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      行業資訊

      BIM技術在超大規模給水廠站設計中的創新應用(以東莞松山湖水廠項目為例)

      新聞時間:2024-05-11 文章來源:網絡 文章作者:admin

      東莞松山湖水廠為全亞洲一次性建成規模最大水廠,設計團隊緊緊圍繞傳統設計中面臨的六大重難點技術問題,將BIM技術應用于此超大規模給水廠站設計中,運用諸多數字化創新技術,攻克重難點技術問題,實現精細化、現代化、數字化、智慧化的運維管理,成為數字化創新應用于超大規模給水廠站設計的典范工程。

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      一、項目概述

      松山湖水廠位于廣東省東莞市松山湖高新區,是大灣區綜合性國家科學中心先行啟動區。工程規模110萬平方米/天,是目前亞洲一次性建成規模最大的給水廠。工程占地19.45公頃,總投資約38億元,設計出水水質標準達到國內領先、國際先進水平。該工程為國家重大水利工程的配套項目,是東莞市供水安全保障的重要節點,作為重要民生督導工程,以建設系統完備、高效實用、智能綠色、安全可靠的現代化水廠為目標。

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      二、項目重難點

      該項目在設計實施過程中,面臨以下六大重難點:一是原始地形復雜,池體構筑物較多,土方平衡及廠區合理布局難度大;二是廠區管道系統繁多,管線規格及埋深跨度大,設計復雜;三是工程規模大,專業眾多、結構復雜,工程量準確計算難度大;四是工程單體眾多、地層結構復雜,基坑支護設計難度大;五是地質土層起伏變化大,大型池體樁基精細化設計難度大;六是水處理規模超大,工藝流程復雜,運維管控難度大。

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      三、BIM創新應用

      1、沉清疊合池樁基三維精細化設計

      沉清疊合池基底面積大(34000平方米),樁基持力層起伏變化大,管樁樁數眾多(6000余根)且長短各異,承載力復核工作量大,工程量統計難度大。針對上述難點,項目團隊開發了一整套解決方案,包括地勘孔點數據自動提取、生成三維地層,自動計算樁長和樁基承載力,樁基自動編號生成明細表。Python編程實現一鍵框選地勘平剖面孔點數據,自動整理孔點土層數據至Excel,省去人工整理費時費力,大幅提升設計效率。

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      基于Revit二次開發三維樁基工具箱,實現樁長和樁基承載力值自動計算。利用三維樁基工具箱,結合Revit原生功能,實現樁基自動編號出圖及樁基工程量自動統計,大幅提升出圖算量效率。利用三維樁基精細化設計,較傳統設計方法總樁長節約6100米,工程總造價節約91.5萬元,經濟效益可觀。


      2、三維基坑支護合理優化設計

      針對廠區基坑數量眾多、地層復雜等設計難點,利用自主研發地質軟件,導入地勘數據,生成三維地質模型。建立全廠基坑三維模型,通過三維地質、結構、基坑模型的結合,解決支護樁、管樁、攪拌樁、錨索碰撞問題。

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      原設計水泥土攪拌樁為梅花形,承臺下為三樁,管樁與支護樁重疊,支護樁、管樁、攪拌樁、錨索碰撞無法施工。三維協調設計過程,將水泥土攪拌樁布置在相鄰錨索之間,三樁承臺調整為四樁承臺,合理地將樁基與錨索避開。重疊位置,加長支護樁,用作工程樁。選取最不利地質剖面,實現基坑合理分段,優化設計。三維設計較常規設計樁長節約1219米,錨索長度節約5161米,節約工程造價174.1萬元。

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      3、快速生成國標工程量清單

      基于自主研發的編碼工具實現對水廠模型的自動賦碼,關聯國標清單編碼,實現快速算量統計。利用編碼工具,通過編碼表建立編碼數據庫,完成快速的模型賦碼,并導出國標工程量清單。

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      4、復雜環境下設備吊裝模擬分析

      水廠體量大、結構復雜、空間嵌套疊合,造成設備吊裝、檢修難度大。通過BIM模擬,確保每個設備都有合理的安裝及檢修條件。

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      5、場地布局、廠區管線三維設計應用

      采用BIM技術,建立原始地形參數模型,基于模型根據池底單體標高要求進行動態調整,達到合理的土方平衡。在同一個場景環境下,搭建各專業模型并進行整合,可以直觀有效地進行空間關系協調。廠區復雜管線綜合設計,避免管道碰撞,指導現場施工。利用BIM軟件,可實現廠區內管道及管件數量的一鍵導出,節省了設計人員統計數量的時間,同時準確率也得到保障。

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      6、BIM+智慧水廠運維應用

      依托工藝基礎,搭載控制+數理模型,采用先進自控系統和智慧水廠平臺,實現水廠精細化運行、智能化控制、全流程數字化運營。利用工業大數據的操作運行和設備狀態監測的歷史數據,建立整個水廠生產或重要設備的數據模型,用模型生成的健康度監測設備在線健康狀態,真正實現水廠的智能化監視及預警。根據歷史數據建立數學模型,通過機器學習框架訓練,獲取出水水質與原水水質水量、運行參數之間的內在數學聯系模型;根據對水量、水質的變化提前進行加藥量計算,同時基于出水反饋值進行加藥量修正。

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      項目針對復雜地質條件,構建大型水處理池體的三維樁基精細化設計方法;針對用地緊張、基坑數量多,開展全廠三維地質、結構、基坑模型整合應用;針對水廠規模超大、業主造價審核單位工作需要,研發全廠復雜水處理建構筑物BIM模型構件自動賦碼,實現BIM模型自動導出分部分項工程量清單;針對設備尺寸大、空間結構復雜,基于BIM模型開展復雜工況條件下的設備安裝及檢修模擬;利用BIM正向設計成果及無人機航拍技術,在施工階段開展可視化交底,現場漏、碰、缺檢查;基于BIM正向設計成果,構建“數字孿生水廠”,開展智慧運營管控、智慧安防、智能加藥等應用。

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      此外,項目將BIM技術創新應用于超大型現代化水廠設計,解決傳統二維設計諸多痛點問題,取得了可觀的經濟、社會效益。該工程的順利實施,對于打造數智化+綠色低碳型供水工程具有重大示范意義。

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