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摘 要：随着城市经济的快速发展，城市基础建设也在不断完善，其中给排水厂站是市政建设中的一项重要工程。BIM技术的发展为当前给排水厂站建设提供了新的思路，结合市政给排水厂站项目专业配合多、结构多变，工艺流程复杂等特点，BIM技术在项目建设全过程建设过程中发挥独有的优势。在设计阶段为复杂的给排水厂站项目提供了三维设计、专业协同、设计校审的解决办法;在施工阶段应用基于BIM的项目管理平台，实现施工进度、质量、安全三位一体的管控;运维阶段对接智慧运维平台，为后续的数据监测与日常维护提供数据基础。本文阐述了BIM技术的在给排水厂站项目中应用优势，并分析应用BIM的技术路线，指出了目前BIM技术在给排水厂站项目中不同阶段的具体应用。
关键词：BIM技术;给排水厂站;全生命周期
中圖分类号：TU990 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2021）07-0000-00
1 BIM技术概述
BIM是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达，它的本质是数据，包括了项目过程中所产生的所有信息，具有传递和共享的特点。BIM研究的目的是从根本上解决项目规划、设计、施工以及运维管理各阶段以及应用系统之间的信息断层，实现全过程的工程信息管理乃至建筑生命期管理（Building lifecycle management，BLM）。
2 BIM技术的主要特征
BIM技术最具有代表性的特征就是可视化[1]，设计阶段不同于传统的二维图纸，BIM技术将设计扩展到三维中，使设计更直观;施工阶段在三维的基础上，加入进度、质量、安全信息，是维度扩展到四维甚至到N维，使施工控制更全面;运维阶段将过程信息附加到BIM模型中，实现精细化管理。例如在设计到施工的过程中，按照传统的厂站设计流程，设计和施工人员都需要从二维图纸构想出构筑物实际外形，具有很强的主观性，可能导致设计错误，也可能出现施工人员对设计意图理解的偏差，而使用BIM技术可以对厂站细部构造进行直观的展示，提高了设计质量，也降低了施工风险。
其次BIM具有的特征是协同性。随着BIM技术的发展，协同的范畴涵盖了建设工程全生命周期，实现设计、施工、运营、维护等各方的集体参与，使得BIM的应用范围面更广、更全面。例如给排水厂站设计包括工艺、建筑、结构等多专业的参与，经常性出现因专业设计的局限性导致的结构碰撞或者专业冲突的情况，通过BIM技术可以直接在同一三维环境下整合全专业设计成果，便于及时发现并解决问题。
3 给排水厂站项目BIM实施路线
结合BIM技术和给排水厂站工程的特点，提出了项目中BIM实施的总体路线，具体如图1所示。
在BIM应用过程中，容易出现设计与施工双方由于BIM标准不一致导致的工作重复，因此有必要建立统一的项目级BIM实施标准。统一的BIM实施标准可以规范工程全生命周期的BIM应用，有利于解决工程建设过程中“信息孤岛”“多方协同”的难题，突破工程信息化管理的瓶颈。
技术路线中包括三个项目建设阶段，每个阶段包括数据层、软件层和应用层，层次之间的递进表示每个阶段中BIM具体实施的过程。首先采集工程数据，继而通过软件和平台的存储和转换后，开展符合工程实施需求的、能提升工程建设质量和效率等一系列的基本应用工作。而推进项目BIM应用的关键则是促进同层次应用成果的横向流动，即设计阶段的数据成果传递应用于施工阶段，设计、施工阶段的所有数据成果通过针对运维需求的重构后，最终应用至运维阶段，为厂站管理等数字化建设提供数据支撑。
4 BIM在不同阶段的具体应用
4.1 在设计阶段的应用
与传统的二维设计不同，使用BIM技术的三维设计改变了传统设计的思路和流程，此阶段主要是通过使用BIM设计软件，配合软件二次开发，满足正向设计的需求。以给水厂站工艺专业初设BIM设计流程为例，设计阶段BIM主要的应用在于模型构建、分析计算、协同设计，碰撞检查，工作量统计，具体流程如图2所示。
（1）模型构建。通过三维模型直观展示设计意图，在传统给排水厂站设计过程中，通过二维的方式展示三维空间，设计人往往很难准确、全面地阐释设计意图，而应用BIM技术很多设计问题在模型创建过程中就能够发现并解决，通过可视化的界面也能够更好的展示设计方案。为了提高模型创建的效率，在这个过程中经常使用二次开发的手段进行参数化建模，减少重复工作。以V型滤池为例，在二次开发插件中，通过输入关键的设计参数，快速生成方案模型，在方案设计阶段能够大幅提高模型创建效率，减少方案比选的时间，具体如图3所示。
