長期以來，北京市通州地區(qū)供水能力不足，不能滿足城市開發(fā)建設(shè)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。通州水廠的建設(shè)是解決通州地區(qū)用水問題的重要舉措之一。在通州水廠設(shè)計中，采用BIM進(jìn)行三維設(shè)計，建立水廠標(biāo)準(zhǔn)化三維設(shè)計生產(chǎn)模式，完成水廠設(shè)計在PW平臺的環(huán)境布置，全過程、全專業(yè)進(jìn)行水廠三維協(xié)同設(shè)計，建立三維信息模型、生成施工圖紙并完成工程量統(tǒng)計。設(shè)計過程實(shí)現(xiàn)電纜的自動敷設(shè)和統(tǒng)計電纜材料清冊，完成三維鋼筋抽圖，進(jìn)行跨專業(yè)模型碰撞檢查，達(dá)到減少設(shè)計錯誤，提高設(shè)計質(zhì)量和效率，減少施工時材料浪費(fèi)，降低施工成本的作用。

 

　　【關(guān)鍵詞】通州、水廠、BIM、設(shè)計

 

 

　　通州位于北京的東南部，為北京市主要流域的的下游，水量豐富，但水質(zhì)性缺水嚴(yán)重。地表水的污染，使得眾多河流失去了作用飲用水水源的條件，通州成了北京水資源最緊缺的地區(qū)之一。該區(qū)處于城市自來水管網(wǎng)供水東部末端，現(xiàn)狀地下水超采嚴(yán)重，水廠供水能力不足，外調(diào)水量得不到保證，無法滿足遠(yuǎn)期規(guī)劃要求。

 

　　通州水廠以南水北調(diào)來水為水源，經(jīng)通州支線工程輸送原水至通州水廠。一期工程設(shè)計規(guī)模20萬立方米每日，供水服務(wù)面積155平方公里，服務(wù)人口90萬人?？傇O(shè)計規(guī)模60萬立方米每日，供水服務(wù)面積906平方公里，服務(wù)人口200萬人,建成后地區(qū)供水能力提升至2011年的2.8倍。

 

　　通州水廠項(xiàng)目將為優(yōu)化首都水資源配置，保障北京城市副中心供水安全，保護(hù)生態(tài)環(huán)境帶來重大意義。

 

　　針對主要水源為南水北調(diào)來水的水質(zhì)特點(diǎn)，通州水廠采用“預(yù)處理+常規(guī)處理+深度處理”的工藝，出水設(shè)計指標(biāo)達(dá)到國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。源水經(jīng)輸送到達(dá)水廠，先進(jìn)入格柵間截留較大的懸浮物、漂浮物，通過配水井將原水進(jìn)水分配至各期凈化系列。第一步進(jìn)入預(yù)臭氧接觸池去除水中的藻類、色、嗅、味等，改善過濾效果；第二步進(jìn)入高效沉淀池，使水中的藻類、懸浮物，混合、凝聚、沉淀；第三步進(jìn)入砂濾池，進(jìn)一步降低水的濁度。之后進(jìn)入主臭氧-活性炭濾池，有效去除消毒副產(chǎn)物，改善水質(zhì)的嗅、味等感官指標(biāo)及生物穩(wěn)定性。最后到達(dá)清水池，通過配水泵房將水輸送出廠到達(dá)千家萬戶。場區(qū)內(nèi)同時配有加藥間、加氯加酸加堿間、臭氧制備間，以滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要。

 

 

　　BIM,即BuildingInformationModeling，中文譯為建筑信息化模型。它是一個完備的信息模型，能夠?qū)⒐こ添?xiàng)目在全壽命周期中各個不同階段的工程信息、過程和資源集成在一個模型中，方便的被工程各參與方使用。通過三維數(shù)字技術(shù)模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，為工程設(shè)計和施工提供相互協(xié)調(diào)、內(nèi)部一致的信息模型，使該模型達(dá)到設(shè)計施工的一體化，各專業(yè)協(xié)同工作，從而降低了工程生產(chǎn)成本，保障工程按時按質(zhì)完成。

 

　　通州水廠全程采用了BIM設(shè)計,對水處理車間、清水池、綜合辦公樓和其他附屬建筑物等建立了數(shù)字化水廠三維模型。通過三維協(xié)同設(shè)計，使設(shè)計手段全面進(jìn)化，逐步推行標(biāo)準(zhǔn)化，并對二維設(shè)計的施工圖及工程量統(tǒng)計進(jìn)行校驗(yàn)。引入全生命周期設(shè)計及管理理念，全面提高設(shè)計質(zhì)量和工作效率，同時滿足政府對建筑節(jié)能、降低施工成本和減少對周圍環(huán)境影響的要求。

 

 

　　通州水廠項(xiàng)目采用ProjectWise作為三維設(shè)計的協(xié)同平臺。由于工程復(fù)雜，參與三維協(xié)同設(shè)計的專業(yè)有：工藝、水工、建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、水機(jī)、電氣、金結(jié)、地質(zhì)、測繪等。

 

　　各專業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)計資料、三維信息模型、抽取的二維圖紙及工程量統(tǒng)計表均使用PW平臺管理，通過相應(yīng)的人員及權(quán)限管理，使13個專業(yè)的50名工程師可以共享數(shù)據(jù)和模型，避免了二維設(shè)計階段各專業(yè)間按序提交設(shè)計資料和因?yàn)橘Y料不統(tǒng)一造成的設(shè)計錯誤。

