张志彪 许亚强 田 鹏 陈思宇
（中信清水入江（武汉）投资建设有限公司，湖北 武汉 430200）
我国社会经济发展迅速，城市化率不断提升，大量基础设施项目的持续投入，在带动区域经济发展的同时，也给区域水环境带来巨大的压力。为实现区域经济社会可持续发展，保护水体水质生态环境尤为重要。增加污水处理厂的处理规模、改善污水处理技术工艺是解决该问题的最佳途径。以AutoCAD为主体、以工程图纸为核心的设计施工管理模式无法满足高度复杂化的污水处理工程的要求，急需寻找新的技术方法，取得新的进展。BIM技术的引入为解决这些问题提供了新的方向[1-3]。
文章以武汉市清水入江污水处理厂项目为例，详细论述了BIM技术污水处理厂工程中的应用。基于BIM软件运用，针对污水处理厂工程项目施工阶段的质量、成本、进度三大管理目标，为项目施工过程中关于管线碰撞、设备安装、洞口预留等复杂施工过程提供便捷的施工参考，为同行业工作者提供思路。
1.1 BIM技术的定义
BIM技术是建筑工程行业的数据化工具，延伸至污水处理厂工程领域，可通过计算机的虚拟仿真环境整合工程项目相关的数据资料，匹配项目管理系统中不同来源的数据，进而为污水处理厂工程搭建全生命期的数据处理平台和信息共享平台，达成智慧建造、运维的目标[4-5]。
1.2 BIM技术的特点
BIM技术相较于CAD而言，最突出的特点是空间维度的增加与信息量的增长，除传统的污水处理厂三维模型外，BIM技术可叠加进度、造价等工程维度[6]，具有可视化、专业协调性、方案优化性、虚拟模拟性、模型参数化、信息完备性等六大特点。
2.1 工程概况
江夏污水处理厂（一期）项目位于武汉市江夏区大桥新区，项目一期建设规模15万t/d。污水处理采用A2/O污水处理工艺，按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准处理达标后，通过尾水管道排入长江。
2.2 施工深化模型
BIM技术在该项目的施工深化模型领域的运用成果主要包括机电管综深化、洞口预留和模型轻量化。
（1）机电管综深化。
清水入江污水处理厂占地面积大，构筑物众多，地下管线密集，各专业线路都有交叉，在设计时难免出现一些纰漏。通过BIM三维建模能很好地处理构筑物与管线间的管线，对设计中出现的一些碰撞进行修正，合理布置管线。
各专业模型搭建完毕之后，可用REVIT自带的分析及协作功能进行管道系统碰撞检查以及专业协同碰撞检查，优化设计，减少失误，实现零碰撞。碰撞测试与深化前后对比图如图1、图2所示。
图1 碰撞测试
图2 深化前后对比图
（2）洞口预留。
污水处理厂土建施工与安装工程分开进行，对于各个构筑物之间的连接管道及构筑物内部的工艺管道需要进行洞口预留。通过BIM的三维建模能够精准确定预留孔洞的空间及平面位置，便于土建施工。所有修正的三维模型能够直接生成施工图纸供施工人员使用。经过BIM软件的计算分析，可以准确提供出洞口预留图，精准标注预留孔洞的空间及平面位置。
（3）模型轻量化。
通过比目鱼轻量化技术，将BIM模型上传云端，生成二维码或链接地址，方便管理者通过电脑、手机浏览器查看模型。在样本工程实践中，对模型添加工艺设备、设备型号参数、运行数据等信息。运维工程师能够直接在移动端获取每台设备的运行情况，根据现场实际情况及时向中控室传达指令，调整设备的运行参数。
2.3 施工过程模型
BIM技术在该项目的施工过程模型领域的运用成果主要包括钢筋模型、施工模板和施工脚手架模型。
（1）钢筋模型。
对单体构筑物内的常规设备进行参数化族构建，设备族按规则进行命名和保存，参数化族自动化程度高，只需变更参数，进行参数化联动，即可用于其他单体构筑物或者替代项目。污水处理厂的厂房项目通常管线系统繁多，设备种类多，数量大，将设备进行参数化族的构建，形成族库，对于BIM建模意义重大。
BIM技术运用于该工程项目时，可以根据单个构筑物的施工模拟，通过专业的软件生成计算书，直接提取出相应构筑所需的钢筋用量，便于施工单位的材料采购以及管理人员工程量审核。
（2）施工模板和施工脚手架模型。
建立施工模板和施工脚手架模型与钢筋类似，根据单个构筑物的施工模拟，通过专业的软件生成计算书，直接提取出相应构筑所需的模板、脚手架、砌块的用量，便于施工单位的材料采购以及管理人员工程量审核。
2.4 动画
BIM技术在该项目的动画领域的运用成果主要包括5D成本进度模型、施工模拟和厂区漫游动画。
（1）5D成本进度模型。
BIM的应用不仅仅停留在3D维度，在施工过程中还引入了4D成本、5D进度。在实际施工过程中将每天的资金投入及施工进度录入系统，使管理人员能清晰明了地掌握施工进度，并根据整体的工期对后续的施工进行调整。
根据施工方提供的施工进度及预算材料生成5D动画，形象地将工程中的空间、时间、成本体现于动画中。成本进度动画如图3所示。
图3 成本进度动画
（2）施工模拟。
在施工队施工之前，根据构建的BIM三维模型对单体构筑物从底板施工至整个构筑物完工形成模拟动画，使施工队对整个构筑物的建设过程有一个清晰的概况。通过施工方提供的施工方案，制作动画脚本，将施工过程通过三维动画方式体现出来。施工模拟动画如图4所示。
图4 施工模拟动画
（3）厂区漫游动画。
厂区漫游动画基础模型耦合VR技术之后，结合四维施工模拟可以实现远程视察施工现场，多方远程协同，竣工后远程参观、远程展示以及日常运维等应用。厂区漫游动画与用户VR视角如图5、图6所示。
图5 厂区漫游动画
图6 用户VR视角
将已经建好的BIM模型导入漫游软件中，可在里面浏览构筑物或链接VR设备让人有置身其境的感觉，这对于该项目的推广介绍、后期运营维护具有十分重大的意义。
文章从机电管综深化、洞口预留、排砖模型创建和模型轻量化等四个方面详细、生动地论述了BIM技术在武汉市清水入江污水处理项目的施工深化模型领域的运用成果；
从钢筋模型、施工模板和施工脚手架模型等两个方面论述了BIM技术在该武汉市清水入江污水处理项目的施工过程模型领域的运用成果。从5D成本进度模型、施工模拟和厂区漫游动画等三个方面论述了BIM技术在该项目的动画领域的运用成果。未来可以有针对性地就“准确描绘细部构建”这一课题展开更深入的研究。样本项目仅使用了一种建模软件，更多BIM软件在武汉市清水入江污水处理项目中的适用性、运用成果对比，值得进一步展开研究。