基于三維模型的BIM技術在建筑、路橋工程建設項目中的應用已較為普遍。相對而言，市政供排水行業(yè)對于BIM技術的認識和應用還處在起步階段。BIM技術有助于優(yōu)化設計方案，有助于提升設計和施工階段的標準化和集成化，有助于實現水廠的智慧化運行和管理。

1. 項目情況

案例水廠位于深圳市區(qū)，現狀設計規(guī)模為16萬m3/d，占地4.96×104 m2，本次擴建后供水總規(guī)模增加至30萬m3/d，增加設計規(guī)模30萬m3/d的深度處理及排泥水處理系統，工程總占地增加至9.85×104m2。工藝流程為“格柵→預臭氧接觸池→混合井→折板反應斜板沉淀池→氣水反沖洗濾池→提升泵房→后臭氧接觸池→活性炭濾池→紫外線消毒池→清水池→送水泵房”。本次改擴建中，現狀常規(guī)處理構筑物基本保留，僅對加藥間、泵房和回收水池進行工藝改造。

項目涉及現狀單體與新建單體的銜接工程多，需重點協調廠區(qū)現狀建(構)筑物與新建單體的空間布局關系。

2. 項目全過程BIM技術應用

本項目以BIM模型作為智能化設計成果，從方案設計階段開始應用BIM技術，通過創(chuàng)建三維模型為廠區(qū)整體布局、工藝流程分析、新舊單體銜接提供可視化環(huán)境、輔助方案的展示和比選；在初步設計、施工圖設計階段逐步深化模型，校核、優(yōu)化設計方案。施工階段以BIM智能化設計成果為基礎，結合信息化管理平臺完成質量安全、工程進度、工程量的上報及管控，實現建造信息的智能化監(jiān)控與精細化管理。設計、施工階段的所有信息均集成于模型之上，并伴隨建造過程不斷更新和完善，平臺上最終存儲的竣工模型也可為后期智慧水廠運維提供數據基礎。

2.1 智能化設計產品——BIM模型創(chuàng)建

水廠類項目BIM技術應用重視廠區(qū)的整體布局和工藝流程分析，關注建(構)筑物單體的功能和工藝參數，對后期的運維管理有較高的信息要求。針對以上特征，本項目創(chuàng)建包含全專業(yè)設計信息的精細化BIM模型，主要包括廠區(qū)現狀實景、建(構)筑物單體(含現狀及新建單體)、廠區(qū)地質及基坑支護、總圖管線模型等，并將以上模型進行局部或整體拼裝。

(1)現狀實景模型提供三維數字底圖

項目前期，通過無人機傾斜攝影技術采集現狀廠區(qū)道路、綜合樓、加藥間、泵房以及常規(guī)處理工藝構筑物的原始外表面照片，使用專業(yè)軟件創(chuàng)建整體實景模型(圖1)。實景數據可作為廠區(qū)整體布局分析和工藝流程展示的三維底圖，展示廠區(qū)新舊融合及建成效果，輔助設計方案的展示、分析和比選。

(2)新建單體模型展現工藝設計細節(jié)

擴建區(qū)域用地較為緊張，部分新建單體采用了疊合(組合)結構形式，如反沖洗泵房及風機房、臭氧發(fā)生間、提升泵房及后臭氧接觸池進行了橫向疊合(圖2)，導致池墻共壁較多、樓板標高關系和預留預埋較為復雜。全專業(yè)BIM模型有利于實現多專業(yè)設計圖紙的協同校核，通過三維剖切也可分層或分功能區(qū)域展示工藝流程和設計細節(jié)(圖3)。

(3)改建單體模型展示改造過程及前后對比

泵房和加藥間等改造單體內部，需重點校核現有空間是否滿足改造后的設備安裝和檢修空間要求。通過創(chuàng)建改造前、后的全專業(yè)BIM模型并進行對比分析，直觀展示改造過程和校核室內空間布局。例如，通過BIM模型，校核送水泵房臥式泵替換為立式泵的改造方案(圖4)。

