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BIM技术案例分享:南通六建BIM技术在垃圾填埋场工程施工阶段的应用

发布:中文网小编3号 浏览:2029人 分享
发布于:2020-05-11

    引言

    伴随城市经济快速发展,生活垃圾产量大幅提升,不规范垃圾处理措施对水体、土壤、大气造成严重污染。以习近平总书记为核心的党中央大力推进生态文明建设,在生态环境保护领域进行了一系列改革创新。新型无害化生活垃圾填埋场,集新工艺、新材料、新设备于一体,安全、节能、环保,防止二次污染。库区因地制宜的设计使得土方工程异于常规,设备区也因新型工业设备高度集成变得错综复杂,传统施工方式方法难以精准高效还原设计成果,BIM团队使用BIM技术完成了一系列攻坚克难。

    1.工程概况

    江苏南通六建建设集团有限公司创建于1956年10月,施工总承包特级资质、中国企业500强。该企业承建的南通生活垃圾填埋场七号填埋池工程是城市规划为改善投资环境的重要举措,是南通市十大为民办实事项目、省级环保督查项目之一。

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    1.1项目简介

    作为市政环保类项目,包含填埋库区、渗滤液处理调节池、生反池、辅助用房、处理车间、组合池及附属设施等单体,占地面积6.67万㎡。库区设计堆体顶标高为20m,堆体边坡坡度1:5,设计堆体库容约59.8万m?。项目创优目标为江苏省市政“扬子杯”。

    1.2工程特点及难点

    项目建设用地为原如皋市水产养殖场,鱼塘星罗棋布,塘底淤泥层断续延绵,地质不可预见影响因素多。

    周边河道环绕,水文条件复杂。

    为满足地下水和渗滤液的导排需求,基层构建设计完成面是一个多向的复杂坡面,主要位于淤泥质粉质粘土层,孔隙潜水量大,土方工程施工过程控制难度大。

    项目工艺系统中构筑物主体结构抗渗等级高,一次结构机电预埋需一次成型,精确性高、库区底为不规则复杂多向坡,导排盲沟坡度控制难度大、管理区室外空间狭小,管线密集,重力管、直埋电缆、设备基础等交叉避让难度大等机电专业技术难点问题。

    1.3BIM实施团队

    江苏南通六建建设集团有限公司BIM技术始于2015年,依托于集团集金融、投资、开发、运营、海外经营于一体的跨区域、跨国界发展的全产业链基础优势,形成以集团统筹规划、引领全局,各驻外总部、专业公司、控股公司承上启下,各项目前端落地、应用实施的整体架构部署。本项目BIM实施团队由决策层、管理层和实施层组成,架构如下:

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    2.BIM实施

    2.1BIM应用目标

    深化设计阶段目标是通过全专业BIM建模提取相关信息并出施工图,确保实现设计意图及功能;

    加工阶段目标是专业设备构件达到加工精度,实现各设备组预制拼装精确;

    施工阶段目标实现工程施工进度、质量、安全可控,确保工程施工可动态监管。

    2.2实施方案

    江苏南通六建建设集团有限公司作为工程总承包单位,从模型建立到施工管理,从深化设计到标准出图,BIM技术贯穿始终。

    工程开工之初便制订了《七号生活垃圾填埋池BIM技术实施策划书》。在策划书内阐述项目BIM技术总体实施思路,对关键节点技术、操作流程、协同工作流程、建模标准等进行了详细描述,各单位、部门通力合作,架构如下:

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    本工程BIM应用包括场地布置、企业安全文明标准化实施、质量标准化实施、二次结构排砖、可视化交底、BIM5D平台协同管理等内容,但限于篇幅,本文选取特色应用点RTK和机电模块化重点介绍。

    2.2.1BIM+RTK应用方法研究

    本工程项目建设用地为原如皋市水产养殖场,鱼塘星罗棋布,塘底淤泥层断续延绵,地质不可预见影响因素多。周边河道环绕,水文条件复杂,如图所示:

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    拟建场地长320m、宽220m,面积约6.67万㎡;现状地面高程(1985国家高程)为-0.5~4.0m,设计库底平均标高为0.4m,最深标高为-2.60m。本填埋池设计填埋物为生活垃圾,重度不超过11KN/m。库底、边坡、分隔坝,地下水和渗滤液导排层对于实现垃圾分区堆载意义重大。

