昆明市第十三污水处理厂施工中BIM技术的探讨

　　摘要：昆明市第十三污水处理厂是云南省首座半地下式污水处理厂，存在场地集中、主体结构异形构件多、地下综合管线排布复杂、测量精度高、交叉作业多、工期紧、施工量大、技术要求高、施工管理难度大等难点。本文探讨引进BIM技术，运用Revit、Navisworks、Fuzor、Lumion、Sketeh Up等一系列BIM软件建立污水厂三维可视化模型，进行施工场地综合布置、土建机电模型深化、5D施工进度模拟、三维技术交底、碰撞检查、污水处理工艺模拟，确保污水处理厂安全、高效、智能化施工。

　　关键词：半地下式污水处理厂; BIM技术; 碰撞检查; 施工模拟;

　　1 工程概况

　　昆明市第十三污水处理厂位于昆明市西山区高峣立交东南角王家堆片区用地，占地约4.8万m2。工程主体为地下污水处理构筑物，总建筑面积6.4万m2，建筑总高度<24 m。建筑结构形式为钢筋混凝土框架结构。污水厂总规模12万m3/d，处理后出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。污水处理的工艺为改良A2O生化池+二沉池+高密度沉淀池+V型滤池污水处理工艺。

　　2 BIM模型的建立及应用

　　2.1 BIM技术应用软件的选用及模型建立维护流程

　　在BIM技术实施的过程中涉及到很多软件，包括基础软件、工具软件、平台软件。其中最基础、最核心的是BIM建模软件，其次是BIM工具软件，软件的选用决定后期是否能够完成BIM技术的应用点。软件的选用应考虑其功能性、可靠性、易用性、效率、维护性、可拓展性等因素[1]。

　　2.1.1 污水处理厂BIM技术应用软件的选用

　　相对于市场上各种BIM系列软件及平台，Autodesk BIM系列软件及平台在施工阶段的应用具有以下特点。

　　1) Revit系列软件整合性高、简单易学。

　　2)参数化程度高。包含几何信息和非几何信息，Revit所做的模型不只是对象本身性质的参数化，对象与对象之间的物理关系也能用参数化来表示。

　　3)目前Revit成为BIM建模的主流软件。软件的开发程度高，其标准相对于其他软件较为成熟，在建模和模型分析时较为快捷高效。

　　4) Revit软件针对建筑、水、暖、电安装，而昆明市第十三污水处理厂的主体结构则是含有建筑属性的市政工程，在模型构建和模型分析上具有很大优势。

　　5)污水处理厂包含大量的大型设备，如螺旋输送机、潜水污水提升泵、砂水分离器、污泥切割机等，这些设备需要建族，而Autodesk BIM有大量的族库，很多设备所需的族可以从族库中选取，无需重新建族，整体上节省了时间和成本，提高了效率。

　　鉴于Autodesk BIM系列软件及平台以上特点及优势，项目部决定采用Autodesk BIM系列软件及平台。具体软件包括建模软件Revit 2017、Navisworks Manage 2017、Autodesk BIM 360、广联达BIM5D、Fuzor 2017、Auto CAD 2017、Lumion6.0以及一些数据统计、视频制作的辅助软件。

　　2.1.2 BIM模型建立及维护流程

　　根据Autodesk Revit软件的建模规则，进行分专业参数化建模，包括建筑专业、结构专业、工艺专业、暖通专业、电气专业、绿化景观以及施工场地三维模型。模型建立完成后整合为一个完整的污水处理厂BIM模型，这些模型不仅能表达出构件的几何信息，还集成了大量的非几何信息，如构件材质、物理性能、厂家信息等[2]。将其导入分析应用软件中进行分析指导施工、碰撞检查、工程量提取等应用。在应用的过程中如果发现问题，返回模型进行维护，也可将模型信息关联，进行链接修改。

　　2.2 昆明市第十三污水处理厂核心模型的建立

　　污水厂BIM模型主要包括主体建筑结构模型、工艺管道模型、暖通电气桥架模型、施工场地模型、绿化景观模型。

　　2.2.1 主体建筑结构BIM模型构建

　　污水处理厂共有4层，地下为污水处理构筑物，地上为调度中心。负2层为处理工艺构筑物，负1层为机电设备间。BIM模型异形构件较多、难度大、精度要求高，在建模时采用了“工作集”和“链接”模式，把设计院提供的图纸信息严格精确反馈到模型中，同时添加相应的施工管理信息，建立一个“参数化”模型，其建模内容及流程如下。

　　1)建模准备。建模准备阶段包括了解项目概况、污水厂模型创建要求、项目主要图纸信息收集。污水厂模型创建要求为项目精细度达到Level of Detail 400;土建建模需要总平面图，各水工构筑物单体图以及相应的平面图，还包括图纸中的非几何信息。

