BIM 技术在污水处理厂项目施工中的应用

岳晓霞，郭淑丽 ，巨继炳，赵正喜

（1.甘肃省建设监理有限责任公司，甘肃 兰州 730070；2.中铁二十一局集团甘肃建设工程有限公司，甘肃 兰州 730000；3.甘肃建峰建设集团股份有限公司，甘肃 兰州 730000）

1 BIM技术概述

1.1 BIM技术的定义

BIM技术，最早见于伯恩斯坦为《信息化建筑设计》撰写的序言中，其被定义为：是以3D技术为基础的集成建筑工程项目中相关信息的工程数据模型的数字化表达，是一种应用于设计、建造、管理的数字方法。结合污水厂项目通俗的解释就是，借助于工作基站，以建筑模型为基础，运用项目建造过程中的所有数据资料，为污水处理厂项目搭建一个集标准信息传递、协同施工方法指导于一体的信息共享平台，实现项目智慧建造目标的同时，为项目运维提供基础信息的方法。

1.2 BIM技术的发展及现状

BIM技术，关于其发展的首个详细计划，是由美国总务管理局推出的[1]，也就是在这一时段，美国BIM 技术的发展才得到了重视。随后，与其相关的法律依据及相关政策相继出台[2]，BIM技术也在欧洲国家开始迅速发展。2002 年，BIM 技术的理念，随着欧特克公司打造的Revit软件的引入，进入了我国业内人士的视野，Revit软件也成为了业内人士接触BIM 的开端。2007 年8 月30 日，“信息化关键技术在建筑领域研究及应用”申办导向出台，与BIM 技术相关的科研课题也在“十一五”国家科技支撑计划重点项目中出现[3]。之后，住建部相继出台了与BIM 技术相关的一系列技术标准和政策，这也为BIM技术在国内的快速发展提供了条件。但就目前BIM 技术的应用领域而言，大多集中在建筑工程的全生命周期中，在污水厂中的应用鲜有报道。

2 BIM 技术在污水厂中的应用

众所周知，随着经济的不断发展，环境污染问题日益显现，其带来的危害也不容小觑。近年来，污水处理厂的规模不断在增大，数量也不断增多，污水处理工艺难度也不断增高，污水处理工程全生命周期中涉及的每一个环节的管理难度系数也在不断上涨[4]，这些无形中都为传统的以二维图纸为依据的管理模式增加了难度。文章依托兰州新区污水厂项目，以项目施工全过程为切入点，详细阐述了BIM技术在该项目中的应用。

2.1 BIM技术软件的选型

BIM 技术的实现，基于BIM 核心建模软件和分析软件，目前在我国比较具有影响力的软件包括Bentley系列、ArchiCAD∕AllPLAN∕VectorWorks 系列、CATIA系列及Revit 系列，目前国内业内人士普遍比较认可的是Revit系列软件，该软件以其强大的可视化建模功能、二维与三维视图的无缝切换功能、参数化、数据交互性著称[5]。文章结合项目需求，选用Revit2020系列软件对项目模型进行创建。

2.2 数据交互软件的选择

BIM 技术的应用和展示，需要多个软件协同工作才能完成，不同软件之间的数据交换需要特定的文件格式，该项目中主要涉及到的文件格式有IFC格式、FBX格式及DWG 格式，为了后续不同软件之间无缝对接，该项目选择了lumion12、fuzor2020软件来实现相应的功能。

2.3 工程概况

污水处理厂位于兰州市兰州新区，项目建设规模60 000 m3∕d，污水处理采用AO 生化池处理工艺，其尾水处理后用于绿化回水，剩余污水在达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918—2002中的一级A标准后，排入水阜河。

2.4 BIM技术应用

（1）全局参数化建模

如图1 所示，该项目主要由进水井、预处理间、深度处理间等16 个单体组成。为了对项目全局进行掌控，在基于设计总图的基础上，将整个厂区的总体布局进行了建模，这样既可以以直观立体的方式，向各个参建方展示新建工程的朝向、位置、地形及周围绿化等，又可以为后期扩建规划提供直观明了的参考，同时，参数化模型的建立，也为该项目后期的运维提供了便利。