    原场地平均清表深度0.5m,平均清淤深度1.0m,总计清表清淤方量4.77万m?,开挖方量3.07万m?,回填方量14.02万m?。为满足地下水和渗滤液的导排需求,基层构建主要位于淤泥质粉质粘土层,孔隙潜水量大,水平渗透系数3.83×10-5cm/s,垂直渗透系数9.37×10-6cm/s。设计完成面是一个多向的复杂坡面,如图所示:

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    2.2.1.1BIM+RTK逆向应用

    从上海市政工程设计研究总院提供的土方设计图纸来看,已有的地形曲面由1372组地勘坐标高程数据(1980西安坐标系统,N向平均采样间距3.5m,E向平均采样间距20m)生成,使用项目用地红线限定曲面边界,如图所示:

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    使用Phantom-4-RTK旋翼无人机,进入倾斜摄影模式,规划测区4个角点(WGS84大地坐标系,EGM96高程),角点偏差可在±10m范围内浮动。如图所示:

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    航线重叠率设置85%,旁向重叠率设置80%,在基本航线的两端起到控制点的作用,减少测区内地面外业像控点的布设工作量,增强区域网模型之间的连续性,提高加密平差精度。

    扫描地形图像包含经纬度等信息(本工程地方坐标转换参数:西安1980地理坐标系,中央子午线120E,三度带,高斯投影),使用平面或者空三刺点法完成图片地理位置信息的矫正,导入Pix-4d处理分析。

    提取设计文件-1.0~5.0等高线以及CP1~CP33坐标高程控制点,导入等高线图层、33个控制点制作的csv格式点文件,以及与外场搭接的放坡比例设定,生成基层构建土方完成曲面(颜色代表高程数值,R值越大高程越高),如图所示:

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    根据勘探报告,计提清表工程量和清淤范围,导入曲面设置。数据导入Civil-3d生成清表清淤完成曲面和百格网平衡分析,如图所示:

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    创建填挖方图,关键控制点精度复验。如图所示:

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    逆向应用双向地形采样密度达到0.1m,垂直定位精度1.5cm+1ppm,水平定位精度1cm+1ppm,其中ppm为旋翼机每飞行1km所累积的毫米数误差,100亩建设用地采集用时50min,工程量计算精度可达到1*10-3m?。如图所示:

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    2.2.1.2BIM+RTK正向应用

    将civil-3d创建的设计基层构建土方完成曲面导出LandXML,从revit体量端还原,使用洞口剪切布置导排主次盲沟、边沟、集水坑、作业道路、卸料平台、侧向提升沟槽,如图所示:

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    在这个模型的基础上发现设计缺陷三处:一是从斜向作业道路坡度与设计不符,进而发现基层构建平面布置图土方完成面高程预留做法层厚度不足;

    二是库区Ⅰ–B区西北角成形有倒坡,未优化;

    三是作业道路完成面有效行车范围与做法层错位达70%左右,无法有效保护水平防渗层的HDPE膜、土工材料等。通过BIM模型的展示、与设计方清晰表述,设计师及时修正了第一项和第三项缺陷,第二项由BIM模型现场优化。

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    正向应用单人操作,单点放样耗时约40s(含模型数据读取和校核),平面位置定位精度可达到±(8+1*10-6D)mm,高程定位精度可达到±(15+1*10-6D)mm,其中D为作业手簿与测量型GNSS接收基站的间距。如图所示:

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    2.2.1.3应用效果

    通过和施工现场的深度结合,本工程系统研究了BIM(建筑信息模型)和北斗RTK(实时动态差分定位算法)技术在正向、逆向两个方面的应用方案,正向应用主要用于设计点位的快速高效放样,逆向应用主要用于工程地形地貌的数字化还原以及土方工程量计算,具有一定的创新性。如图所示:

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    对于原始地形复杂、覆盖区域大,设计坡度多向、完成面不规则的工程项目,使用BIM技术(Revit+civil-3d)+RTK测量系统(Phantom-4-RTK旋翼无人机+北斗海达TS5)大大简化了繁琐的坡度分析、坐标高程互联、数字化地形、工程量计算,对照原方案节约时间85%以上,提高精度约440%,对于实施国家和行业倡导的数字化建造、精益化建造有着一定的实际应用意义,可在类似工程中予以借鉴。

