基于 BIM 技術應用的智慧污水管控平臺

本項目為長沙市南部的雨花污水處理廠，污水總規模為 Q＝18 萬 m3/d，規模類別屬 3 類，按總規模進行總體布局，分 3 期進行，每期規模為一期規模 Q＝6萬 m3/d，截至 2021 年底，一期為已運營狀態，BIM 運維平臺已可使用；二期正進行配管和泵站工程建設，廠區中為待開發階段。本水廠共 15 個子項，包含了廠區、粗格柵及提升泵房、細格柵及旋流沉砂池、A/O 生物池、配水渠及污泥泵房、二沉池、配水井、高密度沉淀池、濾池、紫外線消毒及計量渠、加藥間、鼓風機房及配電間、污泥均質池、污泥脫水間、綜合樓、傳達室、門衛。本項目的主要應用為采用 BIM 技術在工程階段減少圖紙錯誤、降低項目變更、優化項目工程管理，提升項目品質，并建立了基于 BIM 數據的智慧水廠管控平臺，使水務信息數字化、決策支持智能化、應急處置聯動化，提升水廠整體管控效率，降低管理成本。

1 工程階段的 BIM 技術應用

項目前期進行 BIM 技術應用的規劃，從明確項目目標開始，共進行了七個階段的BIM流程應用。包含了編制項目應用指南和標準、組建項目 BIM 工作組、梳理項目工作內容、配備 BIM 應用資源配置（軟、硬件）、設計階段 BIM 應用實施、施工階段 BIM 應用實施、運維平臺整備。項目采用了企業 BIM 管理平臺進行了 BIM 云端的三維設計協調。在平臺上進行項目模型、文檔、圖紙、數據和問題的綜合管理。

在工程應用中，首先利用了 Google earth 貼面和地勘數據進行結合，生成了三維可視化地形，并進行地形高程、坡度的分析評定，繼而就不同開挖方案在 Civil3D 進行土方量的比對。然后利用 Revit 進行了工藝單體和管線的建模，建模過程中，設計和施工問題將會大量的暴露，圖紙上的各專業的綜合問題，綜合廠區管網的碰撞問題尤為嚴重，本項目在進行三維協調管理的同時，還進行湖南省 BIM 審查平臺的測試，保證了設計不違反強條和規范的同時還提升了成果的交付質量。另外在進行 BIM 模型優化時，需要精確定位了各個單體之間、單體與廠區管線之間的接駁定位，并利用軟件得出了所有廠區管線端頭點的高程數據，輔助進行水利計算和綜合管網排布。這其中對于復雜的管線交叉點的數據排查和重力流管道的方向以及覆土深度的綜合考慮極為重要。

另外，BIM 軟件的出圖功能也較為實用，可以直接進行施工圖的出圖和三維圖紙的補充，而三維圖紙的表達則更加清晰明了，對于施工指導的效果也更好。本項目的施工過程中也利用模型進行了大量的深化工作和交底工作，例如對空間緊湊的鼓風機房進行檢修通道和主要人員的通道的分離設計，對假藥管溝進行了綜合排布定位，減少了交叉重疊現象，對弧形定位支架進行三維預制數據提取。

施工過程中，本項目提前規劃現場施工平面，并在模型中進行管理，根據施工的進度，對施工現場的施工臨建進行補充，使現場場地布置情況按施工進度進行更新。然后對設計 BIM 模型進行了進一步的深化，包括對模板、腳手架、施工圍擋等臨時構建，充分利用模型對施工現場進行細節上的深化和構件空間關系的排布，使得施工更加合理，過程中對可能出現的問題進行預判和修改完成，保證施工的整體質量。而大型設備和大型管道，還進行了吊裝模擬，保證了施工的順利進行。

2 運營維護信息的整備

因為本項目在前期就規劃了 BIM 運維系統的建設，所以在即將竣工投入使用的時間段，進來大量工程信息的記錄和整理。首先在可視化模型上，需要保證現場和模型的一致性，這便牽涉了大量工廠設備、材料信息的提取和模型的更新，其中需要復核設備、材料與原始設計資料的差異，包含了設備材料的基礎性能參數信息、空間位置信息、設備安裝時間、外形尺寸信息和生產廠家維保信息等。在收集實際使用的設備數據的同時，BIM 項目組人員定期趕赴現場進行現場的影像記錄和設備實測，特別對于隱蔽工程，項目部會提前通知BIM項目組人員記錄后再進行施工。本項目除了采用傳統的相機記錄，還采用了無人機拍攝模型，保證模型可以還原現場的真實性。設備和材料信息會按后續運維需求進行整理，形成 BIM 數據庫的基礎。

模型數據收集整好了后需要進行模型的整理劃分。此步驟可以先在BIM模型中進行處理，包含了系統管理的劃分，空間管理的劃分，視圖管理的劃分。本項目重點是對系統管理的劃分，按照水廠的功能需求，分別建立了污水處理系統、加藥系統、污泥處理系統、自控系統、流量及液位監控系統、視頻監控系統、報警系統。每個系統需要建立單獨視圖以便于導入平臺。而空間上則按照水廠 15 個單體逐一建立空間管理視圖，視圖中對土建、工藝進行單獨視圖區分。

