摘要:長(zhǎng)江大保護(hù)實(shí)施過(guò)程中各類(lèi)水務(wù)市政廠站工程具有建設(shè)范圍廣、建設(shè)內(nèi)容繁雜、參建單位和涉及專(zhuān)業(yè)眾多、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施管理難度大的特點(diǎn)。為了提升設(shè)計(jì)質(zhì)量并在施工階段加強(qiáng)項(xiàng)目過(guò)程管控,需要在工程建設(shè)過(guò)程中推廣應(yīng)用BIM技術(shù)。以湖北省宜昌市主城區(qū)“污水廠網(wǎng)、生態(tài)水網(wǎng)”項(xiàng)目的大公橋調(diào)蓄池項(xiàng)目為例,詳細(xì)闡述了BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)和施工階段的應(yīng)用情況。該項(xiàng)目BIM應(yīng)用的主要特點(diǎn)有:開(kāi)展了Autodesk Revit平臺(tái)和CATIA平臺(tái)的協(xié)同設(shè)計(jì)探索,以及基于CATIA平臺(tái)的排澇泵站設(shè)計(jì)及其配筋出圖應(yīng)用。通過(guò)BIM技術(shù)應(yīng)用,顯著提升了項(xiàng)目的智慧管控水平,成為長(zhǎng)江大保護(hù)EPC工程智慧管控的重要技術(shù)手段。相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可為BIM技術(shù)在后續(xù)長(zhǎng)江大保護(hù)廠站建設(shè)中提供重要參考。
關(guān) 鍵 詞:污水處理廠;廠站工程;調(diào)蓄池;BIM技術(shù)
中圖法分類(lèi)號(hào):TP391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:ADOI:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S2.054
0 引言
黨的十八大以來(lái),黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作。習(xí)近平總書(shū)記多次作出重要指示,強(qiáng)調(diào)推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展,堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展,把修復(fù)長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境擺在壓倒性位置,共抓大保護(hù),不搞大開(kāi)發(fā)[1-2]。
為更好服務(wù)于長(zhǎng)江大保護(hù),應(yīng)積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)代水務(wù)”,以信息化帶動(dòng)現(xiàn)代化。推進(jìn)長(zhǎng)江大保護(hù)相關(guān)建設(shè)項(xiàng)目智慧化管控已成為目前長(zhǎng)江大保護(hù)中各類(lèi)工程建設(shè)面臨的工作重點(diǎn)之一,而B(niǎo)IM技術(shù)作為工程智慧化管控的基礎(chǔ),在工程建設(shè)全生命周期過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。
以目前在建的典型長(zhǎng)江大保護(hù)工程——宜昌市主城區(qū)“污水廠網(wǎng)、生態(tài)水網(wǎng)”共建項(xiàng)目為例[3],其建設(shè)任務(wù)主要有廠站工程、管網(wǎng)工程、生態(tài)治理工程及智慧工程等。特別是在廠站工程[4-6]、管網(wǎng)工程建設(shè)過(guò)程中,BIM技術(shù)的普及和應(yīng)用能夠極大提升工程設(shè)計(jì)質(zhì)量與項(xiàng)目智慧管控水平,逐漸成為EPC工程智慧管控的重要技術(shù)手段。
本文以宜昌“污水廠網(wǎng)、生態(tài)水網(wǎng)”項(xiàng)目的大公橋調(diào)蓄池工程作為廠站工程典型案例,詳細(xì)闡述了在設(shè)計(jì)和施工階段的BIM技術(shù)應(yīng)用情況。
1 工程介紹
1.1 大公橋調(diào)蓄池項(xiàng)目概況
作為宜昌“兩網(wǎng)”項(xiàng)目重要廠站工程之一的大公橋調(diào)蓄池將大幅削減雨季溢流污染,全面提升江北主城區(qū)污水應(yīng)急調(diào)配能力,增強(qiáng)部分箱涵排澇能力,為改善城區(qū)環(huán)境衛(wèi)生面貌,提高人民生活及健康水平起到積極作用。
