經濟效益500萬!廣州大沙地污水處理廠BIM數字技術應用實踐

2022-03-02

1、項目背景



為解決城市生活污水處理能力不足問題,實現污水全收集、全處理、全覆蓋,打贏黑臭水體攻堅戰,廣州市政府先后頒布了一系列《河長令》,以推進污水處理設施建設,增強城市污水處理能力。經過兩年多的日夜奮斗,攻堅克難,廣州市中心城區新增8座地埋式污水處理廠,成為國內地埋式污水處理產能第一的城市。目前廣州總共建有9座地埋式污水處理廠,它們呈北斗狀分布于珠江兩岸,被譽為“地下北斗9星”守護著廣州的水環境,這些地埋式凈水廠大大提升了廣州中心城區污水處理能力,由每天340萬噸增加至今年每天496萬噸,產能提升46%,占全國同類污水處理模式總產能規模的5成以上。


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其中大沙地污水處理廠擴建工程,因其周邊環境復雜且敏感(臨珠江、臨高壓電塔、臨文沖船廠)、工程地質條件復雜(軟土地區)、地下埋深大、支護型式復雜、施工過程交叉作業嚴重、建造工期短等諸多重難點,成為建設地埋式污水處理廠的典型代表。


2、項目概況


2.1工程概況


大沙地污水處理廠擴建工程位于廣州市黃埔東路以南,文沖船廠以西,石化路以東,珠江以北。大沙地污水處理系統服務面積107km?,污水處理規模為25萬m?/d。整個廠區按功能分區分為:水處理區和水處理附屬建筑區。水處理區的構筑物主要位于地下空間,包括粗格柵機提升泵房、細格柵及旋流沉砂池、改良A2O生化池、矩形二沉池、初雨提升泵房、高效沉淀池、排空泵房、深度處理提升泵房等。水處理附屬建筑區部分位于廠區地面,包括:接觸消毒池、鼓風機房和變配電間、V型濾池、反沖洗泵房和綜合樓等;部分位于地下空間,包括污泥濃縮池、污泥干化車間、除臭單元、通風設備間等。


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2.2工程重難點


1、工程施工項目內容多,涉及專業技術覆蓋面廣。包含了各種大型水池構筑物及其它附屬工程,裝修工程、設備采購及安裝工程以及道路、給排水、等工程。施工時,必須根據這一特點,配備各專業各工種的技術人員和施工機械,對各專業、各交叉的施工工序要嚴密組織,合理安排,組織好各工種各專業的流水施工,確保施工快、好、省、順利完成。


2、建筑物占地面積大,施工及結構用材水平運輸距離長,因此,合理選用材料的水平、垂直運輸機械,組織好場內材料運輸路線,可大大提高施工效率。


3、本工程大體積砼澆筑量大,故施工時要從砼級配、水灰比、外加劑的摻入、振搗、施工段劃分等一系列主要技術問題入手,嚴格把關,采取各種技術措施,確保工程質量,滿足砼的設計要求及安裝幾何尺寸的正確和要求。


4、預埋構件多,安裝定位要求準確,施工時應嚴格按設計要求控制各種預埋件的位置尺寸,采取有效措施固定各種預埋管件,確保預埋件及預留孔一次達到設計精度要求,杜絕事后鑿孔現象,這是確保凈水處理廠構筑物施工質量的關鍵之一。


5、交叉作業多,設備安裝及工藝配管與土建施工相互交叉、相互穿插施工。


6、項目南側緊靠珠江,東北側有文涌環繞,基坑開挖規模較大,施工周期長。地下水位高并會受珠江潮汐影響,地質情況復雜,土體透水性強,基坑的止水、降排水是否完善將直接影響地下處理中心主體結構的施工進度。


7、本工程擴建工程地下基坑旁有一高壓電塔,該電塔由8根鋼索進行牽拉固定,固定腳有四處,其中兩根鋼索的固定腳緊挨本地下室的外壁處。電塔基礎形式對基坑支護方式和地下空間布置都會造成影響。


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本工程方案擬在電塔基礎外10m設置1m厚地下連續墻,利用地連墻+三道支撐作為基坑支擋結構,對于兩側電塔錨碇,采用Φ1000支護排樁進行支護,上部混凝土內支撐對電塔基礎起到一定的保護作用。


