基于北线引水工程（安全隐患整改）项目浅析BIM 技术在水务工程项目管理中的应用
发布时间：2022-06-28
摘 要：近年来，BIM技术在工程建设领域，尤其在建筑工程、轨道交通工程等工程项目推广规模较大，应用成效较好，但在水务工程鲜有应用BIM技术的项目。本文通过北线引水工程(安全隐患整改)项目中BIM技术的成功应用，介绍BIM技术在水务工程项目管理中起到的良好效果，揭示BIM技术在水务工程发展的新方向。
关键词：BIM 水务工程 项目管理
水务工程，区别于建筑工程和传统水利工程，通常是重点解决城市水问题的系统工程，具有涉及专业多、专业交叉复杂、地形及边界条件多变的特点。现阶段水务工程的BIM应用相对建筑工程、轨道交通工程较少，且 BIM应用深度不足，目前阶段主要以少数专业或单个节点翻模为主，突出 BIM可视化特点，深化应用较少，对项目管理水平提升效果不明显，未能体现BIM技术在水务工程项目管理的应用。因此，有必要探索研究BIM技术在水务工程项目管理中的应用。
1.研究对象
本文研究对象选取深圳市北线引水 工程安 全隐患整 改项目，该 项目属应 急 抢 险工程，位于深 圳市西北部，工程 线 路 全 长 19.4 6k m，工程 输 水 规 模 为1 20万m³/d，管 道 改建8.57km，管道施工共划分为11段(A～K段)与1座高位水池。深圳市北线引水工程安全隐患整改项目是深圳市水务工程建设的典型案例，主要具有以下4项难点：
(1)工期紧、任务重，进度管控要求高。北线引水是深圳市供水主动脉，市水务局对供水管整改过程中的停水时间有着明确要求，工程碰口段和原位换管段施工必须在停水时间内完成。
(2)环境复杂，区段多战线长，协调管理难度大。本项目位于城市建成区，分布区域范围广，区段多、战线长，施工期间面临既有管线、绿化迁移、管线迁改、交通疏解等问题，涉及到广大居民的正常生活。
(3)顶 管 施 工占比高，现有 管道管线保护任务重。本工程输水管线线路长，所处环境复杂，沿线有市政道路、各种建筑物、构筑物，改造段附近的地下有各种管线包括燃气管道、给排水、电力电信管线等各种市政管线。因此对现有建构筑物、管线、管道的保护是本工程的重难点。
(4)危大工程清单多，风险系数大 。部分顶管施 工位于市政 道 路 侧边人行 道 边，车流 量 大，行人多，地下管线较多且较为隐蔽，且大部分改线明挖、原位换管与现状北线管中心间距约7m，支护结构距现状供水管道距离约3m。且本工程基坑都为深基 坑，最深处基 坑约22 米，风险系数大。
2.BIM组织管理
为 达 成 项目建 设 管 理目标 ，组建BIM中心，分设BIM平台研发组和 BIM服务实施组，BIM平台研发组负责BIM协同平台的研究与运用，结合无人机、GIS、互联网等高新技术，探索新的工程管理模式、研发管理平台;BIM服务实施组主要负责模型创建、方案比选、设计深化、施工工艺管理与模拟。BIM中心团队成员专业涵盖了土建、机电、钢结构、无人机、 GIS与软件技术等，具备丰富的BIM 项目管理经验，同时规范明确岗位职责，所有成员各司其职，发挥作用。
3.BIM实施
3.1建模标准
高 精 度 建 模 。项 目 模 型 按 LOD500级精度标准开展建模，规范了模型命名规则、单位坐标设置、模型拆分与合并规则、模型视图创建、模型颜色标准等，项目模型构件参数和属性完整，可应用于运维阶段。见图1。
3.2碰撞检查
开展碰撞检查，可找出工程隐蔽错误、减少物理与工艺碰撞，进而优化设计方案，减少工程返工。将各专业的模型导入Navisworks软件，通过该软件的碰撞检查功能开展模型碰撞检测。经检测，本项目发现多处支撑与包封砼碰撞，预留孔错位等问题，将问题的碰撞点形成碰撞报告并协同各专业设计人员进行相关的变更优化，避免了后期返工，节约了工程成本。
3.3模型算量
基于模型开展工程算量。通过记录施工进度信息，并使之绑定BIM 模型，结合Revit建模软件，导出工程量明细表，将工程量明细表中的工程量与招投标清单中的工程量数据进行对比，找出可能存在的工程量错漏点，提高算量效率及精准度。
3.4工序模拟
通过BIM技术开展施工工序模 拟 。将 B I M 模 型 与 施 工 单 位 报送的施工进度计划进行绑定，利用 Navisworks软件开展施工工序模拟，直 观 查看项目施 工全 过程 进 度 影像 。以 此分析施工 进度计划的可行性、合理性，对可能存在的工序冲突，组织专业人员合理调整施工进度计划。施工工序模拟还有利于非专业人士对项目深度理解，辅助项目顶层决策。见图2。