（2）专业协同。给排水厂站设计是一个综合性、系统性的工程，随着目前水厂项目规模的逐年扩大，设计标准不断提高，参与的专业也随之增多，传统的设计方法和流程对于设计资源的整合已难以满足目前的设计需求[2]。利用BIM技术协同性的特点，为设计人提供了统一的协同设计平台，由于各专业基于同一模型文件进行协同设计，降低因为专业之间的差异性对项目理解而造成的错误，可以有效解决各专业间设计对象的碰撞问题，同时，各专业数据也可准确传递，降低了图纸版本不统一的风险，减少设计变更以及施工、运维管理的麻烦。
（3）碰撞检查。由于二维图纸在传递项目信息时有可能存在缺失或误差，这就导致各设计对象之间可能会存在一些碰撞的问题[3]。利用BIM技术对各专业模型进行碰撞检测，对设计成果查漏补缺，可起到优化设计，减少返工的作用，具体如图4所示。 （4）工程量統计。BIM模型创建是以构件为基本单位，因此通过提取构件的工程量（个数、长度、面积、体积、重量等），实现对项目工程量的统计[4]。以清水池为例，通过BIM软件快速准确地统计出墙、板、柱、梁等土建的方量，为计算造价提供参考，如图5所示。
4.2 在施工阶段的应用
BIM区别于普通三维模型的区别在于BIM模型本身可以承载信息的附加，将模型构件与施工过程中产生的项目信息进行一一对应，构建基于BIM的项目施工管理平台，不仅提高了施工把控精度，也提高了工程数字化、信息化水平。施工阶段基于BIM技术可以实现施工进度控制、施工工序/工艺模拟，动态监测，安全质量管理等。
（1）施工进度控制。在施工组织计划的基础上，将进度计划与BIM模型进行关联，生成以天或者周为单位的施工进度模拟，形象表现建设过程的推进状态。施工单位利用该进度模拟开展施工组织计划的分析及优化，业主方可依照施工进度模拟，定期检查实际施工进度状态，作为施工评价依据。
（2）施工工序模拟。针对复杂部位后关键设备管线的施工工序和工艺模拟，根据相应节点的工艺流程，制作工艺精细化模型，并输出至模拟工具中实现动态模拟，用于现场作业指导，具体如图6所示。通过这种方式可以有效提高现场施工人员对设计意图的理解，提高施工质量，降低施工风险。
（3）实时监控。在施工过程中可以在现场布置关键测点，并将所有测点位置与模型进行关联，当后台获取到实时数据并分析后，能够直接将分析结果推送到前端可视化界面中，实测数据可以通过图表或者修改模型颜色等方式来反映。同时为了更好的监控现场施工情况，可以将现场监控与模型进行关联，将现实中视频监控所拍摄的画面与BIM模型对应，实现虚拟模型与现实施工情况的对比。
（4）安全质量管理。BIM三维模型可以和安全质量信息进行绑定，改变了传统的信息管理方式，方便对出现问题及时地处理和后期的追溯。以现场巡检为例，传统的方式是工作人员发现安全问题，手动填写问题信息提交工单，导致上报流程繁琐且处理滞后。随着BIM和信息化技术的快速发展，现场工作人员可以将问题通过移动端直接上传云端，实现无纸化办公，并可通过移动端自动定位位置信息，在平台中与模型位置对应，通过标签标记问题位置，能够实时查询、统计、分析这些工程质检信息。
4.3 在运维阶段的应用
随着BIM技术、物联网、云计算、大数据等技术的快速发展，使智慧运维有了实现的可能，通过物联网实现水厂、泵站、管网等监控数据以及人员巡检等信息的在线采集，通过云平台、大数据技术进行数据分析和辅助决策，最后通过BIM可视化的优势对信息进行呈现，这样降低了人力成本，并使运维管理更完善、更精细。
（1）设备管理。基于BIM的水厂机电设备智能管理，将从设计一直到运维阶段的机电设备信息构建及共享，其次通过数据接口调取或者安装传感器等方法获取设备实时运行状态，最后将设备运维信息与模型进行关联。运维管理人员能够在在设备的采购、使用、维护、报废等全生命周期实现信息化的跟踪管理。并且通过平台内嵌展示的设备3D 模型，即时了解设备的最新运行状态、性能和各项重要参数。
（2）实时监控与智能调度。以给水厂为例，实时监控是通过物联网实现输配水全过程水质监测，并结合水质预测模型，对未来的水质状况进行分析和预测，将异常状况标记到BIM模型上对应位置，提醒管理人员尽快处理[5]。以污水厂为例，智能调度是在实时监控的基础上，通过后台的实时计算分析，再利用自动化控制系统可以实现泵站调度、精准加药、精准曝气控制等，改变传统的生产，将处理过程信息与模型关联，通过前台运维界面查看与分析。
5 结语
综上所述，BIM技术在给排水厂站建设全过程中起到重要作用，改变了传统的生产运营模式，对整个工程建设乃至后期运行维护都有非常积极的影响。相关专业人员应该充分了解到BIM技术在给排水厂站项目建设过程中的应用优势，同时要针对过程中存在的问题进行针对性地解决。更好地在项目中应用BIM技术，是在当今数字化、信息化潮流中行业发展的关键。
参考文献
[1] 杨阳，高进仑.BIM技术在市政给排水设计中的应用[J].工程技术研究，2021，6（5）：113-114.