8、廠區選用的設備種類、型號繁多,性能指標參數各有不同,且部分設備對安裝的精度控制要求較高。因此設備選型、安裝及運行調試是廠區機電設備施工的關鍵控制點,設備安裝調試的質量好壞直接影響廠區日后的正常運行。


基于上述項目重難點,項目引進BIM技術,探索采用BIM技術優化項目管理。


2.3實施目標


項目層:輔助項目解決技術及管理難點,BIM技術落地為項目創造價值

企業層:建立企業BIM管理體系,培養BIM技術人才,組建企業BIM團隊

行業層:創優創新,樹立企業標桿,行業推廣


3、BIM應用情況分析


3.1

項目調研及方案調整


通過對項目調研,對項目進行需求分析,根據項目情況制定BIM實施目標及相應的實施計劃,明確時間節點,是項目有序推進BIM技術實施的基礎保障。


本項目于2019年4月1日到項目進行項目調研,通過溝通,整體了解了現場的施工的進度及后續的施工時間節點,根據現場情況反推BIM實施計劃。調整BIM方案并確定各成果的時間節點。



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項目調研報告


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項目BIM實施方案


3.2模型的建立


3.2.1主體結構建模


結合已有圖紙進行全工程模型的建立,包括土建、鋼筋及安裝。模型是BIM技術實施的基礎,是工程信息化的數據載體。為配合項目時間節點,模型建模啟動初期,公司共組織土安鋼及revit組四個建模團隊共計11人協同建模。在4月30號完成現有圖紙的所有建模工作。并將建模過程中出現的任何圖紙問題及時反饋給現場BIM負責人,進行協調解決。為后續BIM平臺的部署及BIM技術的運用提供模型基礎。


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項目土建模型

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項目安裝模型

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項目鋼筋模型

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項目基坑模型


3.2.2實景建模


在此期間,魯班駐場顧問通過無人機對現場的實景地形進行數據采集,利用航拍手段,對現場臨建進行快速建模,真實反映現場臨建情況。為后期土方的運送提供可視化的數據基礎。同時,通過將擬建好的基坑模型與現場的實景地形相結合,形象為項目部領導提供基坑建成后的一個現場情況。輔助項目做施工決策。


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項目實景模型

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項目實景模型


3.2.3 魯班工程管理數字平臺部署


基于本土化及云共享等多方面考慮,項目選擇魯班工程管理數字平臺作為本項目內部管控的協同管理平臺。目前已經完成平臺的部署工作,包括賬號的申請及權限的劃分。平臺強大的兼容性確保了項目施工準備階段深化的模型能上傳至平臺,延續運用于施工階段。同時平臺的可視化功能,很好地補充了現階段建管平臺的BIM模型的可視化不足,優勢互補,積極響應項目的創新創優需求。


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工程管理數字平臺架構

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工程管理數字平臺截圖


3.2.4 項目BIM技術啟動會


BIM技術落地的前提是項目人員知道BIM、了解BIM并接受BIM。所以在項目模型,平臺部署等前期準備工作完成后,魯班駐場顧問于4月22日在項目召開BIM技術啟動會,參會人員包括:集團領導、質監站領導、項目經理、項目總工、項目BIM負責人及項目相關部門負責人。會上通過對BIM技術的宣貫及BIM技術在本項目的實施計劃以及階段性成果做一個系統的匯報與交流。以達到項目人員了解什么是BIM,BIM能做什么的目的。會上,項目領導也對該項目提出相關的建議及需求。



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項目BIM技術啟動會

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BIM技術啟動會現場

3.3項目圖紙校核


二維圖紙由于直觀性差,平立面圖復雜,不可避免的都會出現各種圖紙問題,包括尺寸標注的缺項、漏項、平剖面圖紙不對應等情況。利用BIM技術在施工前將施工圖紙還原成模型,模型的建立相當于施工全過程的預演,通過前期的建模,魯班顧問團隊共發現25處圖紙問題,通過工程部提交設計院,均已得到設計院的回復。通過模型的可視化,使圖紙問題更加直觀,減少由于崗位不同,帶來的溝通思維的差異化,提高溝通效率。同時,問題的及時發現并解決,也保障了項目施工的順利進行,防止由于發現問題不及時,解決問題不及時造成工期的延誤。