3.5工艺模拟
在传统施工交底工作中，技术人员只能通过二维CAD施工图纸，自行发挥空间想象力，在脑海中构建三维立体图形，但每个人空间想象能力不同，不同人员对同一个施工图纸拥有不同的理解与认知，导致技术交底深度不一，交底工作难以落实。通过将 BIM技术运用到施工交底环节，能够利用BIM技术构建可视化BIM模型，对施工工艺进行模拟，使一线施工人员能够对施工中各个复杂节点有一个清晰、直观的认知与理解，增强技术人员之间的沟通与交流，全面落实技术交底工作。本项目针对工程重难点，开展施工工艺仿真模拟，便于发现工艺衔接过程中存在的问题，便于技术方案研讨及可视化技术交底，有效提高沟通理解效率，确保施工方案准确实施，避免返工。
4.BIM管理平台
为实现进度节点精准管控，提出以BIM为特色，以进度管理信息化、自动化为导向开展协同创新，项目组研发了基于工程量汇报的BIM进度动态管理平台，并投入项目应用，有效解决了现场点面多战线长，管理人员无法及时掌握现场情况的局面。
BIM模型与项目施工进度计划导入BIM进度动态管理平台，实现大体量BIM模型基于Web端的轻量化展示，BIM模 型与施工进度计划自动绑定，开展施工进度动态模拟。见图3。
BIM模型与实际施工进度数据绑定，实现不同时间节点的实际完成和计划完成均以实体 模 型展示，所见即所得。并赋予不同颜色表达不同进度状态，红色代表滞后，绿色代表提前，灰色代表正常完成，通过此功能，可快速、全面了解项目施工进度总体情况，快速定位到滞后工程，为项目管理人员协调施工安排提供数据支撑。见图4。
基于施工方工程周报数据，达成进度数据的实时计算、汇总与分析，自动生成各类报表，实现工期动态预测与工期偏离预警，为管理者提供精准分析数据，辅助项目决策。
5.无人机应用
本项目位于城市建成区，分布区域范围广，区段多、战线长，且危大工程清单多，风险系数大。为了提高管理效率，降低危大工程巡检危险性，减少人力资源支出，项目研发应用了无人机值守智能巡检系统，该系统集成了无人机、机巢、软件操作系统等软硬件，是基于无人机技术的拓展应用。系统主要技术点包括无人机自动机 场及三 维 精准导航 技 术，实现 无人机精准起降、自动换电、自动数据处理，彻底解放无人机操作员和内业处理人员，从而替代部分人工现场巡检。该应用属于国内首批。见图5。
三维精准导航是无人机控制关键 技 术，核心是 三维导航地图及任务编程。实现无人机脱离人工控制进入全自动精准采集数据时代，能根据现场地形地貌、拍摄任务设计飞行轨迹、拍摄参数，配合远程控制技术实现类似“千里眼”的体验，远程操控无人机开展安全质量巡检，远程操控无人机开展质量安全巡检，人工巡检需30分钟的施工段，利用无人机可在 10分钟内完成巡检并留存影像资料，有效减少人员投入成本。见图6。
无人机值守智能巡检系统内建立了基于GIS技术的工程电子沙盘，融合照片、视频、全景影像、正射影像、倾斜摄影及BIM模型等成果，实现工程实景浏览、进度对比、图上测量、飞行漫游等功能，直观、全面掌握工程实际情况。见图7。
利用无人机技术开展三维算量。以 Phantom 4 RTK无人机+PPK基站 为工具，对 挖 、填 土方 前后 的 地形地表数 据进行扫测，将两次 扫测的地形地表数据进行高程差计算，生 成 挖、填 土方量 成 果 。成 果精度满足《1:500地形图测量规范》高程 ±5CM要求，实现无需到施工现场，快速掌握现场挖、填土量，辅助工程量计算工作。
6.结语
通过BIM、GIS及无人机技术在深圳市北线引水工程(安全隐患整改)项目的应用，实现项目管理的可视化、动态化、高效化，使项目工期缩减20天，节约总成本约8%，该应用成果荣获第五届“科创杯”中国BIM 技术大赛最佳专项应用一等奖。
深圳市北线引水工程(安全隐患整改)项目作为深圳市水务工程的典型案例，通过BIM+新一代信息技术在项目的成功应用，揭示了BIM技术在水务工程项目管理中的可行性及可塑性，为今后水务工程项目提供了较高的参考价值。——本文来源于《珠江水运》2021年第23期，论文作者：吴翼锴;陈斯祺;
参考文献：
[1]周济华，吴钰川.BIM技术在水务工程设计中的应用[J].水科学与工程,2019(4):63-65.
[2]杨海涛.BIM技术在水务工程结构信息化设计中的应用[J].中国市政工程,2018(2):8-11.
[3]林胜强,曾绪峰.浅谈BIM技术在施工阶段的应用研究[J].建筑工程技术与设计,2016(34): 273-274.
