BIM技术在昆明市第十三污水处理厂施工中的应用

2024年1月29日发(作者：)

第46卷第

12期

2020

年

12

月

6

ij

送坊

Sichuan

Building

Materials

Vol.46,No.

12December,2020BIM技术在昆明市第十三污水处理厂施工中的应用李学成（中铁八局集团昆明铁路建设有限公司，云南

昆明650000）摘

要：昆明市第十三污水处理厂是云南省首座半地下式污

5）污水处理厂包含大量的大型设备,如螺旋输送机、潜

水污水提升泵、砂水分离器、污泥切割机等，这些设备需要建

水处理厂，存在场地集中、主体结构异形构件多、地下综合管

线排布复杂、测量精度高、交叉作业多、工期紧、施工量大、技

族，而Autodesk

BIM有大量的族库，很多设备所需的族可以

从族库中选取，无需重新建族,整体上节省了时间和成本,提

高了效率。术要求高、施工管理难度大等难点。本文探讨引进BIM技

术，运用

RevitANavisworks^

FuzorA

LumionA

SketehUp

等一系列

BIM软件建立污水厂三维可视化模型，进行施工场地综合布

置、土建机电模型深化、5D施工进度模拟、三维技术交底、碰

撞检查、污水处理工艺模拟，确保污水处理厂安全、高效、智

能化施工。关键词：半地下式污水处理厂；BIM技术；碰撞检查；施工

模拟中图分类号:TU71

文献标志码:B文章编号:1672-4011（

2020）

12

-

0133

-03

DOI：10.

3969/j.

issn.

1672

-

4011.

2020.

12.

0661工程概况昆明市第十三污水处理厂位于昆明市西山区高晓立交

东南角王家堆片区用地，占地约4.

8万n?。工程主体为地

下污水处理构筑物,总建筑面积6.