　　2)创建项目样板。建立标高轴网以及基本信息设置，制定构件命名规则，使最后的BIM模型数据能够整合。

　　3)在项目的标高和轴网上分专业建立污水处理厂梁、结构柱、基础、剪力墙墙、门、窗楼梯扶手等几何模型构件及相关参数。部分池体异形构件则通过建族后导入模型中。

　　4)模型及数据合并。将结构专业模型和建筑专业模型整合为一个模型，统一其BIM模型相关数据，主体负2层如图1所示。

　　2.2.2 工艺管道、暖通桥架、机电设备BIM模型的构建

　　污水处理厂包含各种污水处理设备和工艺管道系统、暖通桥架系统以及各类配电箱柜等机电设备。设备数量较多、机电管线复杂、综合排布难度大。在建模时采用统一项目样板，根据CAD图纸信息，运用Revit MEP功能创建工艺管道、暖通桥架、机电设备BIM模型，模型包括几何信息以及材料、外观、厂家、物理性能等非几何信息。其中最难的设备模型的创建，在设备建族之前，先根据施工图纸将需要建族的设备按照类别列出详细的清单，如果Revit自有族中有，则在自有族的基础上编辑修改，如果没有则重新建族，然后导入模型中。最后形成一个系统的BIM模型。

　　2.2.3 场地BIM模型构建

　　为了使场地使用合理，优化施工平面布置，结合临建方案运用Revit的地形功能创建施工场地，包括项目部、人员通道、施工道路、施工车辆、塔吊群、吊车吊、挖机等。

　　污水处理厂主体完成后将进行覆土建湿地公园，地面含大量的绿化景观，根据设计院给出的绿化景观设计图，运用3D可视化软件Lumion 6.0进行地表建模以及绿化植物、椅子等公园设施布置。

　　2.3 BIM技术在本项目中的应用

　　2.3.1 施工总平面布置规划

　　污水处理厂建设一共有四个标段施工，在规划时需要考虑各个标段项目驻地建设和谐，高效利用现有的土地，在现场需布置长约830 m的环场施工道路以及项目部、施工队到工地施工现场员工通道。施工范围大、高低跨度高，需设置多个钢筋加工棚、材料堆放场、库房、塔吊作业群。除此之外还要设置临水临电等其他施工设施。

　　基于以上施工平面布置的重难点，项目部BIM技术人员结合十三污水处理厂施工设计组织方案和临建方案，运用Revit将场地平面建立项目部驻地、钢筋加工棚、施工道路、塔吊群、材料堆放场、库房、文明施工设施等三维模型。同时建立吊车、挖机、装载机、渣土车、汽车泵等施工机械BIM模型，并运用Fuzor进行场地规划漫游模拟和不同阶段的场地布置变化模拟，塔吊作业群旋转半径模拟，塔吊群高差模拟，帮助狭小的施工场地提前合理安排物料运输路线、物料设备放置，对施工现场管理进行指导，辅助施工组织设计合理安排。

　　2.3.2 土建结构及综合管线深化设计

　　结合十三污水处理厂工程项目异形构造多、管线复杂、预留孔洞复杂的特点，采用BIM技术进行三维碰撞检查有明显的优势和意义。BIM模型是对整个施工的预演，建模的过程同时也是一次全面的“三维校审”过程。在此过程中可发现大量隐藏在设计中的问题，这些问题没有超过规范要求，但受其他专业影响或属于空间高度上的冲突，在传统的单专业校审过程中很难被发现。与传统二维平面图纸检查对比，三维碰撞检查有以下优势。

　　1)将十三污水处理厂结构模型、建筑模型、机电模型整合为一个模型，全面检查专业碰撞情况，包括专业与专业之间的冲突、净空分析。模型均按1∶1尺度建模，传统情况下未能表达的部分均得以展现，从而将一些不能轻易发现而实际上却存在的深层次问题暴露出来。

　　2)采用Navisworks软件进行碰撞检查。碰撞分硬碰撞和软碰撞(间隙碰撞)两种，硬碰撞指实体与实体之间交叉碰撞;软碰撞指实体间实际并没有碰撞，但间距和空间无法满足相关施工要求;通过Navisworks软件可以区分各个专业和碰撞类型，然后进行碰撞检查。包括结构与结构、机电与机电、结构与机电之间的软碰撞和硬碰撞，以Word形式出具碰撞报告，能够快速直接明了地检查出碰撞，并且能定位出碰撞的位置，从而进行深化设计。

　　BIM模型的碰撞流程指利用Revit软件建立BIM模型，通过Navisworks软件，整合各专业模型并自动查找出模型中的碰撞点，获得需要的碰撞检查的报告。主要工作分为以下六个阶段:整合各专业模型;BIM模型校核并修改;利用Navisworks进行各专业间自动碰撞检查;输出碰撞数据;查找相关图纸核对碰撞点;撰写并提供碰撞检查报告并交付设计，进行土建结构及综合管线深化设计。

