BIM技术在桃源水厂工程中的应用

杨天煜， 刘东霖

（宁波供排水集团有限公司）

1 引言

当前，BIM 技术已经成为建设行业应用和研究的热点。国际标准对BIM 的定义为：能够为决策方提供依据的，以建筑为对象的物理和功能特性的数字化共享模型[1]。住房和城乡建设部在建筑业发展纲要中指出：“要加快BIM 技术、基于互联网的协调工作等在建筑业的应用；要重点加强BIM技术、物联网、大数据等信息技术在建筑业的综合集成和BIM技术综合应用能力，对于建筑业数字化、信息化、工业化要取得跨越式地进展。”目前BIM技术在义乌双江湖净水厂、合肥市第六水厂[2-6]等工程中的应用，提高了设计质量和施工效率，使建筑运维管理工作从复杂变简单。

桃源水厂工程依托Revit 和Navisworks 两款BIM软件，在桃源水厂建设项目应用了BIM技术，提高了工程管理水平。

2 项目概况与特点

2.1 项目简介

桃源水厂工程新建一座50 万m³/d 的净水厂一座，建设地点位于宁波市海曙区横街镇溪下水库，占地面积216000㎡，构筑物面积26643㎡。水厂采用“混凝—沉淀—膜滤”的净水工艺，被列为宁波市重点工程。

工程主要包括原水提升泵房、澄清叠合池、综合加药间、超滤膜车间、污泥处理组合池、自用水泵房等11个单项工程，是全国最大的浸没式超滤膜系统水厂。

2.2 项目技术难点

2.2.1 工艺设备多，设备与管道排布困难

桃源水厂工程包含了大量工艺设备和管线，工艺设备上千种，设备供货单位几百家，每个设备的规格型号、技术参数、生产厂家、设备品牌、操作说明等信息都不相同。另外，根据该工程施工图预算报告，工艺安装部分所占的比例约达80%，主要包括五大加药系统以及生产用水、工艺用水、消防用水等，这些管线错综复杂，在管道敷设过程中，易发生管线碰撞，给水厂工程建设带来不利影响。管线排布应按照管综排布规则，不同管线之间要保证水平和垂直距离要求，这进一步增加了管线排布的难度；另外本工程的机械设备数量多，机械设备与管线的连接复杂多变。

2.2.2 工艺图纸不满足施工

该工程的工艺施工图纸不满足施工要求，比如加药管线图纸，包括粉碳、石灰、高锰酸钾、聚合氧化铝和次氯酸钠五个药剂投加系统的设计图纸，每个加药系统的设计图纸分别只有一张系统流程图和平面图来指导施工，并且设备安装图纸需厂家提供并确认。工艺施工图纸不符合实际施工要求，需要进行二次深化设计。该工程的施工图仅体现出了工艺流程和平面位置，没有反映工艺设备和管线的空间位置信息，无法准确地指导施工。

2.2.3 综合加药间场地狭小，管线复杂

综合加药间工程包厂区自用水泵房、加药间、原水配水池以及消防泵房等构筑物，其中加药间有五大加药系统，这五个加药系统集中布置在加药间内。由于加药间内部空间狭小，需要反复调整相关设备和管件，管道及设备施工难度大，根据该工程其他构筑物施工情况来看，施工时会因为管线排布困难以及管线碰撞等问题造成工程成本增加和时间拖延。

3 BIM技术应用成果

3.1 多专业BIM模型创建与整合

BIM模型的建立是最关键的工作。桃源水厂设计图纸包含建筑、结构、工艺、电气等很多专业，各BIM模型的建立是第一步。本工程主要依据桃源水厂设计图来搭建BIM 模型，利用Autodesk 公司的Revit 软件进行BIM 建模。通过Revit 软件，分别创建各设计专业的BIM 模型，然后导出至Navisworks软件，利用Navisworks 软件做最终模型的可视化展示，如图1所示。

图1 BIM模型创建与整合

3.2 三维可视化指导施工

水厂工程施工图复杂，单个构件要联系多张施工图去理解设计意图，因为设计意图理解不到位而产生的返工时有发生。通过BIM 软件，可以实现工程三维漫游展示，可以在任意的视点查看构件，这给各参建方都带来便利。BIM模型能够帮助施工方更好地理解设计图纸，提高各参建方沟通效率。

在本工程案例中，通过三维漫游，可以让技术人员直观地看到建筑的结构、设备、管道等构件的三维布置情况，便于施工人员检查施工，或者进行技术交底，如图2所示。

图2 三维可视化指导施工

3.3 管理设计变更

在工程设计阶段，通过各设计专业人员协调建模，提前发现施工图纸不同专业之间的不协调和错误，在设计阶段就进行调整和解决，依据BIM模型进行图纸会审与设计交底，帮助施工方更加直观地了解设计意图，减少了进度拖延和成本增加。

在BIM 模型建立过程中，会发现施工图纸不同专业之间的不协调和错误，在建模阶段就进行调整和解决，在从而减少进度的拖延和成本的增加。各专业BIM模型完成后出具问题报告，统一整理，形成建模报告，可以给图纸会审提供参考。

