案与通水调试方案这两个重点施工方案的三维可视化呈现设计。综合考虑可视化效果、互动操作感、演示内容的详细程度，采用Unity 3D 引擎开发三维互动式的切改方案系统与生反池调试方案系统两个BIM 专项应用，能够根据方案内容，以三维仿真模拟的形式进行施工操作的演示，能够应用于方案会审、方案优化与施工技术交底等环节。

3.2.6 带平台BIM 竣工交付

基于建设—施工协同管理三维平台的3D 模型管理、进度管理、质量管理、安全管理、资料管理等有关数据资料记录相关的功能，深切落实BIM 模型数据如实更新、设计阶段资料对接存储、施工阶段资料按照交付要求进行归档以及竣工BIM 模型更新等工作要点，在实现带平台交付的基础之上，还能够接入BIM 运维管理平台，构建全生命周期的BIM 综合应用体系。

4 工程应用情况及效果

在某污水处理厂提标改造工程的建设过程中，充分利用BIM 技术的可视化、可模拟性、信息化等特点，从特殊PC构件的节点优化、大体积混凝土施工优化与全生命周期的BIM 综合应用平台等多个方面进行BIM 技术的应用情况说明。

4.1 特殊PC构件（十字梁）节点优化

4.1.1 图纸深化设计

利用BIM 的可视化特性解决图纸描述不清、不直观的问题，提前解决在施工阶段因图纸错误造成的施工问题。采用Autodesk Revit 软件按照建筑、结构、机电专业进行BIM模型的建立，将各专业BIM 模型进行合模、碰撞检测，并根据建模过程中发现的图纸问题以及碰撞检测报告单，对各专业的BIM 模型进行优化。最终在此BIM 模型的基础上得到各专业详细的施工图纸以满足施工及工程管理的需要。

4.1.2 套筒、钢筋优化及可视化技术交底

基于建立的复杂钢筋节点、套筒的BIM 模型，在三维空间中展示钢筋节点与套筒的安装场景，并通过模拟安装过程对钢筋的安装顺序进行优化，解决安装操作空间狭窄导致安装施工不便的难题。同时，施工人员基于三维可视化技术交底资料，能够清晰地理解钢筋及套筒的细部做法，减少了对图纸的理解差异而出现的安装错误，保证了施工精度，提高了施工质量。

4.1.3 工具化模板支架优化

针对预制节点之间现浇梁段部分采用的工具式模板支架体系，建立该部分模板与梁的零部件级BIM 模型（包括铝膜面板、工字钢、U 型钢板等部件），结合三维场景、部件明细表、优化校核等内容，进行模板工程的优化管理，实现设计优化、精准下料、控制成本与安全高效等效果。

4.1.4 方案论证及可行性分析

本项目初定“预制梁节点+套筒灌浆”、“预制梁节点+直螺纹套管”、“预制梁节点+绑扎连接”三套方案进行对比分析，从技术特点、时间性、质量效果、经济性等多个因素进行对比分析。分别建立两套方案对应的BIM 模型，通过施工模拟、明细表统计工程量、安全计算校核等多个技术手段进行分析，最终在保证质量效果与施工进度的前提下，选择经济效益最高的方案进行施工。

4.1.5 构件吊装、新型工艺技术交底

建立预制构件、主体结构、周边环境的BIM 模型，根据构件吊装方案、新型工艺方案要求，转换模型导入Lumion、Fuzor、3Dmax 等软件进行技术交底演示动画的制作，同时在视频后期处理过程中对可视化交底资料进行配音讲解、尺寸及注意事项标注等处理，减少施工过程中的误差，提高施工过程的精确性和安全性。有效地提高效率，减少成本，实现真正意义上落地应用的可视化技术交底。

4.1.6 基于4D 模拟的施工工序管理

建立小样区的BIM 模型，转换模型导入Navisworks 软件中进行小样区的4D 模拟建造，根据拟定的施工方案进行施工工序的模拟，为施工管理人员精准把控工期节点提供支持，在施工前将工序、人材机、安全等要素进行把控，减少预期之外的资金消耗，并基于4D 模拟进行施工工序的优化，减少生产施工中的浪费，从而实现在保证施工质量的基础之上，减少资金消耗，加快施工进度。

4.1.7 材料堆场布置与进出场控制

针对施工过程中的场景布置方案，采用Revit 软件建立物料堆、施工道路、施工机械、施工区域等BIM 模型，基于拟定的场景布置方案进行三维场景的布置呈现，并通过模拟场地布置和交通组织规划比对不同场布方案的优缺点，进行整体优化设计，最终实现合理、高效利用现有场地、优化材料堆放和加工空间、减少二次搬运、加快施工进度、降低生产成本的应用效果。

4.2 大体积混凝土施工优化

4.2.1 施工方案优化设计

针对大体积混凝土施工，本项目拟定“后浇带施工方案”、“跳仓法施工方案”两套方案进行比选优化，根据这两种施工方案的特点，分别构建各方案BIM 模型进行施工模拟演示，从施工技术特点、工期、质量、成本等多方面因素进行对比分析。最终选定跳仓法进行本项目大体积混凝土施工，采用该工法可避免一部分的施工初期的激烈温差及干缩作用，大量消减施工期间温度伸缩应力，有效控制裂缝，加快施工进度。

