BIM技術在桃源水廠工程中的應用

楊天煜， 劉東霖

（寧波供排水集團有限公司）

1 引言

當前，BIM 技術已經成為建設行業應用和研究的熱點。國際標準對BIM 的定義為：能夠為決策方提供依據的，以建筑為對象的物理和功能特性的數字化共享模型[1]。住房和城鄉建設部在建筑業發展綱要中指出：“要加快BIM 技術、基于互聯網的協調工作等在建筑業的應用；要重點加強BIM技術、物聯網、大數據等信息技術在建筑業的綜合集成和BIM技術綜合應用能力，對于建筑業數字化、信息化、工業化要取得跨越式地進展?！蹦壳癇IM技術在義烏雙江湖凈水廠、合肥市第六水廠[2-6]等工程中的應用，提高了設計質量和施工效率，使建筑運維管理工作從復雜變簡單。

桃源水廠工程依托Revit 和Navisworks 兩款BIM軟件，在桃源水廠建設項目應用了BIM技術，提高了工程管理水平。

2 項目概況與特點

2.1 項目簡介

桃源水廠工程新建一座50 萬m3/d 的凈水廠一座，建設地點位于寧波市海曙區橫街鎮溪下水庫，占地面積216000㎡，構筑物面積26643㎡。水廠采用“混凝—沉淀—膜濾”的凈水工藝，被列為寧波市重點工程。

工程主要包括原水提升泵房、澄清疊合池、綜合加藥間、超濾膜車間、污泥處理組合池、自用水泵房等11個單項工程，是全國最大的浸沒式超濾膜系統水廠。

2.2 項目技術難點

2.2.1 工藝設備多，設備與管道排布困難

桃源水廠工程包含了大量工藝設備和管線，工藝設備上千種，設備供貨單位幾百家，每個設備的規格型號、技術參數、生產廠家、設備品牌、操作說明等信息都不相同。另外，根據該工程施工圖預算報告，工藝安裝部分所占的比例約達80%，主要包括五大加藥系統以及生產用水、工藝用水、消防用水等，這些管線錯綜復雜，在管道敷設過程中，易發生管線碰撞，給水廠工程建設帶來不利影響。管線排布應按照管綜排布規則，不同管線之間要保證水平和垂直距離要求，這進一步增加了管線排布的難度；另外本工程的機械設備數量多，機械設備與管線的連接復雜多變。

2.2.2 工藝圖紙不滿足施工

該工程的工藝施工圖紙不滿足施工要求，比如加藥管線圖紙，包括粉碳、石灰、高錳酸鉀、聚合氧化鋁和次氯酸鈉五個藥劑投加系統的設計圖紙，每個加藥系統的設計圖紙分別只有一張系統流程圖和平面圖來指導施工，并且設備安裝圖紙需廠家提供并確認。工藝施工圖紙不符合實際施工要求，需要進行二次深化設計。該工程的施工圖僅體現出了工藝流程和平面位置，沒有反映工藝設備和管線的空間位置信息，無法準確地指導施工。

2.2.3 綜合加藥間場地狹小，管線復雜

綜合加藥間工程包廠區自用水泵房、加藥間、原水配水池以及消防泵房等構筑物，其中加藥間有五大加藥系統，這五個加藥系統集中布置在加藥間內。由于加藥間內部空間狹小，需要反復調整相關設備和管件，管道及設備施工難度大，根據該工程其他構筑物施工情況來看，施工時會因為管線排布困難以及管線碰撞等問題造成工程成本增加和時間拖延。

3 BIM技術應用成果

3.1 多專業BIM模型創建與整合

BIM模型的建立是最關鍵的工作。桃源水廠設計圖紙包含建筑、結構、工藝、電氣等很多專業，各BIM模型的建立是第一步。本工程主要依據桃源水廠設計圖來搭建BIM 模型，利用Autodesk 公司的Revit 軟件進行BIM 建模。通過Revit 軟件，分別創建各設計專業的BIM 模型，然后導出至Navisworks軟件，利用Navisworks 軟件做最終模型的可視化展示，如圖1所示。

圖1 BIM模型創建與整合

3.2 三維可視化指導施工

水廠工程施工圖復雜，單個構件要聯系多張施工圖去理解設計意圖，因為設計意圖理解不到位而產生的返工時有發生。通過BIM 軟件，可以實現工程三維漫游展示，可以在任意的視點查看構件，這給各參建方都帶來便利。BIM模型能夠幫助施工方更好地理解設計圖紙，提高各參建方溝通效率。

在本工程案例中，通過三維漫游，可以讓技術人員直觀地看到建筑的結構、設備、管道等構件的三維布置情況，便于施工人員檢查施工，或者進行技術交底，如圖2所示。

圖2 三維可視化指導施工

3.3 管理設計變更

在工程設計階段，通過各設計專業人員協調建模，提前發現施工圖紙不同專業之間的不協調和錯誤，在設計階段就進行調整和解決，依據BIM模型進行圖紙會審與設計交底，幫助施工方更加直觀地了解設計意圖，減少了進度拖延和成本增加。

在BIM 模型建立過程中，會發現施工圖紙不同專業之間的不協調和錯誤，在建模階段就進行調整和解決，在從而減少進度的拖延和成本的增加。各專業BIM模型完成后出具問題報告，統一整理，形成建模報告，可以給圖紙會審提供參考。