[2] 邓长全.BIM在建筑给排水工程设计中的应用[J].建筑，2021，4（11）：76-77.
[3] 张志柳，石晓庆.BIM在某核电厂AL厂房给排水设计过程中的应用[J].给水排水，2017，53（s2）：172-175.
[4] 卫晓军.市政给排水工程设计中BIM技术的应用[J].中国设备工程，2020，4（12）：244-245.
[5] 王艳华，董舒，刘娟，等.现代化污水处理项目智慧水务管理云平台[J].项目管理技术，2021，19（5）：154-158.
收稿日期：2021-06-10
作者简介：吴越（1994—），男，河南郑州人，硕士研究生，研究方向：BIM设计与应用。
Research on Application of BIM Technology in Water Supply and Drainage Plant Project
WU Yue
（Beijing General Municipal Engineering Design & Research Institute Co.， Ltd.， Beijing 100082）
Abstract：With the rapid development of urban economy， urban infrastructure is constantly improving， in which the water supply and drainage plant is an important project in municipal construction. The development of BIM Technology provides a new idea for the current construction of water supply and drainage plant. Combined with the characteristics of municipal water supply and drainage plant project， such as a lot of professional cooperation， variable structure and complex process， BIM Technology plays a unique advantage in the whole process of project construction. In the design stage， it provides solutions of three-dimensional design， professional collaboration and design review for complex water supply and drainage plant project; In the construction stage， BIM based project management platform is applied to realize the control of construction progress， quality and safety; In the operation and maintenance stage， BIM is connected with the intelligent operation and maintenance platform to provide data basis for subsequent data monitoring and daily maintenance. This Article expounds the application advantages of BIM Technology in water supply and drainage plant project， analyzes the technical route of BIM application， and points out the specific application of BIM Technology in different stages of water supply and drainage plant project.
Keywords：BIM Technology;supply and drainage plant project;all life cycle
关键词：BIM技术;给排水厂站;全生命周期
中圖分类号：TU990 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2021）07-0000-00
1 BIM技术概述
BIM是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达，它的本质是数据，包括了项目过程中所产生的所有信息，具有传递和共享的特点。BIM研究的目的是从根本上解决项目规划、设计、施工以及运维管理各阶段以及应用系统之间的信息断层，实现全过程的工程信息管理乃至建筑生命期管理（Building lifecycle management，BLM）。
2 BIM技术的主要特征
BIM技术最具有代表性的特征就是可视化[1]，设计阶段不同于传统的二维图纸，BIM技术将设计扩展到三维中，使设计更直观;施工阶段在三维的基础上，加入进度、质量、安全信息，是维度扩展到四维甚至到N维，使施工控制更全面;运维阶段将过程信息附加到BIM模型中，实现精细化管理。例如在设计到施工的过程中，按照传统的厂站设计流程，设计和施工人员都需要从二维图纸构想出构筑物实际外形，具有很强的主观性，可能导致设计错误，也可能出现施工人员对设计意图理解的偏差，而使用BIM技术可以对厂站细部构造进行直观的展示，提高了设计质量，也降低了施工风险。