　　Navisworks软件检查校对以后出的碰撞报告包括以下信息:碰撞涉及的专业、碰撞点所在的图纸及图纸中的位置、问题描述、后果、优化建议以及碰撞的三维截图、CAD截图。工程部可以在正式施工前将此碰撞报告交付设计人员进行深化设计、二次变更，避免返工现象，进而合理掌握施工进度。

　　2.3.3 三维可视化交底

　　三维技术交底即通过三维BIM模型让工人直观了解自己的工作范围及技术要求。三维技术交底相对于传统的二维技术交底，不再是深奥难懂的施工图纸加复杂的文字描述，而是像看电影般直观有趣，在技术人员和工人的大脑里形成立体印像，直观形象，快速理解交底内容，提高了交底的效率。在十三污水处理厂施工中，三维技术交底运用了以下三种方法。

　　1)根据施工现场实际情况在办公室进行漫游模拟，分析构件的几何尺寸、钢筋布，在办公室对技术人员进行交底。

　　2)结合二维CAD施工蓝图，将池体异形复杂构件进行三维出图，下发技术人员和班组长，指导工人施工。

　　3)采用BIM云技术，将BIM模型及数据上传云端，技术人员通过移动终端(移动平板电脑或手机)进行复杂构件三维模型及相关数据查看，和现场进行对比以指导现场施工。

　　2.3.4 BIM 5D施工进度模拟

　　项目工期由540 d改为245 d，工期紧，施工过程中计划进度和资源供应计划繁多，在编制主体施工进度计划时用甘特图表示进度计划，由于专业性强、可视化程度低，无法清晰描述施工进度以及各种复杂关系，难以准确表达工程施工的动态变化过程。因此，运用BIM技术建立4D模型，与施工进度甘特图建立关系，将空间数据、时间数据与物料数据整合在一个可视化的5D(三维+时间+成本)模型中，精确直观地反映整个主体施工过程，实时追踪当前的进度及物料情况，分析影响施工进度的因素，协调各专业，制定应对措施，缩短工期，合理安排物料进场及加工，降低成本和提高施工质量。

　　十三污水处理厂施工进度模拟大致分为以下步骤:(1)将BIM模型赋予材质，建立材料数据库;(2)制定Project计划;(3)把Project文件和BIM模型软件导入Navisworks Manage，将进度计划与BIM模关联;(4)制定构件的运动路径，同时赋予时间和材料;(5)设置动画视点并输出施工模拟;(6)根据动画分析合理、高效的施工进度计划，指导现场施工。

　　2.3.5 BIM模型算量

　　工程量的计算是工程造价、收方、验工计价中最繁琐最复杂的部分。利用BIM技术辅助工程计算，加快了工程量计算的速度，同时BIM模型为“参数化”模型，包含精确的几何数据和非几何数据，计算精度远远高于广联达等算量软件。

　　十三污水处理厂运用BIM技术算量内容包括土石方工程、桩基、基础混凝土构件、墙体、门窗工程、装饰工程、工艺管道、电缆桥架等。

　

　　图1 污水处理厂负二层BIM模型  

　　3 应用价值分析

　　基于十三污水处理厂施工的复杂性，项目部运用BIM技术指导施工管理，取得了很大的经济效益及应用研究价值。根据施工组织和临建方案规划，塔吊布置共10台塔吊，进行施工平面布置规划三维可视化及相关数据分析得出塔吊布置6台满足保证施工要求。在建模和模型审核过程中发现图纸本身存在的设计笔误和缺陷问题共25处。通过Navisworks软件进行碰撞检查，然后一一审查检查出的碰撞，过滤非碰撞地方(由软件自身原因导致错误碰撞)，最终形成一份完整的碰撞报告单。将污水处理厂复杂部位进行三维可视化交底，将工期由540 d优化为245 d，在此工期施工中通过进度模拟合理安排材料进场和人员配备，最后主体结构顺利封顶，满足了业主的工期要求。通过BIM模型数据进行工程量提取，精准高效，不需要进行二次核算。

　　4 结束语

　　目前，各大施工单位在积极推广和研究BIM技术指导施工。而作为昆明市第十三污水处理厂施工方，其采用BIM技术指导施工过程安全、质量、进度、成本管理的探索，取得了良好的应用效果。应继续探索BIM技术在施工管理中更深层次应用点，积极推广BIM技术在建筑全生命周期中的应用，推进建筑业的转型升级，提高社会经济效益。

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　　参考文献

　　[1]孙永超，姜月菊，白宇，等．BIM技术在综合管廊设计施工全过程中的应用[J]．施工技术，2018,48(19):61-65.

　　[2]肖启艳．BIM在建筑工程项目全过程管理中的应用[J]．四川建材，2018,44(10):197-198,200.