“數(shù)字設計 智能建造”: 宜興工業(yè)污水廠項目的全過程數(shù)字化應用
BIM技術通過對建筑的數(shù)據(jù)化、信息化模型整合，實現(xiàn)建筑信息的高度集成，從建筑設計、施工、運行直至建筑全壽命周期的終結(jié)，設計團隊、施工單位、設施運營部門和業(yè)主等各方可通過BIM進行協(xié)同工作，具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特點，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。
無錫市政院以“數(shù)字設計 智能建造”理念為指導，在宜興工業(yè)污水廠項目中采用BIM技術輔助工程管理，貫穿設計、施工建設以及后期運維的全過程，并將在投產(chǎn)后實現(xiàn)全廠污水處理系統(tǒng)設備設施的智慧化運維管理。
項目介紹
宜興市工業(yè)污水處理廠EPC工程，位于無錫市宜興市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，工程總投資約3.5億元，占地面積約110畝，污水日處理量：5萬噸/天。涉及雨水、污水、給水、中水、沼氣、蒸汽、除臭、暖通、加藥管、工藝管、曝氣管、污泥管、循環(huán)管等20余種管線；專用設備包括板框機、干化機、脫硫塔、潛水推流器、離心脫水機、加藥裝置等200多個設備。本工程采用多模式A/O+MBR 處理工藝，處理后出水水質(zhì)可達到準3類水標準。
項目全過程BIM工作目標
項目啟動之初，制定了BIM技術在項目中的應用目標：
1.全過程應用：BIM技術運用于設計、施工、運維3個階段，實現(xiàn)了模型信息的全過程流轉(zhuǎn)。
2.全專業(yè)協(xié)同：涉及工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、消防、暖通、熱動、電氣、自控、建排等10多個專業(yè)進行協(xié)同設計，并實現(xiàn)高集成的精細化建造，最終實現(xiàn)智慧化運維。
3.數(shù)字化管控：采用自主研發(fā)的基于BIM的工程設計、施工項目管理（+智慧工地）、智慧運維三大平臺，實現(xiàn)項目的全過程數(shù)字化管控。
項目設計階段BIM應用
1.BIM+GIS+傾斜攝影建模：利用無人機傾斜攝影建模+項目模型+GIS地圖，分析、研究項目和周圍環(huán)境的空間關系，輔助研究天氣條件、城市幾何和個體建筑的特性之間的動態(tài)關系。
2. 方案比選：基于BIM軟件強大的模型即時調(diào)整和即時渲染功能，通過不同建筑方案快速建立不同方案模型，形成多個備選設計方案模型，經(jīng)過多方溝通、討論、調(diào)整，最終形成最佳的設計方案。
3. 巖土地質(zhì)模型創(chuàng)建與應用：為準確描述構(gòu)筑物下方的土層情況分布以及滿足分析需要，創(chuàng)建地質(zhì)模型和支護結(jié)構(gòu)模型，并與地質(zhì)及總圖管線模型進行整合，保證支護形式的可實施性。
自主研發(fā)地質(zhì)建模軟件，根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)自動創(chuàng)建地質(zhì)模型。根據(jù)項目工程條件，實現(xiàn)開挖、地層剖切、地層屬性參數(shù)查看的各類應用，并能計算任意位置剖切、挖（填）方量。
4. 項目構(gòu)件庫建設：針對本項目多專業(yè)、多管線、及處理工藝特點，結(jié)合以往項目經(jīng)驗，開發(fā)了BIM標準構(gòu)件庫，建模效率大幅提高，提升模型創(chuàng)建的標準化水平。