大公橋調(diào)蓄池是宜昌排水管網(wǎng)體系最大的單體建筑土建工程,同時(shí)也是江北沿江溢流污染(combined sewer overflow,CSO)收集調(diào)蓄工程的重要組成部分。目前該工程同步開(kāi)展片區(qū)污水泵站、截污管道、智能截流井的新建和改造工作,將有效控制和處理大公橋片區(qū)的溢流污染。工程建設(shè)內(nèi)容包括:新建CSO調(diào)蓄池一座,調(diào)蓄規(guī)模2.1萬(wàn)m3,配套污水泵站規(guī)模為7.2萬(wàn)m3/d;與CSO調(diào)蓄池合建一座排澇泵站,規(guī)模為11 m3/s;配套新建截污主管道總長(zhǎng)約5.9 km,新建截流井19座,改造現(xiàn)狀截流井8座。
1.2 項(xiàng)目特點(diǎn)與難點(diǎn)
1.2.1 項(xiàng)目周邊環(huán)境復(fù)雜
在地理位置上,該調(diào)蓄池的東北方向鄰近沿江大道,西南方向靠近濱江步道,東南方向靠近勝利四路的現(xiàn)有箱涵,西北方向?yàn)榕R江雪松林,整個(gè)工程建設(shè)用地緊湊狹窄。工程總體布置如圖1所示。
1.2.2 泵站與調(diào)蓄池整體合建
大公橋調(diào)蓄池項(xiàng)目采用排澇泵站、污水泵站、CSO調(diào)蓄池整體合建方式[7](圖1),頂部主要覆土綠化??紤]到排澇泵站的進(jìn)出水方向,將排澇泵站設(shè)于西北側(cè),東南側(cè)依次為污水泵站和CSO調(diào)蓄池。排澇泵站和調(diào)蓄池頂部覆土綠化與濱江公園融合。
1.2.3 地下空間管線系統(tǒng)復(fù)雜
調(diào)蓄池采用地下式方式建設(shè),分為上下兩層,下層為調(diào)蓄池,上層?xùn)|南部分為地下停車(chē)場(chǎng),西北部分為污水泵站進(jìn)出通道、除臭設(shè)備、消防設(shè)施等安裝操作空間。整個(gè)地下空間管線錯(cuò)綜密布,給施工安裝帶來(lái)了難度。
1.3 項(xiàng)目BIM設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)特點(diǎn)
1.3.1 建設(shè)階段全專(zhuān)業(yè)應(yīng)用
作為宜昌“兩網(wǎng)”項(xiàng)目重要的廠站工程之一,大公橋調(diào)蓄池在設(shè)計(jì)和施工階段應(yīng)用了BIM技術(shù)。在設(shè)計(jì)階段,利用BIM三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)、建筑、給排水、電氣、暖通等各專(zhuān)業(yè)模型的建立,并利用三維模型進(jìn)行碰撞檢查與優(yōu)化、工程算量、出圖等應(yīng)用。
1.3.2 雙平臺(tái)模型數(shù)據(jù)融合探索
該項(xiàng)目地下構(gòu)筑物由調(diào)蓄池與泵站組成,其中排澇泵站屬于典型的水工建筑物。為了便利設(shè)計(jì)、分析、配筋和出圖,項(xiàng)目組充分考慮A(Autodesk Revit)、C(CATIA)平臺(tái)各自技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),決定分別采用CATIA與Revit對(duì)項(xiàng)目的泵站和調(diào)蓄池進(jìn)行三維設(shè)計(jì)應(yīng)用。在施工階段,將Revit和CATIA格式BIM模型分別導(dǎo)入智慧EPC管控平臺(tái)中進(jìn)行數(shù)據(jù)整合,為后期施工階段建設(shè)管理提供重要的數(shù)據(jù)支撐。因此該項(xiàng)目三維設(shè)計(jì)是一次A、C平臺(tái)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)融合的探索。
1.3.3 基于CATIA的泵站三維建模與配筋
鑒于筆者所在單位在CATIA平臺(tái)水閘泵站BIM三維設(shè)計(jì)上的技術(shù)積累和優(yōu)勢(shì),針對(duì)該項(xiàng)目中排澇泵站部分利用CATIA軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)建模,導(dǎo)入自主開(kāi)發(fā)的三維配筋軟件完成三維配筋并出配筋圖紙[8]。相對(duì)于二維設(shè)計(jì)配筋,三維配筋直觀形象并能提高配圖1 大公橋調(diào)蓄池總體平面布置
筋效率,減少錯(cuò)誤,同時(shí)便于修改。
2 項(xiàng)目BIM應(yīng)用策劃