图1 厂区总图模型

（2）土建模型的建立及深化

污水厂构筑物结构复杂，传统的CAD图纸只能以平、立面图结合对应的剖面图进行节点表达，可视化及信息化表达能力比较弱，很容易导致因设计意图理解不到位而引起的施工进度延误、脚手架的布置不合理、钢筋复杂节点的优化不到位、砌体墙的排砖不合理等一系列问题。如何解决这些问题，提高施工质量且降本增效成为难题。土建模型的建立及深化，就能很好解决这一问题。与传统的二维图纸相比，运用BIM 技术构建的土建模型就相当于一个具有所有构筑物及建筑物尺寸大小、数量、形状、位置信息的数据库（图2），该数据库展现的视觉效果和形成的视觉冲击是二维图纸无法企及的，其提供的非图形数据统计表，在提高施工效率、成本控制方面[6]，也能起到很大的作用。

图2 建筑机电整合模型及管件信息截图

（3）管线碰撞检查

碰撞检查就是基于BIM 模型，对项目中涉及到的建筑物、构筑物及管线的空间位置进行复核，对其可行性进行分析。相较于建筑物而言，污水厂构筑物的管线系统并不复杂，但其涉及到的管线尺寸比较大，一般都在300～1 600 mm，加之工艺管线对管道节点及交叉点等部位的间距与高程的要求比较高，设计时难免会出现问题。一般项目中涉及到的碰撞分为硬碰撞和软碰撞，硬碰撞影响实体的空间位置，而软碰撞影响管线的安装与维修[7]。在该项目中，采用硬碰硬的方式，共发现并优化了管线与管线之间，管线与构筑物之间的碰撞点共200 余处，有效地避免了因预留洞口位置不合适而导致的不利影响。

（4）模型整合及洞口预留

构筑物及建筑物洞口的预留与否及预留是否到位，直接会影响到结构的性能。而基于BIM 的整合模型，能有效地避免该问题的发生。图3 就是将建筑模型与机电管线模型通过Revit软件整合后，通过BIM 技术进行管线综合优化，提取优化后的预留、预埋孔洞图，可以大大提高预留孔洞图的利用率，有效减少后期返工造成的工期延误及二次开洞费用的发生。

图3 优化后孔洞预留三维模型截图

（5）设计方案的优化及复杂节点的优化

建筑工程的建造过程，是对设计理念及设计图纸翻译的过程，是一个需要不断完善的过程。污水厂项目，构筑物及建筑物数量较多，图纸数量繁多，现场施工人员要在短时间内熟练地掌握图纸的设计要点及重难点，难度较大。BIM技术的引入，可以很好地解决这一问题。在该项目中，全专业模型的建立，汇总了所有图纸中所要呈现的信息，关键部位及复杂节点一目了然，BIM 工程师协同现场专业技术人员提前对设计不合理的部位及复杂节点，在三维模型中进行优化，这样，既减少了施工难度，又使得施工进度、现场质量安全及成本投资都得到了有效的控制，事半功倍，工作效率显著提升。

（6）设备族库的构建

Revit软件自带设备族库，但是其自带的设备大多倾向于常用设备，污水厂的污水处理工艺涉及到的设备种类多，数量大，为了维持污水厂正常运转的大型设备比较多，Revit自带的设备库是无法满足项目需求的。因此，引入BIM 技术对项目中涉及到的设备提前进行参数化建模，将产品从生产到安装验收全过程的资料都录入到设备模型中，以设备族库＋设备台账的形式存在，这样不仅为完善模型信息提供了条件，也为项目管理人员快速查看设备各阶段的有效信息，及时掌握设备安装进程提供了条件。