其次BIM具有的特征是协同性。随着BIM技术的发展，协同的范畴涵盖了建设工程全生命周期，实现设计、施工、运营、维护等各方的集体参与，使得BIM的应用范围面更广、更全面。例如给排水厂站设计包括工艺、建筑、结构等多专业的参与，经常性出现因专业设计的局限性导致的结构碰撞或者专业冲突的情况，通过BIM技术可以直接在同一三维环境下整合全专业设计成果，便于及时发现并解决问题。
3 给排水厂站项目BIM实施路线
结合BIM技术和给排水厂站工程的特点，提出了项目中BIM实施的总体路线，具体如图1所示。
在BIM应用过程中，容易出现设计与施工双方由于BIM标准不一致导致的工作重复，因此有必要建立统一的项目级BIM实施标准。统一的BIM实施标准可以规范工程全生命周期的BIM应用，有利于解决工程建设过程中“信息孤岛”“多方协同”的难题，突破工程信息化管理的瓶颈。
技术路线中包括三个项目建设阶段，每个阶段包括数据层、软件层和应用层，层次之间的递进表示每个阶段中BIM具体实施的过程。首先采集工程数据，继而通过软件和平台的存储和转换后，开展符合工程实施需求的、能提升工程建设质量和效率等一系列的基本应用工作。而推进项目BIM应用的关键则是促进同层次应用成果的横向流动，即设计阶段的数据成果传递应用于施工阶段，设计、施工阶段的所有数据成果通过针对运维需求的重构后，最终应用至运维阶段，为厂站管理等数字化建设提供数据支撑。
4 BIM在不同阶段的具体应用
4.1 在设计阶段的应用
与传统的二维设计不同，使用BIM技术的三维设计改变了传统设计的思路和流程，此阶段主要是通过使用BIM设计软件，配合软件二次开发，满足正向设计的需求。以给水厂站工艺专业初设BIM设计流程为例，设计阶段BIM主要的应用在于模型构建、分析计算、协同设计，碰撞检查，工作量统计，具体流程如图2所示。
（1）模型构建。通过三维模型直观展示设计意图，在传统给排水厂站设计过程中，通过二维的方式展示三维空间，设计人往往很难准确、全面地阐释设计意图，而应用BIM技术很多设计问题在模型创建过程中就能够发现并解决，通过可视化的界面也能够更好的展示设计方案。为了提高模型创建的效率，在这个过程中经常使用二次开发的手段进行参数化建模，减少重复工作。以V型滤池为例，在二次开发插件中，通过输入关键的设计参数，快速生成方案模型，在方案设计阶段能够大幅提高模型创建效率，减少方案比选的时间，具体如图3所示。
（2）专业协同。给排水厂站设计是一个综合性、系统性的工程，随着目前水厂项目规模的逐年扩大，设计标准不断提高，参与的专业也随之增多，传统的设计方法和流程对于设计资源的整合已难以满足目前的设计需求[2]。利用BIM技术协同性的特点，为设计人提供了统一的协同设计平台，由于各专业基于同一模型文件进行协同设计，降低因为专业之间的差异性对项目理解而造成的错误，可以有效解决各专业间设计对象的碰撞问题，同时，各专业数据也可准确传递，降低了图纸版本不统一的风险，减少设计变更以及施工、运维管理的麻烦。
（3）碰撞检查。由于二维图纸在传递项目信息时有可能存在缺失或误差，这就导致各设计对象之间可能会存在一些碰撞的问题[3]。利用BIM技术对各专业模型进行碰撞检测，对设计成果查漏补缺，可起到优化设计，减少返工的作用，具体如图4所示。 （4）工程量統计。BIM模型创建是以构件为基本单位，因此通过提取构件的工程量（个数、长度、面积、体积、重量等），实现对项目工程量的统计[4]。以清水池为例，通过BIM软件快速准确地统计出墙、板、柱、梁等土建的方量，为计算造价提供参考，如图5所示。
4.2 在施工阶段的应用
BIM区别于普通三维模型的区别在于BIM模型本身可以承载信息的附加，将模型构件与施工过程中产生的项目信息进行一一对应，构建基于BIM的项目施工管理平台，不仅提高了施工把控精度，也提高了工程数字化、信息化水平。施工阶段基于BIM技术可以实现施工进度控制、施工工序/工艺模拟，动态监测，安全质量管理等。
（1）施工进度控制。在施工组织计划的基础上，将进度计划与BIM模型进行关联，生成以天或者周为单位的施工进度模拟，形象表现建设过程的推进状态。施工单位利用该进度模拟开展施工组织计划的分析及优化，业主方可依照施工进度模拟，定期检查实际施工进度状态，作为施工评价依据。
（2）施工工序模拟。针对复杂部位后关键设备管线的施工工序和工艺模拟，根据相应节点的工艺流程，制作工艺精细化模型，并输出至模拟工具中实现动态模拟，用于现场作业指导，具体如图6所示。通过这种方式可以有效提高现场施工人员对设计意图的理解，提高施工质量，降低施工风险。
（3）实时监控。在施工过程中可以在现场布置关键测点，并将所有测点位置与模型进行关联，当后台获取到实时数据并分析后，能够直接将分析结果推送到前端可视化界面中，实测数据可以通过图表或者修改模型颜色等方式来反映。同时为了更好的监控现场施工情况，可以将现场监控与模型进行关联，将现实中视频监控所拍摄的画面与BIM模型对应，实现虚拟模型与现实施工情况的对比。
（4）安全质量管理。BIM三维模型可以和安全质量信息进行绑定，改变了传统的信息管理方式，方便对出现问题及时地处理和后期的追溯。以现场巡检为例，传统的方式是工作人员发现安全问题，手动填写问题信息提交工单，导致上报流程繁琐且处理滞后。随着BIM和信息化技术的快速发展，现场工作人员可以将问题通过移动端直接上传云端，实现无纸化办公，并可通过移动端自动定位位置信息，在平台中与模型位置对应，通过标签标记问题位置，能够实时查询、统计、分析这些工程质检信息。
4.3 在运维阶段的应用
随着BIM技术、物联网、云计算、大数据等技术的快速发展，使智慧运维有了实现的可能，通过物联网实现水厂、泵站、管网等监控数据以及人员巡检等信息的在线采集，通过云平台、大数据技术进行数据分析和辅助决策，最后通过BIM可视化的优势对信息进行呈现，这样降低了人力成本，并使运维管理更完善、更精细。