在該項(xiàng)目BIM三維設(shè)計(jì)工作初始階段,根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)及技術(shù)需求,項(xiàng)目組開(kāi)展了BIM應(yīng)用策劃,確定了BIM應(yīng)用總體目標(biāo),為后續(xù)BIM設(shè)計(jì)工作開(kāi)展做好準(zhǔn)備。BIM應(yīng)用策劃工作內(nèi)容包括:調(diào)研參建各方收集BIM應(yīng)用需求,制定BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)施策劃方案、工作流程、建模規(guī)則等,并根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)要求,確定BIM技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)、內(nèi)容及各子項(xiàng)計(jì)劃安排。
2.1 長(zhǎng)江大保護(hù)EPC工程BIM應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
為確保項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用順利規(guī)范實(shí)施,項(xiàng)目建設(shè)單位聯(lián)合工程參建單位一起編制了長(zhǎng)江大保護(hù)EPC工程BIM技術(shù)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(圖2),包括:數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、分類(lèi)與編碼標(biāo)準(zhǔn)、交付標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)應(yīng)用導(dǎo)則等企業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。以上各項(xiàng)BIM標(biāo)準(zhǔn)形成了建設(shè)單位BIM技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系,規(guī)范和指導(dǎo)長(zhǎng)江大保護(hù)工程全過(guò)程應(yīng)用,也是該工程建設(shè)全過(guò)程中BIM技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范指導(dǎo)性資料。
2.2 人員組織安排與工作流程
大公橋調(diào)蓄工程設(shè)計(jì)工作的組織實(shí)施采用項(xiàng)目部管理模式。項(xiàng)目部設(shè)有項(xiàng)目經(jīng)理、設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人、BIM技術(shù)負(fù)責(zé)人、設(shè)計(jì)人員與BIM技術(shù)人員組成。具體的BIM應(yīng)用人員組織架構(gòu)如圖3所示。
3 設(shè)計(jì)階段BIM應(yīng)用
3.1 調(diào)蓄池BIM設(shè)計(jì)建模
大公橋調(diào)蓄池的設(shè)計(jì)涵蓋工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、電氣、自控等眾多專(zhuān)業(yè),特別是機(jī)電專(zhuān)業(yè)各類(lèi)設(shè)備和管網(wǎng)在地下有限的箱體空間中緊密排布,協(xié)調(diào)難度高。因此BIM設(shè)計(jì)針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn),選擇了多協(xié)同設(shè)計(jì)模式,通過(guò)廣聯(lián)達(dá)BIM設(shè)計(jì)協(xié)同平臺(tái),對(duì)各專(zhuān)業(yè)模型統(tǒng)一進(jìn)行管理。
該工程中按照設(shè)備實(shí)際尺寸建立了一整套調(diào)蓄池土建、建筑、機(jī)電模型,其中的參數(shù)化構(gòu)件庫(kù)具備拓展功能,能夠在未來(lái)同類(lèi)項(xiàng)目中繼續(xù)復(fù)用,提高使用效率。圖4~5分別為大公橋調(diào)蓄池整體土建和機(jī)電模型,圖6為項(xiàng)目構(gòu)件庫(kù)示例。
3.2 調(diào)蓄池配套排污泵站BIM設(shè)計(jì)