（7）工程量的提取

污水处理厂构筑物及建筑物数量较多，混凝土浇筑量大，工艺设备、管线、管件品种及数量繁多，工程量的提取存在一定的难度。利用BIM 技术构建的BIM模型及Revit软件自带的明细表功能，可以精确地生成某一构件的混凝土浇筑工程量及设备管线、管件的工程量，即便后续发生变更，Revit软件自带的各功能之间的联动性也会使明细表及时进行更新，不仅为施工人员的材料采购和预制构件的下料工作提供便利，也为项目成本的分析、偏差的纠正及控制提供数据支撑，为项目的顺利开展提供便利条件。

（8）漫游动画

相较于Revit 软件，Fuzor 软件展现的漫游镜头更加真实贴切，漫游视频材质的质感、构建的立体感更是优于Revit，所以，该项目中漫游视频制作的软件选用的是Fuzor。该项目中制作的漫游视频，将具有强大参数化信息的模型运用镜头语言表达，既减少了沟通过程，由于理解不到位产生的偏差，又能让项目各参与方以第一视角的方式直观地预览构筑物及建筑物内部的管线，设备的空间位置，为及时调整空间排布不理想的管线、空间设备提供了便利条件，为后续项目图纸设计意图、管线综合排布方案的领悟提供了参考。

（9）污水处理工艺模拟

污水处理工艺，是一个涉及多学科，多专业的体系，对项目人员的整体专业素养要求极高，但目前从事市政工程的人员中，专业水平参差不齐。鉴于此，在该项目中，对重难点施工工艺，用BIM 模型+编程语言的形式（动画）予以了直观的展示及剖析，避免了因指导、理解不够造成的返工现象发生。同时，也为现场施工工作做了良好的示范、引导作用，提高了施工管理人员指导作业的效率，确保了工程的质量和进度。

（10）施工组织设计模拟与优化

施工组织设计是一个项目的灵魂，是项目各项工作质量好坏评价的标准。

该项目对安装品质及质量要求高，质量管理贯穿施工全过程。AO 生化池为该项目的核心工艺及施工阶段的关键项目，池底设备的安装，其定位精度和质量目标要求极高。运用BIM 技术，针对性地将数字化模型、施工进度、组织方案、物料、质量安全管理等信息集成于一体，实时进行精细化施工组织模拟，减少交叉作业、碰撞冲突等问题的发生，弥补管理缺位的同时，达到高效决策和提质增效的目的。

基于BIM 技术的可视化，对施工全过程管理的重难点，潜在风险点，可优化工序等环节进行挖潜和梳理，形成可行性比较高的施工组织设计，并将其细化到季度、月度、周计划，与BIM模型中的相关信息关联起来形成最优的施工组织设计，从而得到最合理的资金及投资计划、人员投入计划、大型施工器具投用计划、设备材料到货计划等。

（11）三维可视化交底

传统的图纸交底是二维图纸，对于设计意图领悟的程度，对于复杂构件的搭接关系的构想，完全依靠项目参与人员自身的专业水准和理解能力来决定，在一定程度上就会存在潜在的风险，而基于BIM技术进行的交底，可以借助于模型的可视化功能，让交底过程更高效。在该项目施工准备阶段，借助于BIM 模型，组织各方开展设计交底和图纸（模型）会审、方案审核等，使设计意图和具体节点做法更加直观，关键施工路线和施工方案更加清晰明了。

3 总结

污水厂项目施工过程中BIM 技术的应用，极大地提高了各参建单位对项目布局的掌控能力，加强了各专业施工团队协同作业的效率；碰撞检测、预留预埋洞口的应用，提前规避解决了后期因管线碰撞、二次开洞而产生的工期延误、费用增加等问题；可视化交底，弥补了因参建人员二维空间想象能力存在差异引起的理解不同而产生的歧义。除此之外，形成的涵盖各专业的参数化模型，也为后期污水厂设备、管线的运维奠定了基础。

随着信息化技术的快速发展，数字化和智能化已成为各行各业的发展趋势，BIM 技术作为行业智慧建造的重要工具，也越来越得到行业的认可，其在污水处理项目中的应用也将会进一步得到提升和推广。