（1）通過對構(gòu)件資源進行整合形成BIM資產(chǎn)，在污水處理廠全生命周期內(nèi)傳遞和共享，提高BIM設計的效率。
（2）為BIM擴展應用系統(tǒng)提供有效數(shù)據(jù)源，例如基于BIM的仿真分析、碰撞檢測、運行維護等。
（3）實現(xiàn)本項目的BIM標準化工作，基于BIM構(gòu)件級要求，成為項目在施工管理、運維中的重要標準之一。
對經(jīng)常用到的構(gòu)件、設備進行了參數(shù)化的創(chuàng)建，通過改變構(gòu)件參數(shù)的方式對構(gòu)件進行編輯，利用參數(shù)化構(gòu)件，能快速創(chuàng)建廠區(qū)的多種設備。
部分專用設備無法獲取圖紙，為了滿足整體BIM應用需求，利用三維激光掃描技術對設備模型進行創(chuàng)建。通過激光掃描、點云拼接、格式轉(zhuǎn)換識別、來實現(xiàn)此類設備族創(chuàng)建。
5. 碰撞檢查：建立基于各專業(yè)施工圖階段的BIM模型，通過多專業(yè)的碰撞檢查出“錯、漏、碰、缺”問題，并優(yōu)化施工圖設計，提高施工圖設計質(zhì)量，避免將設計階段的不合理問題傳遞到施工階段。本項目共發(fā)現(xiàn)了約70處碰撞，有效的減少了后期施工階段因為返工帶來的經(jīng)濟損失。
6.出圖算量：運用基于建模平臺的插件可以直接、快速、精確地計算大多數(shù)工程計量項目的工程量。精確的統(tǒng)計現(xiàn)場施工所要的工程量，為工程造價管理提供參考，大大提高采購部門工作的準確性。
7. 管線綜合：本項目機電管線復雜且專業(yè)承包商較多，機電管線各專業(yè)施工存在時間和空間上雙重穿插，無進行統(tǒng)一管理的機電總包，為機電管線綜合提出了挑戰(zhàn)。
針對污水廠項目特點，提出按單體進行管線綜合的方案，將整體機電管線分為總圖、mbr池、高級氧化池等18個單體，對18個單體的管線分別進行管線綜合。針對于各個單體提出了先主要專業(yè)，后輔助專業(yè)的管線綜合模型流轉(zhuǎn)的思路，即先施工的主要專業(yè)承包商完成自身專業(yè)的管線綜合，并為其他后施工的輔助專業(yè)承包商留出足夠的安裝操作空間。以此類推，流程如下：
當單體的施工模型完成后，組織全體分包商進行合模并進行必要的微調(diào)，確保管線沖突問題全部解決。在管線綜合過程中進行大量的模型審查工作，完成施工模型審查報告50份，問題1100余條。解決極為復雜區(qū)域的管線綜合問題，保證凈高要求；提供二次墻體砌筑留洞依據(jù)；指導機電安裝，降低實施風險。
8. 虛擬仿真漫游展示: 仿真漫游可用于方案設計階段、初步設計階段、施工圖設計階段等，其主要目的是基于各階段BIM模型數(shù)據(jù)，利用軟件平臺提供的漫游、動畫功能，依據(jù)建設單位需求制作建筑物內(nèi)外部虛擬動畫，便于相關人員直觀感受建筑物三維空間，輔助設計評審、優(yōu)化設計方案。清晰表達建筑物的設計效果，并反映主要空間布置。
項目施工管理BIM應用
1. 模型深化設計: 對模型進行深化，在設計階段模型的基礎上將部分設備族更詳細化，進行機電的深化設計，快速布置支、吊架，根據(jù)設計變更同步更新模型，對裝修部分進行深化設計等等。
2. 場地布置方案: 快速精準表達施工空間沖突指標、設置合理的人流動線、物流動線等，進一步完善場地布局方案評估效果。符合相應規(guī)范和現(xiàn)場實際情況的場地布置BIM模型、動態(tài)模擬漫游、場地布置平面圖、材料明細表等。
3. 基于BIM的施工管理: 將BIM技術與設計管理、采購管理、進度管理、文件管理、質(zhì)量管理、安全管理、施工管理等相結(jié)合，實現(xiàn)可視化高效率管理?；?span>BIM的施工管理解決了以下難點：1、提高了項目各參與方的協(xié)同效率。2、施工情況及現(xiàn)場環(huán)境的可視化實時監(jiān)控。3、施工進度管控構(gòu)件化，通過施工模擬預演，便于管理人員發(fā)現(xiàn)問題并及時做出資源調(diào)整，從而優(yōu)化施工方案。