4万n?,建筑总高度V

24

mo建筑结构形式为钢筋混凝土框架结构。污水厂总规模

12万m3/d,处理后出水水质满足《城镇污水处理厂污染物

排放标准》一级A标准。污水处理的工艺为改良A20生化

池+二沉池+高密度沉淀池+

V型滤池污水处理工艺。2

BIM模型的建立及应用2.1

BIM技术应用软件的选用及模型建立维护流程在BIM技术实施的过程中涉及到很多软件，包括基础软

件、工具软件、平台软件。其中最基础、最核心的是BIM建模

软件,其次是BIM工具软件，软件的选用决定后期是否能够

完成BIM技术的应用点。软件的选用应考虑其功能性、可靠

性、易用性、效率、维护性、可拓展性等因素⑴O

2.1.1污水处理厂BIM技术应用软件的选用相对于市场上各种BIM系列软件及平台，Autodesk

BIM

系列软件及平台在施工阶段的应用具有以下特点。1） Revit系列软件整合性高、简单易学。2）

参数化程度高。包含几何信息和非几何信息，Revit

所做的模型不只是对象本身性质的参数化，对象与对象之间

的物理关系也能用参数化来表示。3）

目前Revit成为BIM建模的主流软件。软件的开发

程度高，其标准相对于其他软件较为成熟,在建模和模型分

析时较为快捷高效。4）

Revit软件针对建筑、水、暖、电安装，而昆明市第十三

污水处理厂的主体结构则是含有建筑属性的市政工程，在模

型构建和模型分析上具有很大优势。收稿日期：2020-07

-21作者简介:李学成（1994-），男，云南楚雄人，本科，助理工程师，主要从事市政工程及水利工程技术管理工作。鉴于Autodesk

BIM系列软件及平台以上特点及优势，项

目部决定采用Autodesk

BIM系列软件及平台。具体软件包

括建

模软件

Revit

2017

A

Navisworks

Manage

2017

A

Autodesk

BIM

360、广联达

BIM5D、Fuzor

2017,

AutoCAD

2017、Lumion

6.0以及一些数据统计、视频制作的辅助软件。2.1.2

BIM模型建立及维护流程根据Autodesk

Revit软件的建模规则，进行分专业参数

化建模，包括建筑专业、结构专业、工艺专业、暖通专业、电气

专业、绿化景观以及施工场地三维模型。模型建立完成后整

合为一个完整的污水处理厂BIM模型,这些模型不仅能表达

出构件的几何信息,还集成了大量的非几何信息，如构件材

质、物理性能、厂家信息等⑵。将其导入分析应用软件中进

行分析指导施工、碰撞检查、工程量提取等应用。在应用的

过程中如果发现问题，返回模型进行维护，也可将模型信息

关联，进行链接修改。2.2

昆明市第十三污水处理厂核心模型的建立污水厂BIM模型主要包括主体建筑结构模型、工艺管道

模型、暖通电气桥架模型、施工场地模型、绿化景观模型。2.2.1主体建筑结构BIM模型构建污水处理厂共有4层，地下为污水处理构筑物,地上为

调度中心。负2层为处理工艺构筑物，负1层为机电设备

间。BIM模型异形构件较多、难度大、精度要求高，在建模时

采用了“工作集”和“链接”模式，把设计院提供的图纸信息

严格精确反馈到模型中，同时添加相应的施工管理信息,建

立一个“参数化”模型，其建模内容及流程如下。1）

建模准备。建模准备阶段包括了解项目概况、污水厂

模型创建要求、项目主要图纸信息收集。污水厂模型创建要

求为项目精细度达到Level

of

Detail

400；

土建建模需要总平

面图，各水工构筑物单体图以及相应的平面图，还包括图纸

中的非几何信息。2） 创建项目样板。建立标高轴网以及基本信息设置，制

定构件命名规则，使最后的BIM模型数据能够整合。3）

在项目的标高和轴网上分专业建立污水处理厂梁、结

构柱、基础、剪力墙墙、门、窗楼梯扶手等几何模型构件及相

关参数。部分池体异形构件则通过建族后导入模型中。4） 模型及数据合并。将结构专业模型和建筑专业模型

整合为一个模型,统一其BIM模型相关数据，主体负2层如

图1所示。2.2.2工艺管道、暖通桥架、机电设备BIM模型的构建污水处理厂包含各种污水处理设备和工艺管道系统、暖

通桥架系统以及各类配电箱柜等机电设备。设备数量较多、

机电管线复杂、综合排布难度大。在建模时采用统一项目样・133・

Vol.46,

No.

12December,

20206

g

坊Sichuan

Building

Materials第46卷第12期2020年12月板，根据CAD图纸信息，运用Revit

MEP功能创建工艺管道、

BIM模型的碰撞流程指利用Revit软件建立BIM模型，

通过Navisworks软件，整合各专业模型并自动查找出模型中

的碰撞点，获得需要的碰撞检查的报告。主要工作分为以下

暖通桥架、机电设备BIM模型，模型包括几何信息以及材料、

外观、厂家、物理性能等非几何信息。其中最难的设备模型

的创建，在设备建族之前,先根据施工图纸将需要建族的设

六个阶段：整合各专业模型；BIM模型校核并修改；利用

Navisworks进行各专业间自动碰撞检查;输出碰撞数据;查找

相关图纸核对碰撞点；撰写并提供碰撞检查报告并交付设

计,进行土建结构及综合管线深化设计。Navisworks软件检查校对以后出的碰撞报告包括以下信

备按照类别列出详细的清单，如果Revit自有族中有,则在自

有族的基础上编辑修改,如果没有则重新建族，然后导入模

型中。最后形成一个系统的BIM模型。2.2.3

场地BIM模型构建为了使场地使用合理,优化施工平面布置，结合临建方

案运用Revit的地形功能创建施工场地，包括项目部、人员通

道、施工道路、施工车辆、塔吊群、吊车吊、挖机等。息:碰撞涉及的专业、碰撞点所在的图纸及图纸中的位置、问

题描述、后果、优化建议以及碰撞的三维截图、CAD截图。工

程部可以在正式施工前将此碰撞报告交付设计人员进行深

化设计、二次变更,避免返工现象,进而合理掌握施工进度。

污水处理厂主体完成后将进行覆土建湿地公园,地面含

大量的绿化景观,根据设计院给出的绿化景观设计图，运用

3D可视化软件Lumion

6.