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圖紙問題截圖


3.4碰撞檢查


在圖紙設計階段,由于缺乏各專業之間的整合。往往等到在工程施工時才發現一系列的碰撞問題,影響工程進度,甚至造成返工。在建模期間,通過利用BIM模型的可視化和BIM軟件碰撞檢測功能,可快速檢測模型內的各類碰撞,截止第一版圖紙所建立的模型,通過軟件的自動計算,我們一共發現本碰撞點4257個,考慮到一些實際情況,在實際施工過程中,會做變通處理,不會產生真正的碰撞。經審核,實際碰撞點48處。為方便日后的查詢和追溯,碰撞點編號依舊沿用系統中的編號。建模過程中基于三維模型所見即所得的特點,提高了與設計方的溝通效率,避免設計錯誤傳遞到施工階段,減少施工過程中出現的各專業構件碰撞沖突等問題,高效施工。


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項目碰撞報告截圖


3.5兩算對比


通過BIM模型量、圖紙設計量的兩算對比,可以提前發現工程量與圖紙量差,能盡早了解需要申請簽證變更的地方,避免變更滯后而造成的經濟損失。同時通過數據的跟蹤記錄,反查實際用量的不合理之處,為物資部及工程部提供數據支撐,規范施工用量。在建模期間,通過模型導出土建、鋼筋及安裝的工程量表,與設計院提供的清單進行比對,并將量差較大的地方反饋給相關負責人及設計院,做進一步核對。

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安裝工程量匯總表截圖


3.6基坑方案論證


傳統模式下,在工程重難點的施工方案階段,由于缺乏三維的直觀表現形式,造成施工方案編制及施工方案論證效率低下。本項目涉及深基坑作業,基坑出土方案是本工程的重難點。通過三維的技術手段,將項目總工的施工想法還原成BIM模型,直觀的展現形式為方案校核提供直觀的判斷手段,通過模型對施工的初步想法進行論證與完善,以項目模型為基礎,完善施工方案。



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基坑出土方案論證_方案一

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基坑出土方案論證_方案二


3.7高支模方案優化


大沙地污水處理廠大部分采用全地埋式布置,地下主體構筑物采用整體基坑開挖,基坑開挖范圍為290m×160.9m,開挖深度大部分為18.5m(局部位置略有加深)。模板支護算是本工程最主要的重難點之一。借助BIM手段,對項目模板支護進行受力分析,導出專項計算書并對施工作業的危險性做分析報告、通過這些數據,來輔助項目領導做相關施工方案的決策。


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高支模截圖


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計算書截圖


3.8可視化技術交底


3.8.1污水處理廠進出水模擬


為向外界更好地介紹項目情況,介紹大沙地污水廠的水處理情況。應項目領導要求,魯班實施團隊在駐場期間完成水廠的進出水模擬(共計2min)。通過動畫模擬的形式直觀展現工程的水處理流程,讓外界參觀人員一眼便知污水廠概況,有助于項目的宣傳和推廣。


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水處理模擬截圖


3.8.2基坑內支撐拆除動畫模擬


大沙地污水處理廠基坑支護采用“地下連續墻+三道內支撐”的形式,三道內支撐及腰梁混凝土達17580m?,總長約16550m,總切割吊裝塊數預計達6000塊、項目的內支撐拆除動畫亦是本工程重難點之一。應項目領導需求,在6月份完成了項目的內支撐拆除動畫模擬(共計1.5min)。通過BIM技術,針對復雜節點進行詳細模型建模,一方面,通過模型的建立,對復雜節點的設計情況進行反向驗證,另一方面,還可通過三維的模型形式輔助相關負責人做技術交底,達到直觀、高效、準確的施工交底效果,從而保證施工的質量和進度。同時,通過視頻的方式,可為參觀人員直接展示現場施工技術亮點,利于宣傳。