4.2.2 跳仓法施工技术交底

跳仓法是把整体结构按施工缝分段，隔一段浇一段，对混凝土浇筑顺序、施工缝施工方法等内容有一定技术要求，如果采用传统的文字方式进行技术交底，现场施工人员很难理解本项目跳仓法施工技术的实施要点；采用BIM 技术建立完整基础底板模型，按设计要求对底板进行划分，模拟跳仓法混凝土浇筑的顺序，做出施工缝节点模型，进行三维可视化技术交底。

4.2.3 土方开挖与回填量平衡

针对土石方开挖与回填作业，运用BIM 技术，综合应用无人机全方位航拍提取原始地貌初始数据、转化初始数据为BIM 模型、基于软件处理计算土方量等技术手段，模拟土石方开挖与回填过程，展示现场车辆运行路线、路线碰撞等预演信息，方便项目管理人员进行施工方案的优化。同时开展土石方的挖运分析与运算，实现土方平衡计算的精确化与精细化，有效的管控项目成本与施工进度。

4.2.4 混凝土工程量统计与分析

大体积基础底板混凝土使用量大，在施工前若不能规划好各阶段的混凝土用量，易造成混凝土材料浪费或延误工期等情况的发生。采用BIM 技术，根据浇筑区域进行大体积基础底板BIM 模型的建立与模型拆分，按施工顺序提取各浇筑区域的混凝土工程量，在向混凝土站报送各阶段的混凝土用量，避免材料浪费、解决施工成本。

4.2.5 混凝土结构测温系统可视化

大体积混凝土结构截面大，其内外有较大的温度差，为保证混凝土结构的施工质量，需要在混凝土养护阶段对温度进行监控，综合应用BIM 技术、三维引擎、无线传感等先进技术，将布置在现场的传感器的实时监测数据与BIM 模型进行关联，同时对其监测数据进行实时判断，对温度异常的测点进行警报处理，及时有效地对养护阶段的混凝土进行三维可视化监控。

4.3 全生命周期的BIM综合应用平台

4.3.1 BIM 模型信息管理

BIM模型信息管理是实现全生命周期BIM应用的基础。平台无损接入提标改造工程设计阶段的BIM 模型，继承模型的设计信息，并将施工阶段的信息进行关联BIM 模型存储与展示，在施工完成后交付完整的模型信息至运维阶段，可以点击构件模型查看信息。

4.3.2 施工进度动态管理

施工进度动态管理是将施工进度计划与实际施工情况进行比对，对于偏离情况进行及时的预警提示，提醒项目管理人员进行及时纠偏以满足项目工期与质量要求。工程项目在施工进度管理部分的应用一般采用4D 模拟，本项目在此基础之上叠加造价属性，即将人材机与施工进度同步模拟，为项目管理人员纠偏提供造价数据进行综合考量。

4.3.3 质量与安全管理

针对施工过程中难以把控的质量问题、危险源、安全风险问题，在综合应用平台中配置质量与安全管理功能，包含发现问题、编制整改单、整改任务报送、相关责任人反馈整改结果、整改结果核查这一闭环流程，能够适用于工程质量问题整改、安全风险问题整改等闭环管理的事项。采用BIM综合应用平台将闭环管理事项流程化、系统化，提高问题处理效率，有效保证工程施工进度。

4.3.4 物料跟踪与管理

预制构件、模板、混凝土与钢筋等物料作为施工生产的“原材料”，物料管理是施工进度与项目资金动态平衡的重要环节。物料跟踪与管理功能是基于BIM 信息化特性，融合物料存储与施工优化算法、工程量统计与报送程序等技术手段进行开发建设的。支持将物料状态信息与BIM 模型进行关联展示，通过虚拟施工模拟，精确每道工序所需物料量，并动态对比展示仓库物料存储量，实现现场物料管理的实时反馈、精确配置及有效的平衡施工进度与项目流动资金。

4.3.5 全生命周期资料管理

为实现污水处理厂工程全生命周期的BIM 技术应用，保证带平台BIM 竣工交付成果的质量，在BIM 模型信息管理的基础之上，还需要对污水处理厂工程相关的整改记录单、工地现场的视频、图纸、图片等资料进行管理，运维管理人员将巡检记录、设备运行监测数据、保养记录等运维资料关联竣工交付的BIM 模型，实现设计阶段、施工阶段及运维阶段的资料管理，即实现了基于BIM 技术的全生命周期资料管理的应用。

5 总结

本文通过BIM 技术在某污水处理厂提标改造工程中的综合应用实践，分析建设工程项目的全生命周期BIM 技术应用与各阶段的重难点问题，凸显BIM 技术的优势与应用效果。通过BIM 应用体系设计、工程应用情况及效果等章节的说明，证明BIM 技术在某污水处理厂提标改造工程中，能够实现全生命周期BIM 技术应用。

针对设计方案的优化应用，利用BIM技术模拟设计方案，综合应用碰撞监测、管线综合、深化设计等技术手段，验证设计方案的合理性，为设计方案优化起到积极作用。针对新型污水处理设备安装工艺、技术等应用，利用BIM 技术进行三维可视化技术交底资料的建设，直观的展示施工工艺、施工技术的实施流程，有效提高施工效率。针对复杂的、不易表达的施工方案（如切改与通水调试方案），在BIM 模型的基础之上，应用三维仿真技术与Unity 软件开发技术，建设两个BIM 专项应用，为施工方案优化、方案会审及施工技术交底提供便利。针对带平台BIM 竣工交付的项目需求，利用BIM 技术、建设—施工协同管理三级平台，同时整合各阶段的BIM 应用成果、数据及相关资料，实现全生命周期的BIM 技术应用。