    2.2.2工业化集成模块预制阶段应用方法

    2.2.2.1渗沥液处理系统中构筑物一次结构精确预留预埋

    填埋垃圾渗沥液为有毒有害液体,运行过程如若发生泄漏将会是重大环境安全事故。其中调节池和生反池为钢筋混凝土结构,两构筑物通过其外墙壁上预埋的穿墙管与管道进行驳接后形成完整的处理系统,如图所示:

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    生反池池体一次结构预埋,池顶人孔洞25个,管洞39个;池内壁连通墙孔34个;外池壁穿墙管64个,预埋数量大,尺寸规格不一,位置复杂,墙管位置相同标高不同情况多,定位尺寸、标高要求精确,对预埋质量提出了很高的要求。

    原设计院的图纸达不到施工图的深度。BIM的优化依据需要根据设备选型后的二次深化图进行,否则与设备机房内水泵等设备进行驳接的穿墙管无法精确定位。

    因此项目部通过BIM工作站与设备厂商的二次深化人员进行对接,确定了根据现场的施工进度分阶段提供单体二次深化图纸的方案,最后满足BIM优化后图纸在结构施工前完成审批下发的节点需求,如图所示:

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    通过前期的提前策划和过程中的六次优化,池顶人孔洞优化为21个,管洞21个;池内壁连通墙孔23个;外池壁穿墙管61个。施工一次成型,保证了施工质量,同时节约了大量的后期拆改的费用和工期。

    2.2.2.2设备组工厂预拼装

    区别于房建机电,本工程特色是环境设备,侧重于工业设备。系统高度模块化集成专业性强、复杂程度高,设备供应商提资数据方可设计,导致多项工序受到制约。工作站打破传统的一味等设计出图的被动局面,通过建设和设计单位授权与参建各方沟通,将设计进度主动权掌握到BIM工作站手中。

    通过设备提供商提供设备基本数据,配合设计院初设土建图,并结合建设方的要求,利用BIM技术对设备组及管线综合进行深化设计,做到管线排布整齐有序、走向合理,支架形式合理,间距符合规范要求。深化设计方案经设计院审核同意后,出标准施工图,并将图纸与模型交由设备生产厂家进行生产加工并工厂预拼装,然后现场整体组装,如图所示

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    2.2.2.3设备模块BIM深化各专业协同效果

    建设单位敲定渗沥液处理系统大方案,由设备供应商提资,设计单位提供初设土建配合图,BIM工作站负责将三方成果整合深化,出图后召开多方协调会议,审核审批后直接用于施工,全过程由BIM工作站牵头。

    对所有设备管道部件安装进行统一标高,方向等细节提前预控;管线排布整齐有序、走向合理,支架形式合理,间距符合规范要求;室内外所有设备基础、管沟、剪力墙墙洞墙管、管廊基础等配合一次结构施工的内容均通过BIM深化,施工一次成型。

    室内外机电系统根据深化后的模型导出二维图纸和材料清单,精确到管件、阀部件、末端点位。根据BIM模型提供的实际材料用量,跟预算量进行对比,为项目制定材料需求计划和进场计划提供依据,辅助成本控制。如图所示:

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    通过多方协同合作、通过与班组工人的零距离现场指导和沟通,最终一次结构预埋精确率100%,二次结构精确率97.3%。

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    3.应用小结

    3.1获得成果

    主要创新点BIM+RTK正逆向应用解决了土方工程复杂多变的难点;设备区高度集成,以BIM技术全方位优化设计、工业化预制和模块化施工。并通过实践数据证明应用方法有效可行,最终创造直接经济效益13.61万元,缩短工期15.5天,树立了良好的企业形象,取得了一定的行业口碑。

    项目BIM应用获得第八届“龙图杯”全国BIM大赛施工组一等奖、第四届中国建设工程BIM大赛一类成果、第五届全国BIM学术会议优秀论文、全国工程建设质量管理小组活动二类成果等荣誉。

    3.2技术应用范围

    BIM+RTK应用方法适用于:建设用地地域范围大、超长线性交通工程;地质复杂,作业环境恶劣;地形起伏大,地表遮挡物多、通视条件差;设计完成面不规则,多向坡度、双曲面、缓和曲线段。工业化集成模块预制阶段应用方法适用于小型化、高度集成设备在工厂预制阶段的深化和优化设计。