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內支撐拆除動畫模擬截圖


3.8.3二維碼運用


項目相關信息如何在一個展板里面體現,如何結合現代管理理念及技術,如何做出項目的特點及亮點。項目采用二維碼技術,將項目信息以二維碼為展示端口體現,通過掃描二維碼就可獲取項目相關的所有信息,包括施工技術交底,項目效果圖,項目簡介,項目圖紙、項目施工方案、項目施工過程信息等等。有助于項目人員在現場更快地獲取所需的資料,減少往返路程的交通成本及時間成本。同時,對項目部也是一個更加直觀的宣傳。


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二維碼展板


3.9平臺管理應用


工程管理數字平臺模型,導入實際項目的流程,以「數字化」及「參數化」為主要概念,持續提供實時的項目信息,如技術方案,圖紙,施工進度等信息,維持項目信息高質量、可靠性及協調能力,實現BIM全生命周期管理。


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3.9.1信息共享


工程管理數字平臺電腦端和手機端的信息共享,項目上每個人根據權限和需要,下載和上傳相關文件,照片等文件,進行協同管理,使項目人員實現線上協同辦公,減少了溝通和管理成本。

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3.9.2進度推演


使用BE的進度模式進行計劃進度模擬,可對每一個構件都賦予開始和完工時間,驗證施工組織方案計劃,減少實際施工時可能的工作任務沖突。

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3.9.3協同管理


手機端APP對現場質量安全問題進行實時監控,遠程反饋各個相關人,提高現場管理協同效率,并保證過程管理的閉環率及可追溯性。

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3.9.4巡檢管理


現場占地面積:約38000㎡,總建筑面積78763.6㎡ ,污水廠構筑物相對高差大,現在需做好圍護工作。為更好管控現場,結合BIM平臺進行安全巡檢。


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3.9.5資料管理


在施工過程中,可以把各種工程資料如質保資料、設計變更單、設備維護資料等與模型構件一 一對應,可在模型中快速搜索,形成了數字化、結構化、可視化BIM數據庫。

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3.9.6信息管理


記錄每個單獨的BIM構件在施工過程中的數據,竣工后形成項目BIM數據庫,能夠快速查閱每個構件的相關施工信息及施工狀態。

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3.9.7進度管理


使用LubaniWorks的沙盤模式可對每一個構件都賦予施工工序、施工時間、完成狀態,實現進度可視化,方便進行管理。同時可以對任一時間的施工進度狀態進行統計,顯示出每一個構件的施工狀態??捎沙杀静块T根據數據,計算得出當前進度的實際成本。


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3.10綠色文明施工


現場配備洗車池、沉泥池、霧炮機等設備以外,通過現場自動監測噪音揚塵設備,當指數超標時自動開啟噴淋設施進行降塵工作?,F場人員通過人臉識別實名登記,便于統計與管理,提高人員管理效率。


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3.11VR安全體驗


項目建立VR展示間,將模型無縫快捷融入VR平臺,利用現實增強技術,通過VR技術模擬施工現場,激發項目管理人員對BIM應用的興趣,強化體驗者對BIM的認識。


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4、效益分析


項目自2019年4月份開展BIM工作以來,生產效率得到極大提高,材料和機械設備成本減少,為公司間接產生500萬經濟效益。


  • 建立三維模型,布置最優預留洞口,優化主體施工水平運輸垂直運輸能力、對比選擇最優基坑施工和開挖運輸路線,縮短工期15天,節省300萬。

  • 通過管線碰撞模型,發現圖紙碰撞點并及時調整,避免后期交叉打鑿墻體,減少管線彎頭施工,縮短工期5天,節省100萬。

  • 通過三維可視化交底,提高了技術交底的效率,縮短工期5天,節省100萬。


5、總結


大沙地污水廠擴建工程是自來水工程公司2019年以來第一個利用BIM技術管理大型地埋式污水廠的試點項目,以BIM技術為核心的管理模式,為項目產生了至少500萬的經濟效益,得到了公司領導的肯定和贊揚,也為公司以后的BIM應用打下了良好的基礎。當前,該項目已獲得金標杯一等獎和市政杯三等獎榮譽,對集團公司獲得2項國家專利,1項廣東省優秀QC小組榮譽做支撐。下一步希望能加強完善BIM技術的應用,引進BIM+項目管理模式,建造智慧工地,實現自動化、智能化、數字化、智慧化施工。



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