(4)地質及基坑支護模型校驗實施方案

本項目擴建區(qū)域需進行大面積的深基坑開挖和支護，常規(guī)地勘數據表達形式為二維平面圖紙或表格，難以展示土層分布情況，也無法結合支護圖紙進行綜合分析。因此，為準確校核基坑設計和實施方案，應用二次開發(fā)編程技術根據鉆孔數據高效創(chuàng)建地質模型，準確描述廠區(qū)開挖土層分布情況。通過創(chuàng)建支護結構模型并與地質模型進行整合，確保支護設計形式同時滿足基坑開挖高度及阻止地下水進入基坑的要求(圖5)。

(5)總圖模型創(chuàng)建和拼裝展示工藝流程及整體布局

創(chuàng)建包含廠區(qū)現有管線和新建管線的總圖BIM模型(圖6)。基于廠區(qū)管道配色方案，直觀展示現狀與新建管道連接關鍵節(jié)點，如現狀原水管道與新建管道連接點、新建預處理出水與現狀進水管道連接點、現狀常規(guī)處理出水與新建深度處理連接點、新建清水池與現狀清水池出水管道連接點等，基于三維場景準確表達管井、閥門、流量計空間定位，直觀展示總圖管線布置。

將所有單體模型(含現狀、改造、新建)與總圖模型(圖7)集成后，重點校核總圖與單體間、單體相互間的銜接關系，如總圖與單體間的生產管道、反沖洗管道、超越管道、臭氧管道、排泥水管道、回用水管道等各類系統的接駁情況；新建沉淀池與氣水反沖洗濾池之間的渠道連接、預臭氧接觸池和現狀混凝池之間的管道連接情況等。以可視化分析作為評估依據，輔助業(yè)主進行方案比選。
 

2.2 設計及施工階段智能化分析——BIM模型應用

完成BIM模型創(chuàng)建形成智能化設計產品的基礎上，通過開展模型應用進一步深挖BIM價值。通過開展圖紙校核和預留預埋定位工作，提前發(fā)現設計問題，減少后期設計變更；基于BIM模型結合造價軟件進行工程量統計，加強業(yè)主對工程量的把控；應用輕量化模型進行沉浸式漫游查看，實現對設計成果的三維審查。(1)碰撞檢查及校核提前發(fā)現空間沖突利用BIM技術的多專業(yè)協同優(yōu)勢最大程度發(fā)現圖紙的“錯、漏、碰、缺”問題。如通過使用Navisworks軟件設置構件類別和校核規(guī)則，自動檢查結構框架與電纜橋架間、不同系統生產管線間是否存在幾何形體上的空間沖突等，繼而進行單體和總圖管線綜合，形成書面分析報告和圖紙問題臺賬(圖8)。

(2)精準化預留預埋定位減少后期返工

在污泥池頂部等預留預埋較復雜的區(qū)域，基于全專業(yè)BIM模型布置防水套管、管道支架埋鐵，預留穿墻洞口、蓋板洞口及電纜通道，并出具相關部位三維剖切圖紙和預埋件工程量，有效提高預留預埋的準確程度，并在建造階段進行現場作業(yè)指導，減少后開鑿及其他返工問題(圖9)。

(3)工程量與模型聯動增強項目成本管控

基于標準化、精細化的BIM模型，通過明細表功能準確快速進行工藝設備和管線的工程量統計，當模型發(fā)生修改時工程量可實現關聯更新。土建及安裝工程也可分別對接專業(yè)BIM造價軟件，通過模型映射、套用做法，最終導出符合國家計價規(guī)范格式的工程量清單。本項目以BIM模型導出的工程量清單作為業(yè)主標底編制的參考依據，并將其與造價咨詢單位成果進行對比分析，避免出現嚴重的清單錯項和漏項(圖10)。

(4)沉浸式漫游輔助多專業(yè)設計方案協同審查

應用輕量化軟件將反應沉淀池、活性炭濾池等復雜單體BIM模型進行轉換，可方便項目各參建方以第一人稱視角進行構筑物內部漫游，審核關鍵位置設計細節(jié)及構件參數，復核構筑物及設備管線標高，檢查安裝凈空等(圖11)。依靠BIM技術可視化、虛擬化的特點，業(yè)主能夠更準確地理解設計意圖，提高審查和決策效率。