0进行地表建模以及绿化植物、椅

子等公园设施布置。2.3

BIM技术在本项目中的应用2.3.1施工总平面布置规划污水处理厂建设一共有四个标段施工,在规划时需要考

虑各个标段项目驻地建设和谐,高效利用现有的土地，在现

场需布置长约830

m的环场施工道路以及项目部、施工队到

工地施工现场员工通道。施工范围大、高低跨度高，需设置

多个钢筋加工棚、材料堆放场、库房、塔吊作业群。除此之外

还要设置临水临电等其他施工设施。基于以上施工平面布置的重难点,项目部BIM技术人员

结合十三污水处理厂施工设计组织方案和临建方案，运用

Revit将场地平面建立项目部驻地、钢筋加工棚、施工道路、

塔吊群、材料堆放场、库房、文明施工设施等三维模型。同时

建立吊车、挖机、装载机、渣土车、汽车泵等施工机械BIM模

型,并运用Fuzor进行场地规划漫游模拟和不同阶段的场地布

置变化模拟,塔吊作业群旋转半径模拟,塔吊群高差模拟,帮

助狭小的施工场地提前合理安排物料运输路线、物料设备放

置，对施工现场管理进行指导，辅助施工组织设计合理安排。

2.3.2

土建结构及综合管线深化设计结合十三污水处理厂工程项目异形构造多、管线复杂、

预留孔洞复杂的特点，采用BIM技术进行三维碰撞检查有明

显的优势和意义。BIM模型是对整个施工的预演，建模的过

程同时也是一次全面的“三维校审”过程。在此过程中可发

现大量隐藏在设计中的问题，这些问题没有超过规范要求，

但受其他专业影响或属于空间高度上的冲突,在传统的单专

业校审过程中很难被发现。与传统二维平面图纸检查对比，

三维碰撞检查有以下优势。1）

将十三污水处理厂结构模型、建筑模型、机电模型整

合为一个模型,全面检查专业碰撞情况,包括专业与专业之

间的冲突、净空分析。模型均按1：1尺度建模,传统情况下未

能表达的部分均得以展现，从而将一些不能轻易发现而实际

上却存在的深层次问题暴露出来。2）

采用Navisworks软件进行碰撞检查。碰撞分硬碰撞

和软碰撞（间隙碰撞）两种，硬碰撞指实体与实体之间交叉碰

撞;软碰撞指实体间实际并没有碰撞,但间距和空间无法满

足相关施工要求;通过Navisworks软件可以区分各个专业和

碰撞类型,然后进行碰撞检查。包括结构与结构、机电与机

电、结构与机电之间的软碰撞和硬碰撞，以Word形式出具碰

撞报告,能够快速直接明了地检查出碰撞,并且能定位出碰

撞的位置,从而进行深化设计。・134・2.3.3三维可视化交底三维技术交底即通过三维BIM模型让工人直观了解自

己的工作范围及技术要求。三维技术交底相对于传统的二

维技术交底，不再是深奥难懂的施工图纸加复杂的文字描

述，而是像看电影般直观有趣,在技术人员和工人的大脑里

形成立体印像,直观形象,快速理解交底内容,提高了交底的

效率。在十三污水处理厂施工中，三维技术交底运用了以下

三种方法。1）

根据施工现场实际情况在办公室进行漫游模拟，分析

构件的几何尺寸、钢筋布，在办公室对技术人员进行交底。2）

结合二维CAD施工蓝图，将池体异形复杂构件进行

三维出图，下发技术人员和班组长,指导工人施工O3）

采用BIM云技术,将BIM模型及数据上传云端，技术

人员通过移动终端（移动平板电脑或手机）进行复杂构件三

维模型及相关数据查看,和现场进行对比以指导现场施工。2.3.4

BIM5D施工进度模拟项目工期由540

7改为245

d,工期紧，施工过程中计划

进度和资源供应计划繁多，在编制主体施工进度计划时用甘

特图表示进度计划，由于专业性强、可视化程度低，无法清晰

描述施工进度以及各种复杂关系，难以准确表达工程施工的

动态变化过程。因此，运用BIM技术建立4D模型,与施工

进度甘特图建立关系，将空间数据、时间数据与物料数据整

合在一个可视化的5D（三维+时间+成本）模型中，精确直

观地反映整个主体施工过程，实时追踪当前的进度及物料情

况，分析影响施工进度的因素，协调各专业,制定应对措施，

缩短工期，合理安排物料进场及加工,降低成本和提高施工

质量。十三污水处理厂施工进度模拟大致分为以下步骤:①将

BIM模型赋予材质，建立材料数据库;②制定Project计划;③

把Project文件和BIM模型软件导入Navisworks

Manage，将进

度计划与BIM模关联;④制定构件的运动路径，同时赋予时

间和材料;⑤设置动画视点并输出施工模拟;⑥根据动画分

析合理、高效的施工进度计划，指导现场施工。2.3.5

BIM模型算量工程量的计算是工程造价、收方、验工计价中最繁琐最

复杂的部分。利用BIM技术辅助工程计算，加快了工程量计

算的速度，同时BIM模型为“参数化”模型,包含精确的几何

数据和非几何数据，计算精度远远高于广联达等算量软件。十三污水处理厂运用BIM技术算量内容包括土石方工

程、桩基、基础混凝土构件、墙体、门窗工程、装饰工程、工艺

管道、电缆桥架等。（下转第155页）

第46卷第12期2020年12月e20

000dw'15

000DW^w10

000s

匕p5

000u050#+PR.M

6

g

坊Sichuan

Building

Materials析，主要结论如下。Vol.46,

No.

12December,

2020应力和拉应力的影响，并通过力学试验对三种混合料进行分

1) 适当提高沥青面层模量,路面结构层将有利于提高抵

抗超载损坏的能力。沥青面层模量增大至2

000

MPa时，剪

应力和拉应力衰减最快。2)

拉应力受面层和基层层间粘结状况影响极大。当面

抗车辙沥青混合料30#+PR.M

30#基质沥青层和基层粘结状况由完全滑动变成完全连续时，最大拉应力

图9间接拉伸试验结果急剧下降。3)

三种抗车辙混合料间接拉伸模量和动态模量均满足要求,30#

+PR.