大公橋調(diào)蓄池工程采用排澇泵站、污水泵站與溢流污水調(diào)蓄池合建方案。排澇泵站的構(gòu)造復(fù)雜,建模難度較高,利用Revit軟件較難精確建模表達(dá)。為此,項(xiàng)目組采用CATIA軟件作為設(shè)計(jì)工具,對(duì)配套的排澇泵站進(jìn)行三維建模分析,并導(dǎo)入到自主開(kāi)發(fā)的配筋軟件中完成配筋,生成三維鋼筋圖。這不僅提高了配筋效率和質(zhì)量,而且三維配筋成果直觀清晰,有利于現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)施工。圖7為排澇泵站CATIA設(shè)計(jì)模型,圖8為基于該CATIA模型完成的三維配筋示例。
在CATIA軟件中完成排污泵站三維設(shè)計(jì)主要工作之后,泵站的CATIA模型通過(guò)Inventor軟件轉(zhuǎn)換為.adsk格式,再導(dǎo)入Revit軟件中,并與項(xiàng)目其他建(構(gòu))筑物進(jìn)行整合,進(jìn)行下一階段的應(yīng)用。
3.3 碰撞檢查與優(yōu)化
大公橋調(diào)蓄池主體建筑處于地面以下,是典型的地下建筑。調(diào)蓄池工藝與機(jī)電專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)涉及多個(gè)管道系統(tǒng),存在地下空間有限、管道系統(tǒng)排布復(fù)雜的難題。因此在進(jìn)行工藝與機(jī)電設(shè)計(jì)及出圖時(shí),課題組通過(guò)BIM軟件的碰撞檢查功能,對(duì)各專(zhuān)業(yè)的管道系統(tǒng)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)內(nèi)和專(zhuān)業(yè)間的碰撞檢查。檢查范圍主要針對(duì)各類(lèi)管線、電氣橋架、風(fēng)管之間,以及管線與土建模型的碰撞沖突。檢查完畢后出具碰撞檢查報(bào)告并給出優(yōu)化修改建議,反饋給各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師調(diào)整設(shè)計(jì)圖紙。通過(guò)碰撞檢查與優(yōu)化手段,提升了設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量,減少施工返工、節(jié)省施工成本。圖9為項(xiàng)目模型碰撞檢測(cè)流程與碰撞點(diǎn)管線修改示意。
4 施工階段BIM應(yīng)用
4.1 BIM模型拆分與編碼
在項(xiàng)目施工階段,施工單位采用了EPC智慧管控平臺(tái)進(jìn)行項(xiàng)目的施工管理。為了能使項(xiàng)目BIM模型更好地應(yīng)用在施工階段,并便于通過(guò)EPC智慧管控平臺(tái)進(jìn)行進(jìn)度、質(zhì)量、安全等管理。項(xiàng)目組根據(jù)項(xiàng)目施工方案,對(duì)項(xiàng)目單元工程的BIM設(shè)計(jì)模型分部、分項(xiàng)進(jìn)行拆分,并依據(jù)PBS(project breakdown structure,項(xiàng)目對(duì)象分解結(jié)構(gòu))、WBS(work breakdown structure,工作結(jié)構(gòu)分解)編碼規(guī)則進(jìn)行編碼。
4.1.1 模型拆分
根據(jù)工程施工方案中的施工進(jìn)度與施工工序安排,結(jié)合大公橋調(diào)蓄池主要功能分區(qū),將大公橋調(diào)蓄池主體土建BIM模型按照樓層、后澆帶拆分為5區(qū)9塊,如圖10所示。其中模型拆分邊界的確定一般參考單元工程分部、分項(xiàng),以及建筑變形縫、樓層標(biāo)高、防火分區(qū)、管線系統(tǒng)等劃分。
4.1.2 構(gòu)件編碼
項(xiàng)目BIM模型拆分完成后,依據(jù)施工方案及PBS、WBS編碼規(guī)則,對(duì)拆分后的BIM模型構(gòu)件進(jìn)行分類(lèi)和編碼工作。編碼一般包括項(xiàng)目類(lèi)型碼、分部、分項(xiàng)編碼。后續(xù)根據(jù)施工進(jìn)度要求,還可以擴(kuò)展和補(bǔ)充構(gòu)件編碼、檢驗(yàn)批次編碼。構(gòu)件編碼可通過(guò)設(shè)計(jì)軟件寫(xiě)入模型的屬性或者由智慧EPC管控平臺(tái)填寫(xiě)兩種方式實(shí)現(xiàn),均可在智慧EPC管控平臺(tái)進(jìn)行解析和使用。
在施工階段,將模型進(jìn)行拆分與構(gòu)件編碼,并采用智慧管控平臺(tái)進(jìn)行可視化施工管理。通過(guò)在設(shè)計(jì)和施工階段應(yīng)用BIM技術(shù),顯著提升了設(shè)計(jì)成果質(zhì)量,確保了施工建設(shè)順利推進(jìn)[9-10]。
4.2 智慧EPC管控平臺(tái)應(yīng)用