動態數據則由水廠管理團隊為我們提供數據接口，進行物聯網接入，包含了水廠參數監控設備信息的數據錄入，工藝設備信息的錄入，液位設備信息的錄入，自控設備的信息錄入等水廠主要信息化設備數據的采集與錄入。

3 智慧污水管控平臺搭建

本項目智慧污水管控平臺搭建旨在為滿足現今水務智能化管理的需求，要求實現水廠的智能化控制、智能化輔助管理，智能化數據分析等功能，平臺需要接入現有的設備系統和數據，并對數據進行數據積累為后續的數據分析提供基礎，并逐步利用數據實施智能化管理，為管理人員提供操作的數據建議和風險閥值控制。最終逐步搭建出集合物聯網控制、三維可視化、移動端管理，大數據分析智能化決策于一體的綜合化智能水廠管理平臺。

3.1 平臺技術路線

平臺的建立的路線可以分了 5 個層級，包含了交互層、服務層、數據層、設備層、應用層。平臺的交互層選取了基于 HTML5 網頁技術開發的WEB客戶端，采用了 B/S 設計降低對用戶終端設備的要求，可以使操作員通過普通瀏覽器即可輕松地完成對整個系統的配置、管理和維護。平臺的服務層則建立了存儲服務、BIM 三維引擎接口、數據交互中建件、模型轉換服務四個內容，可以將 BIM 模型直接導入平臺并進行輕量化處理，并采用 WebGL 在線渲染進行三維顯示。平臺的數據層建立了 BIM 數據庫、BIM 引擎私有云、生產數據庫、服務器資源池，各類數據可供平臺分別調用。平臺的設備層主要對接水廠的各類生產設備，本項目主要接入了水質檢測設備、水量檢測設備、能耗檢測設備、藥耗檢測設備、安防檢測設備、有害氣體傳感器等。平臺的應用層主要對針對用戶的使用功能進行定制，主要分層了三維管理、生產管理、決策管理、其他內容幾個板塊。

3.2 平臺功能

本項目智慧污水管控平臺將水廠、設備、管網的基礎數據建立了統一的數據庫進行集中存儲管理，并通過 BIM 模型實現三維可視化。同時，將設備的實時監測數據接入運維平臺，根據實時監測數據進行統一控制和調度，實現了水務信息數字化、決策支持智能化、應急處置聯動化，達到對水務工作全生命周期的管理。

平臺界面主要有數據總覽艙、全景展示、工藝流程、設備臺帳、安防管理、能耗管理、自控系統幾個主要選項板塊。在數據總覽艙界面可以直接查看一些簡要的信息，例如設備的情況和檢測數據，污水處理當量、實時流量、出水狀況、加藥狀況、電耗狀況、監控狀況、報警信息。全景展示用來直接查看污水廠整體三維模型，模型包含土建及機電，模型中可以對各工藝設備的實時數據進行監測和展示。工藝流程用來查看水廠的各類工藝流程，并提供相應的二維流程供用戶點擊，單擊后可以對此單體進行模型及數據查看。設備臺帳記錄廠區內所有的使用設備列表，可以單機列表快速定位設備，查看設備的運行狀況，并提供設備維修、保養信息等。安防系統主要搭建了設備報警、視頻監控，設備報警中心匯總了水廠生產過程中所有異常報警以便集中處理，點擊列表里的條目，模型中會飛往報警設備所在位置。視頻監控匯總了水廠所有監控攝像頭信息，用戶可自由從攝像頭清單將想查看的區域拖入九宮格區域并行展示，可以同界面查看 9 臺攝影機。能耗管理主要從總電耗、每噸水電耗、單位 COD 電耗 3 個指標展示歷史數據，并以圖表形式實時展示各時間尺度下的統計數據。能耗管理下面還嵌入了藥耗管理，通過圖表實時顯示藥耗統計數據，并區別設立了理論加藥量、實際加藥量、各單體藥耗歷史數據，繼而通過數據分析進行實時的修正與優化。自控系統結合了原 PLC 控制系統，在三維模型單體獨立查看生產情況，包括監控單體內各項生產參數，并在自控設備上提供選項，可實時操作車間內各生產設備，操作結果也將在上方狀態展示面板中實時反饋。

4 結 語

BIM 技術在工程方面相提供更加精細化、準確化的技術手段，可以極大的提升設計質量，而施工中模型對現場的指導意義重大，特別是對于復雜的工程點，可以預先進行模擬，規避錯誤做法，整體上降低項目風險和管理難度，提高了項目質量，節省項目成本?；?BIM 模型的智慧污水管控平臺則在管理上更加直接可靠，將原始的多個系統進行整合，提供可視化的平臺，并建立智能化管理的多個板塊，在三維模型上進行設備操控也更為直觀清晰，不管是設備檢修、實時數據提取、故障預警、監控數據一體化等，都比以往更為方便，另外智能化的功能增加，相比于以往靠人工經驗的方式，更是巨大的進步?？傮w來說，平臺提升水廠了的管理效率，實現水廠自動與智能的深度融合。