M混合料模量最高，抵抗荷载能力最强，其次

3.2

动态模量试验动态模量试验通过旋转压实成型试件，分别在试验频率

0.1-25

Hz下，测试试件15弋动态模量试验I。]。试验结

为

50#

+

PR.

M

和

30#基质沥青。

参考文献：[ID：010611]果如图10所示。■vn#丄dd

ir

n

an#丄dd ir

mn#直帶書[1] 陈佩茹，李立寒•沥青高温性能指标评价[J]

•石油沥青,2002,

16(3)

：27

-30.[2]

周富强，周必功,李保国，等•岩沥青改性沥青应用研究[J]

•公

路,2006,51(12):140-142.[3]

25

曾凡奇，黄晓明,李海军.沥青性能的DSC评价方法[J].交通

运输工程学报，2005,5(4)

：75

-76.吕伟民.热拌高强沥青混凝土的配制原理及其力学特性[J].

同济大学学报,1995,23(5)

：51

-53.10

1

加载频率/Hz5

0.1[4]

[5]

图10动态模量试验结果从图10动态模量试验结果可知:相同条件下,30#

+PR.M混合料的模量值最大，其次为50#

+

PR.

M和30#基质沥

青。根据数值计算结果,沥青层模量对路面结构受力影响极

曹雪娟，郝增恒，皮育晖.环氧沥青混凝土材料及其性能试验

研究[J].公路交通技术,2006,22

(Sl)：37 -39.[6]

丛培良•环氧浙青及其混合料的制备与性能研究[D].武汉:武

大。模量越大,则路面抵抗荷载能力越强。荷载频率越低,

汉理工大学,2009.[7]

吕伟民，郭忠印.高强沥青混凝土的配制与性能[J].中国公路

说明车辆行驶速度小，趋近于静止荷载作用下的静态模量。

采用0.1

Hz条件下试验结果可知，三种混合料模量分别为6

200,8

300,4

400

MPa,均满足数值计算4

000

MPa以上。由

学报,1996,9(1):8

-13.[8

]贾渝.高性能沥青路面(Superpave)基础参考手册[M

].北京:

人民交通出版社,2005.此可知，三种抗车辙混合料均满足要求,30#

+PR.

M混合料

[9]

张勇,钱振东，罗桑.国产环氧沥青混合料在钢桥面铺装中的

应用[J]

•上海公路,2008,27(2)

：23

-26.抵抗荷载能力最强,其次为50#

+

PR.

M和30#基质沥青。4结论本文通过数值计算分析模量和层间粘结状态对路面剪(上接第134页)[10]

刘大梁，刘小燕•环氧沥青混凝土性能试验研究[J].公路交通

科技，22(4):200-201.一份完整的碰撞报告单。将污水处理厂复杂部位进行三维

可视化交底，将工期由540

d优化为245

d,在此工期施工中

通过进度模拟合理安排材料进场和人员配备,最后主体结构

顺利封顶，满足了业主的工期要求。通过BIM模型数据进行

工程量提取，精准高效,不需要进行二次核算。4结束语目前，各大施工单位在积极推广和研究BIM技术指导施

Xo而作为昆明市第十三污水处理厂施工方,其采用BIM技

图1污水处理厂负二层BIM模型术指导施工过程安全、质量、进度、成本管理的探索,取得了

3应用价值分析基于十三污水处理厂施工的复杂性，项目部运用BIM技

良好的应用效果。应继续探索BIM技术在施工管理中更深

层次应用点，积极推广BIM技术在建筑全生命周期中的应

用，推进建筑业的转型升级,提高社会经济效益。术指导施工管理,取得了很大的经济效益及应用研究价值。

根据施工组织和临建方案规划，塔吊布置共10台塔吊，进行

施工平面布置规划三维可视化及相关数据分析得出塔吊布

参考文献：[ID：010644]置6台满足保证施工要求。在建模和模型审核过程中发现

图纸本身存在的设计笔误和缺陷问题共25处。通过

Navisworks软件进行碰撞检查,然后一一审查检查出的碰撞,

过滤非碰撞地方(由软件自身原因导致错误碰撞)，最终形成

[1]

孙永超，姜月菊，白宇，等• BIM技术在综合管廊设计施工全过

程中的应用[J]

•施工技术,2018,48(19)

：61

-65.[2]

肖启艳.BIM在建筑工程项目全过程管理中的应用[J].四川

建材,2018,44(10)

：

197

-198,200.・155・