在大公橋調(diào)蓄池工程施工階段,項(xiàng)目EPC管理單位通過(guò)自主研發(fā)的施工管理平臺(tái)對(duì)工程施工階段進(jìn)行管理。通過(guò)項(xiàng)目BIM模型,實(shí)現(xiàn)了模型審批與發(fā)布、進(jìn)度模擬、可視化展示與虛擬漫游,以及施工進(jìn)度、質(zhì)量和安全的監(jiān)控??赏ㄟ^(guò)施工管理平臺(tái)上傳設(shè)計(jì)模型,并發(fā)起審批流程,審批通過(guò)后向所有實(shí)施單位發(fā)布,平臺(tái)還可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)變更維護(hù)模型。依托施工管理平臺(tái)提高了施工信息的透明度和實(shí)時(shí)性,有助于工程管理人員快速作出決策。
5 結(jié)論與展望
將BIM技術(shù)應(yīng)用于長(zhǎng)江大保護(hù)各項(xiàng)工程建設(shè)過(guò)程中已成為提升工程設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工管理水平的重要技術(shù)手段。本文以宜昌“兩網(wǎng)”項(xiàng)目中的大公橋調(diào)蓄池工程為例,詳細(xì)說(shuō)明了工程建設(shè)階段BIM設(shè)計(jì)與應(yīng)用情況。主要技術(shù)特點(diǎn)包括:
(1)開(kāi)展了A、C雙平臺(tái)BIM協(xié)同設(shè)計(jì)應(yīng)用的探索。模型整合采用Inventor等軟件及中間模型格式,通過(guò)將C平臺(tái)泵站模型與A平臺(tái)調(diào)蓄池模型進(jìn)行整合并應(yīng)用,初步形成雙平臺(tái)協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)路線。
(2)基于CATIA軟件的排澇泵站的設(shè)計(jì)、配筋出圖技術(shù)的應(yīng)用。該應(yīng)用具體是通過(guò)CATIA模型進(jìn)行泵站建模,并導(dǎo)入自主研發(fā)的三維配筋軟件中完成配筋出圖。
(3)模型拆分編碼與平臺(tái)應(yīng)用。依據(jù)建設(shè)單位的長(zhǎng)江大保護(hù)工程分類(lèi)編碼體系及相關(guān)BIM應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),并結(jié)合施工進(jìn)度及施工工序安排,對(duì)模型進(jìn)行拆分與編碼并導(dǎo)入智慧EPC管控平臺(tái),從而實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)的進(jìn)度、質(zhì)量、安全等管理,提升了施工管理效能。
宜昌“兩網(wǎng)”項(xiàng)目的大公橋調(diào)蓄池工程在設(shè)計(jì)過(guò)程中,深入應(yīng)用了BIM技術(shù),實(shí)現(xiàn)了工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、自控、電氣、建筑給排水、暖通專(zhuān)業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì),有效解決了設(shè)計(jì)過(guò)程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)漏、碰撞等問(wèn)題,顯著提升了設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。相應(yīng)的BIM模型成果應(yīng)用到智慧EPC管控平臺(tái)上,在施工階段提升了施工管理智能化水平。BIM技術(shù)廣泛深入的應(yīng)用將為長(zhǎng)江大保護(hù)工程及其他水務(wù)市政設(shè)施的設(shè)計(jì)施工帶來(lái)重大變革。隨著長(zhǎng)江大保護(hù)工程BIM標(biāo)準(zhǔn)體系的建立和逐步完善,BIM技術(shù)將在后續(xù)的工程設(shè)計(jì)和實(shí)施工作中發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用。目前該項(xiàng)目處在施工建設(shè)的尾聲,待項(xiàng)目施工竣工并正式投入運(yùn)行期后,這些施工階段形成的BIM成果將會(huì)繼續(xù)應(yīng)用于運(yùn)維階段的智慧化管理中并發(fā)揮重要作用。
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(編輯:鄭毅)