2.3 信息化管理平臺輔助智慧化建設

為增強業(yè)主對項目的統籌把控、提高各方協作效率，施工階段以智能化的BIM模型設計成果為基礎，結合移動互聯及GIS技術，定制和搭建BIM信息化管理平臺。通過設置各參建方工作權限及工作流程，為業(yè)主、施工、監(jiān)理、BIM咨詢等參建單位提供共享、協同作業(yè)平臺。

(1)三維數字沙盤實現虛實融合與分析

基于GIS圖形引擎融合改擴建BIM模型與現狀周邊實景模型，打造三維數字沙盤，直觀展示廠區(qū)建成后的整體效果(圖12)。GIS+BIM的技術組合不僅可以實現在三維空間對實景模型進行剖切、測量等基本操作，還能通過改變顯隱設置展示特定工藝路線的管道與設備，通過開挖真實地面展示地下隱蔽工程。

(2)圖模中心實現數字化設計成果管理

信息管理平臺的圖模中心模塊，支持項目各方在網頁端和移動端在線分階段、分專業(yè)瀏覽圖紙和模型，進行尺寸測量、截面剖切、旋轉縮放、三維漫游等多種操作，并可查看構件掛接的屬性信息。平臺將圖紙與模型關聯后可實現二、三維成果同屏查看和協同審閱，支持將模型、圖紙的審查記錄一鍵生成匯總表單并提交處理(圖13)。

(3)精細化BIM模型助力工程量管理

經造價軟件計算后，BIM模型構件與其工程量通過ID編號一一對應，可在平臺中實現關聯查看。以配水井單體為例，在平臺中可單獨提取樓板構件的工程量，也可將整個單體的BIM工程量與造價咨詢的工程量清單對比分析(圖14)。基于平臺的精細化BIM模型，業(yè)主能夠自定義統計特定階段產生的工程凈量，作為審核施工單位工程量申報的參考依據，輔助費控部門快速決策。

(4)模型構件與進度計劃關聯實現智能化進度監(jiān)控

平臺支持上傳進度計劃文件和查看橫道圖，將進度計劃中的分部分項工程分別與模型構件關聯后，可進行施工進度模擬演示。在水廠建造過程中，現場施工人員將實際進度填報至平臺后，實現模型構件實際進度與計劃進度的自動對比，以不同顏色顯示其所處進度狀態(tài)，最終確定延期部位，輔助業(yè)主進度監(jiān)控(圖15)。
 

(5)工作流引擎實現項目質量及安全線上管理

水廠施工過程中，現場巡檢人員發(fā)現問題時可按照規(guī)定流程使用手機APP拍照上傳，發(fā)起整改任務并發(fā)送給相關責任人，監(jiān)理方對整改結果在線驗收，業(yè)主可隨時監(jiān)督、檢查整改過程及結果(圖16)。管理平臺便于業(yè)主、施工、監(jiān)理、咨詢各方線上協同作業(yè)，確保質量和安全問題處理及時、過程資料保存完整。

3 結語

智慧水廠改擴建項目設計、施工協調管理難度大，對于工程數字化、信息化程度要求高。本研究將BIM技術和信息化管理平臺應用于項目建設全過程，在設計階段以BIM模型作為智能化設計產品并開展數據應用，優(yōu)化設計方案；施工階段基于智能化設計成果，結合信息化管理平臺實現智慧建造和管理。設計、施工階段所有的數據、信息均高度標準化和集成化，為后期的智能化運行、智慧化管理打下了堅實基礎。BIM技術的應用，打破了傳統建設行業(yè)各個建設階段相對孤立的固有約束，實現了以智能化的BIM設計產品，推動智慧化的施工建造，并助力于后期的智慧化運維。隨著智慧水廠建設步伐的加快，BIM技術也將會有更廣闊的應用前景。