在工程实施阶段，业主方、工艺安装总承包方、土建承包方因为各自的需求或是实际情况与设计的不同，提出了很多需要设计院变更的内容。这些设计变更可以在BIM 模型上直接修改，可视化地显示变更前后的变化，然后可以用Revit软件可以快速输出变更后图纸，不需再单独绘制变更图纸；另外利用BIM 模型发生变更时，可以对变更区域其他专业的构件进行快速筛选和定位。

3.4 碰撞检测

通过Revit软件的链接模型和项目工作集功能，可以将综合加药间的土建模型、建筑模型和工艺模型整合到一起，之后就可以导入Naviswork软件进行碰撞检查，检测出发生碰撞的构件，如图3所示。

图3 发生碰撞的计量泵位置

通过对建筑、结构及各专业管线的协同建模，在施工前检测出各构件碰撞的位置，生成碰撞检查报告，对应修改相应设计图纸，减少因图纸问题造成的返工。

3.5 工艺管线深化设计

运用BIM 技术完成工艺管线二次深化设计，主要的步骤是：先根据施工图纸完成各专业模型的创建，形成管道初步排布方案，然后将各专业BIM模型导入至Naviswork软件进行碰撞检测，根据检测后的碰撞报告，对照管线排布原则，在BIM模型中调整管线和设备的空间位置，形成管线二次排布方案，再次导入Naviswork 软件检测碰撞。如此反复调检测管线碰撞并反复调整管线位置，最终完成管线排布方案。最终的方案经设计单位确认后，可直接输出管线排布施工图，从而达到减少变更、节约管材的效果。工艺管线深化设计工程如图4所示。

图4 工艺专业BIM二次深化设计过程示意图

3.6 生成管道套筒和预留孔洞图纸

对于水厂建设项目，大部分构筑物都是池体结构，池体的防渗防漏要求高，严禁在池体上凿洞，故预留洞口应准确到位。通过引用BIM 技术，根据已调整好的BIM模型，利用Revit软件自带的管道套管和预留洞口分析检测功能，可以根据最终的管线排布方案，来输出土建施工图纸中的预留孔洞大样图，这样就避免了土建和工艺专业图纸不协调，造成的主体结构二次凿洞等现象的发生，节省管道预埋套筒等材料，如图5所示。

图5 自动生成管道套筒和结构预留洞口

依据最终的管线排布方案，生成预留洞口的施工图，这样大幅提高了预留洞口的准确性，减少了后期凿洞的现象，降低了返工发生的概率。

3.7 净高查询控制

综合加药间工程泵房内部管线复杂，大部分管线要在泵房内架空敷设。BIM 模型完成后，须检查泵房的净高，确保有一定的维修高度。但由于泵房施工图纸只有底板的结构标高和管道的中心标高，其他的标高信息比如底板装修后的标高，管道外径尺寸等信息没有，按照施工图很难获取泵房内部净高最小值的关键信息。但通过BIM 模型，可以快速查找泵房内部最不利位置的净高，发现净高不足，可以快速高效地进行净高调整。如图6所示。

图6 自用水泵房净高查询

3.8 设备信息管理

该工程设备设计图纸、设备安装等信息分散，无法进行高效的联系，不仅查找困难，而且可能会发生信息记录不完整及信息丢失。在水厂运维阶段，运维方需要查找工艺设备相关的生产、安装、验收等信息时，机械设备的使用说明、出厂报告、分部分项工程的验收报告、设计图纸等等都要翻上一遍，难以高效地获取到该设备完整的生产、安装信息。

通过借助BIM共享平台实现设备信息的共享和无损传递，根据桃源水厂工程项目管理和运维方管理的需要，可以为水厂的工艺设备和管线添加相关的数据信息。通过Revit的共享参数功能，按照设备和管线类别的不同分别创建共享参数，为水厂每个设备添加安装信息、出厂信息、生产厂家、合同文件等数据，可以降低设备管理难度、提高设备管理效率，如图7所示。

图7 在BIM模型中添加设备信息

3.9 施工资料管理

利用BIM 软件，将工程施工资料，如工程联系单、钢筋检验报告、分部分项验收报告等与BIM模型中相应的构件相链接，通过在BIM 模型中查看相关构件，即可看到与该构件相关的施工资料，方便施工资料的查询与调取，便于施工资料的管理。

3.10 水厂三维可视化运维

通过BIM 提供的可视化操作及展示平台，用三维模型展示出水厂构筑物细部构造、设备模型及工艺设备的空间关系，让水厂运维方能及时快速掌握水厂设备管理情况，并对出现故障需要维修的设备进行及时处理，直观明确地了解设备生产厂家、安装单位、操作说明等信息，以便及时应对处理。通过应用BIM 可视化技术进行水厂的运维管理，提高了桃源水厂运维方的管理水平以及水厂信息化程度。

4 结语

通过桃源水厂工程实际案例，针对大型现代化水厂建设项目的工程特点，总结了BIM 技术在水厂BIM 模型创建方法，提出了BIM 技术在三维可视化指导施工、碰撞检测工艺管线深化设计、自动生成预留孔洞图纸等方面的实际应用。通过使用BIM 技术，将设计图纸中的错漏碰缺问题进行可视化表达，优化了工艺管线排布，减少了现场签证和返工，起到了节约投资、优化设计图纸的作用，为同类水厂建设项目BIM技术应用提供了参考。