4. 基于BIM的技術交底: 利用深化設計后的模型，在項目管理平臺上直接對現(xiàn)場施工進行技術交底，用模型直觀的展示管道走向，各節(jié)點安裝內(nèi)容等信息。減少了機電管道施工中的返工問題，節(jié)約了人工、材料，同時也保證了進度。
5. 預埋件、套管施工管理: 通過BIM可視化技術，在項目施工方案編制、以及質(zhì)量監(jiān)控中，通過模型隨時查看預埋件、套管的方式，快速統(tǒng)計和查看預埋件位置及信息。避免施工現(xiàn)場預埋件、套管錯裝漏裝的問題。
6. 建造信息集成: 施工管理過程中，形成的大量土建、管道、設備等信息，通過BIM集成在平臺上，使項目相關方管理人員，在管理過程中可隨時查閱各類構(gòu)件及設備參數(shù)、建造信息、維修保養(yǎng)廠家及聯(lián)系方式等信息。
7. 基于BIM的圖紙會審: 不同于傳統(tǒng)的施工階段圖紙會審，將模型和圖紙相互關聯(lián)，在項目管理平臺上分屏查看，更直觀的對模型和圖紙，提高施工中圖紙會審質(zhì)量和效率。
8. 施工模擬: 通過 BIM 技術的施工進度模擬，分析多種施工方案在組織機構(gòu)、資源配置、實施環(huán)境等條件影響下的模擬進度，科學合理的選擇最優(yōu)或適用的施工進度方案。
基于BIM虛擬建造，它將建筑業(yè)從業(yè)人員從復雜抽象的圖形、表格和文字中解放出來，以形象的三維模型、視頻動畫作為項目的信息載體，方便了工程項目建設各階段、各專業(yè)中，相關人員的溝通和交流，減少了建設項目因為信息過載或者信息流失而帶來的損失，提高了從業(yè)者以及行業(yè)的工作效率。
基于BIM施工進度模擬輔助解決現(xiàn)場交通組織、施工安排、復雜工序及工作面穿插等現(xiàn)場核心問題，為安全措施檢查、縮短工期、技術方案的決策帶來幫助。
9. 基于BIM的智慧工地監(jiān)管: 智慧工地平臺包含了勞務管理、視頻監(jiān)控、人員地位、質(zhì)量安全、綠色施工、危大監(jiān)控、BIM項目沙盤、進度管理、工程資料、信息維護等模塊。智慧工地平臺為工程施工項目裝上“智慧大腦”，通過收集人員、環(huán)境、設備等關鍵數(shù)據(jù)，建立對人和物全面感知、施工技術全面智能、工作互通互聯(lián)、信息協(xié)同共享，從而實現(xiàn)對于施工現(xiàn)場的信息化監(jiān)管。
基于BIM的智慧運維平臺
基于BIM污水處理廠智慧運維平臺主要特色：將設計、施工中形成的BIM信息傳承至運維階段，并結(jié)合BIM、GIS（地理信息系統(tǒng)）、IOT（物聯(lián)網(wǎng)）、PLC（工業(yè)控制）等技術，全方位在線監(jiān)控生產(chǎn)運行過程、預警預報、越界超標警報、智能巡檢、工藝仿真與在線培訓、大數(shù)據(jù)比對與分析預測、業(yè)務控制數(shù)學模型等。本項目運維平臺采用了公司自主研制的“BIM+GIS+PLC”專有技術，處于國內(nèi)同行業(yè)領先。
1. 運維綜合監(jiān)控:綜合監(jiān)控集成了水廠業(yè)務工單、安防監(jiān)控、水廠水質(zhì)檢測、數(shù)據(jù)告警及BIM模型相關內(nèi)容。通過單一頁面反應水廠運行的健康狀況。
2. 智慧安保: 智慧安保模塊主要依靠視頻監(jiān)控、電子圍欄等技術，將系統(tǒng)警戒值，并由攝像頭追蹤監(jiān)控，同時反饋報警并由相關人員進行及時處理。