（1）设备管理。基于BIM的水厂机电设备智能管理，将从设计一直到运维阶段的机电设备信息构建及共享，其次通过数据接口调取或者安装传感器等方法获取设备实时运行状态，最后将设备运维信息与模型进行关联。运维管理人员能够在在设备的采购、使用、维护、报废等全生命周期实现信息化的跟踪管理。并且通过平台内嵌展示的设备3D 模型，即时了解设备的最新运行状态、性能和各项重要参数。
（2）实时监控与智能调度。以给水厂为例，实时监控是通过物联网实现输配水全过程水质监测，并结合水质预测模型，对未来的水质状况进行分析和预测，将异常状况标记到BIM模型上对应位置，提醒管理人员尽快处理[5]。以污水厂为例，智能调度是在实时监控的基础上，通过后台的实时计算分析，再利用自动化控制系统可以实现泵站调度、精准加药、精准曝气控制等，改变传统的生产，将处理过程信息与模型关联，通过前台运维界面查看与分析。
5 结语
综上所述，BIM技术在给排水厂站建设全过程中起到重要作用，改变了传统的生产运营模式，对整个工程建设乃至后期运行维护都有非常积极的影响。相关专业人员应该充分了解到BIM技术在给排水厂站项目建设过程中的应用优势，同时要针对过程中存在的问题进行针对性地解决。更好地在项目中应用BIM技术，是在当今数字化、信息化潮流中行业发展的关键。
参考文献
[1] 杨阳，高进仑.BIM技术在市政给排水设计中的应用[J].工程技术研究，2021，6（5）：113-114.
[2] 邓长全.BIM在建筑给排水工程设计中的应用[J].建筑，2021，4（11）：76-77.
[3] 张志柳，石晓庆.BIM在某核电厂AL厂房给排水设计过程中的应用[J].给水排水，2017，53（s2）：172-175.
[4] 卫晓军.市政给排水工程设计中BIM技术的应用[J].中国设备工程，2020，4（12）：244-245.
[5] 王艳华，董舒，刘娟，等.现代化污水处理项目智慧水务管理云平台[J].项目管理技术，2021，19（5）：154-158.
收稿日期：2021-06-10
作者简介：吴越（1994—），男，河南郑州人，硕士研究生，研究方向：BIM设计与应用。
Research on Application of BIM Technology in Water Supply and Drainage Plant Project
WU Yue
（Beijing General Municipal Engineering Design & Research Institute Co.， Ltd.， Beijing 100082）
Abstract：With the rapid development of urban economy， urban infrastructure is constantly improving， in which the water supply and drainage plant is an important project in municipal construction. The development of BIM Technology provides a new idea for the current construction of water supply and drainage plant. Combined with the characteristics of municipal water supply and drainage plant project， such as a lot of professional cooperation， variable structure and complex process， BIM Technology plays a unique advantage in the whole process of project construction. In the design stage， it provides solutions of three-dimensional design， professional collaboration and design review for complex water supply and drainage plant project; In the construction stage， BIM based project management platform is applied to realize the control of construction progress， quality and safety; In the operation and maintenance stage， BIM is connected with the intelligent operation and maintenance platform to provide data basis for subsequent data monitoring and daily maintenance. This Article expounds the application advantages of BIM Technology in water supply and drainage plant project， analyzes the technical route of BIM application， and points out the specific application of BIM Technology in different stages of water supply and drainage plant project.
Keywords：BIM Technology;supply and drainage plant project;all life cycle