在工程實施階段，業主方、工藝安裝總承包方、土建承包方因為各自的需求或是實際情況與設計的不同，提出了很多需要設計院變更的內容。這些設計變更可以在BIM 模型上直接修改，可視化地顯示變更前后的變化，然后可以用Revit軟件可以快速輸出變更后圖紙，不需再單獨繪制變更圖紙；另外利用BIM 模型發生變更時，可以對變更區域其他專業的構件進行快速篩選和定位。

3.4 碰撞檢測

通過Revit軟件的鏈接模型和項目工作集功能，可以將綜合加藥間的土建模型、建筑模型和工藝模型整合到一起，之后就可以導入Naviswork軟件進行碰撞檢查，檢測出發生碰撞的構件，如圖3所示。

圖3 發生碰撞的計量泵位置

通過對建筑、結構及各專業管線的協同建模，在施工前檢測出各構件碰撞的位置，生成碰撞檢查報告，對應修改相應設計圖紙，減少因圖紙問題造成的返工。

3.5 工藝管線深化設計

運用BIM 技術完成工藝管線二次深化設計，主要的步驟是：先根據施工圖紙完成各專業模型的創建，形成管道初步排布方案，然后將各專業BIM模型導入至Naviswork軟件進行碰撞檢測，根據檢測后的碰撞報告，對照管線排布原則，在BIM模型中調整管線和設備的空間位置，形成管線二次排布方案，再次導入Naviswork 軟件檢測碰撞。如此反復調檢測管線碰撞并反復調整管線位置，最終完成管線排布方案。最終的方案經設計單位確認后，可直接輸出管線排布施工圖，從而達到減少變更、節約管材的效果。工藝管線深化設計工程如圖4所示。

圖4 工藝專業BIM二次深化設計過程示意圖

3.6 生成管道套筒和預留孔洞圖紙

對于水廠建設項目，大部分構筑物都是池體結構，池體的防滲防漏要求高，嚴禁在池體上鑿洞，故預留洞口應準確到位。通過引用BIM 技術，根據已調整好的BIM模型，利用Revit軟件自帶的管道套管和預留洞口分析檢測功能，可以根據最終的管線排布方案，來輸出土建施工圖紙中的預留孔洞大樣圖，這樣就避免了土建和工藝專業圖紙不協調，造成的主體結構二次鑿洞等現象的發生，節省管道預埋套筒等材料，如圖5所示。

圖5 自動生成管道套筒和結構預留洞口

依據最終的管線排布方案，生成預留洞口的施工圖，這樣大幅提高了預留洞口的準確性，減少了后期鑿洞的現象，降低了返工發生的概率。

3.7 凈高查詢控制

綜合加藥間工程泵房內部管線復雜，大部分管線要在泵房內架空敷設。BIM 模型完成后，須檢查泵房的凈高，確保有一定的維修高度。但由于泵房施工圖紙只有底板的結構標高和管道的中心標高，其他的標高信息比如底板裝修后的標高，管道外徑尺寸等信息沒有，按照施工圖很難獲取泵房內部凈高最小值的關鍵信息。但通過BIM 模型，可以快速查找泵房內部最不利位置的凈高，發現凈高不足，可以快速高效地進行凈高調整。如圖6所示。

圖6 自用水泵房凈高查詢

3.8 設備信息管理

該工程設備設計圖紙、設備安裝等信息分散，無法進行高效的聯系，不僅查找困難，而且可能會發生信息記錄不完整及信息丟失。在水廠運維階段，運維方需要查找工藝設備相關的生產、安裝、驗收等信息時，機械設備的使用說明、出廠報告、分部分項工程的驗收報告、設計圖紙等等都要翻上一遍，難以高效地獲取到該設備完整的生產、安裝信息。

通過借助BIM共享平臺實現設備信息的共享和無損傳遞，根據桃源水廠工程項目管理和運維方管理的需要，可以為水廠的工藝設備和管線添加相關的數據信息。通過Revit的共享參數功能，按照設備和管線類別的不同分別創建共享參數，為水廠每個設備添加安裝信息、出廠信息、生產廠家、合同文件等數據，可以降低設備管理難度、提高設備管理效率，如圖7所示。

圖7 在BIM模型中添加設備信息

3.9 施工資料管理

利用BIM 軟件，將工程施工資料，如工程聯系單、鋼筋檢驗報告、分部分項驗收報告等與BIM模型中相應的構件相鏈接，通過在BIM 模型中查看相關構件，即可看到與該構件相關的施工資料，方便施工資料的查詢與調取，便于施工資料的管理。

3.10 水廠三維可視化運維

通過BIM 提供的可視化操作及展示平臺，用三維模型展示出水廠構筑物細部構造、設備模型及工藝設備的空間關系，讓水廠運維方能及時快速掌握水廠設備管理情況，并對出現故障需要維修的設備進行及時處理，直觀明確地了解設備生產廠家、安裝單位、操作說明等信息，以便及時應對處理。通過應用BIM 可視化技術進行水廠的運維管理，提高了桃源水廠運維方的管理水平以及水廠信息化程度。

4 結語

通過桃源水廠工程實際案例，針對大型現代化水廠建設項目的工程特點，總結了BIM 技術在水廠BIM 模型創建方法，提出了BIM 技術在三維可視化指導施工、碰撞檢測工藝管線深化設計、自動生成預留孔洞圖紙等方面的實際應用。通過使用BIM 技術，將設計圖紙中的錯漏碰缺問題進行可視化表達，優化了工藝管線排布，減少了現場簽證和返工，起到了節約投資、優化設計圖紙的作用，為同類水廠建設項目BIM技術應用提供了參考。