3. 工藝仿真及可視化培訓: 工藝系統(tǒng)通過現(xiàn)場工藝流程、BIM技術、工藝流程回放實時監(jiān)測水廠運行狀況及工藝指標以及水廠的正常運行提供實施報告。通過BIM流程圖及工藝仿真視頻對員工進行可視化培訓。
4. 基于BIM的文件管理: 通過電子化流程將水廠日常運維工作數(shù)據(jù)化，設備數(shù)據(jù)信息與BIM模型關聯(lián)，并與設備電子檔案相結(jié)合完成運維數(shù)據(jù)聯(lián)動為水廠運維工作決策提供數(shù)據(jù)分析支撐。
5. 傳感設備管理: 數(shù)據(jù)中心通過物聯(lián)網(wǎng)技術將水廠傳感設備接入系統(tǒng)中實施展示相關儀器儀表數(shù)據(jù)；通過靈活的數(shù)據(jù)模板報表生成相關的實驗室數(shù)據(jù)報表。
綜上所述，污水廠建設全過程管理的數(shù)字化技術應用，提高了建設項目的質(zhì)量、安全、進度、成本等管理水平，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。市政院將不斷總結(jié)數(shù)字化應用實踐經(jīng)驗，持續(xù)加大研發(fā)投入與應用深度，挖掘數(shù)字化技術在項目建設全過程咨詢管控中的更大價值。
信息化賦能高質(zhì)量發(fā)展
公司為具有三十多年歷史的甲級勘察設計企業(yè)、高新技術企業(yè)，具有規(guī)劃、咨詢、勘察設計、施工、監(jiān)理、造價咨詢、信息系統(tǒng)等全產(chǎn)業(yè)鏈資質(zhì)體系。公司自2014年以來，著力增強BIM、大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術集成應用能力，研究基于BIM的勘察設計項目管理平臺、工程總承包項目管理平臺、市政廠站管網(wǎng)運維平臺，實現(xiàn)優(yōu)化工程總承包項目信息化管理、集成應用水平，推進“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同工作模式，實現(xiàn)全過程信息化。
在公司“十三五”、“十四五”戰(zhàn)略規(guī)劃中，作出了“工程總承包和全過程咨詢”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型要求，并確立了“科技研發(fā)和信息化”為公司高質(zhì)量轉(zhuǎn)型的兩大支撐。由此成立了信息化開發(fā)團隊，專業(yè)人才包括UI設計、前端開發(fā)、后端開發(fā)、DBA開發(fā)、IOT開發(fā)、GIS開發(fā)、PLC開發(fā)、測試運維等近40人，集成BIM、物網(wǎng)聯(lián)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術，現(xiàn)已基本形成了WMD智慧管控平臺四大系列產(chǎn)品：
（1）WMD勘察設計企業(yè)智慧管控系統(tǒng)
（2）WMD勘察設計項目協(xié)同管理系統(tǒng)、勘察外業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)
（3）WMD工程總承包智慧管控系統(tǒng)
（4）WMD市政廠站及區(qū)域管網(wǎng)智慧運營管控系統(tǒng)、智慧工地。
公司“十三五”、“十四五”規(guī)劃中對信息化建設列支專項預算，確保信息化建設的資金保障。公司設有獨立的中心機房，擁有服務器、核心交換機、路由器、防火墻等各種設備，以及單獨安裝的信息系統(tǒng)服務器。公司建立電信400M，移動200M的外網(wǎng)帶寬和由防火墻，核心交換機組成的內(nèi)部局域千兆網(wǎng)絡。
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