 

　　水工、金結(jié)、建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)采用AECOsimBuildingDesigner、ProStructures軟件建立混凝土結(jié)構(gòu)的三維信息模型并進(jìn)行三維配筋工作。通州水廠設(shè)計中包含了大量的異形混凝土結(jié)構(gòu)，AECOsimBuildingDesigner軟件能夠方便直觀的繪制各類復(fù)雜的異形混凝土結(jié)構(gòu)模型。通過對二維圖紙的臨摹，建立混凝土結(jié)構(gòu)的大概輪廓，然后應(yīng)用諸如開孔，剪切實(shí)體等功能，使三維模型達(dá)到施工圖模型深度，并通過后臺添加模型屬性使三維模型成為信息模型。繪制完成異型混凝土結(jié)構(gòu)模型后，使用ReStation軟件可以完成模型內(nèi)部的三維配筋工作，通過定制模板可以大大提高三維配筋的工作效率。采用OpenRoad（PowerCivilforChina）進(jìn)行場地開挖和道路渠道設(shè)計，利用ECIDI二次開發(fā)的GeoStation三維地質(zhì)建模程序進(jìn)行地質(zhì)數(shù)據(jù)管理、地質(zhì)建模、分析計算、二維出圖。形成精確的土方算量和場地開挖方案。

 

　　電氣及自動化專業(yè)采用了Substation和BRCM軟件，進(jìn)行電纜敷設(shè)、電纜橋架及電氣元件的建模布置。在傳統(tǒng)二維設(shè)計模式下電氣及自動化專業(yè)的設(shè)計人員需要花費(fèi)大量的時間進(jìn)行計算分析和人工制圖，而且受二維設(shè)計環(huán)境的限制，很難參考其他專業(yè)的設(shè)計成果，設(shè)計效率較低。利用Substation和BRCM軟件進(jìn)行三維設(shè)計后，一方面設(shè)計人員有了統(tǒng)一的可協(xié)同的設(shè)計環(huán)境，保證了設(shè)計成品的標(biāo)準(zhǔn)化，提高了設(shè)計質(zhì)量和協(xié)同水平；另一方面利用BRCM軟件提供了自動敷設(shè)電纜的功能和實(shí)時材料統(tǒng)計功能，使設(shè)計效率得到提高，同時可實(shí)時了解電纜橋架的布置情況，從而對設(shè)計進(jìn)行更多的優(yōu)化。

 

　　工藝、暖通、給排水、水機(jī)專業(yè)利用OpenPlant系列軟件進(jìn)行水機(jī)、管道設(shè)計和出圖。

 

　　景觀綠化專業(yè)利用LumenRT軟件結(jié)合各專業(yè)總裝模型生成的iModel文件進(jìn)行動畫渲染和景觀布置，使新建項(xiàng)目與自然環(huán)境及周邊建筑物更協(xié)調(diào)。

 

　　最終利用Navigator進(jìn)行三維模型碰撞檢查和校審，發(fā)現(xiàn)了40余處設(shè)計疏漏和錯誤。同時由于精確的材料統(tǒng)計數(shù)據(jù)及時的反饋給施工單位，使得在電纜材料一項(xiàng)上就節(jié)省了10%左右的施工成本。

 

　　在多專業(yè)的協(xié)同配合下準(zhǔn)確的完成各單體模型的建立，利用軟件平臺方便高效的出圖功能，共生成二維圖紙400余張。通過篩選整理最終制作了通州水廠一期工程三維數(shù)字化設(shè)計圖集。圖集中采用三維軸測圖配以平（剖）面圖的表示方法，使圖紙包含了更多信息，得到了施工單位和業(yè)主的認(rèn)可。

 

 

　　采用了Bentley三維設(shè)計軟件之后，26位工程師耗時40天即完成了所有的三維建模、二維抽圖和工程量統(tǒng)計工作，在工程量統(tǒng)計一項(xiàng)上節(jié)省了50%以上的設(shè)計工時。同時，采用三維模型的碰撞檢查功能，削減了40%的圖紙審核工時。

 

　　利用ProjectWise軟件平臺，提升了各個專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計水平和手段，利用WorkSpace的推送使各參與專業(yè)能夠在一致的環(huán)境下建立模型，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。同時利用了ProjectWise軟件梳理規(guī)范了三維設(shè)計流程，保證團(tuán)隊(duì)的協(xié)同工作，大幅提高了工作效率。

 

 

　　通州水廠工程在設(shè)計理念階段和項(xiàng)目執(zhí)行階段都采用了多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新。

 

 

　　(1)凈水工藝布置：結(jié)合廠區(qū)地形地勢、利用原水水壓，優(yōu)化凈水工藝構(gòu)筑物的布置，減少了一級水泵提升，降低水廠運(yùn)行電耗10%~15%。

 

　　(2)供水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)：根據(jù)用水需求的變化，通過設(shè)置變頻裝置調(diào)節(jié)供水泵的運(yùn)行，降低水廠運(yùn)行電耗15%~25%。

 

　　(3)水源熱泵機(jī)組系統(tǒng)：利用水源充足的有利條件，設(shè)置水源熱泵循環(huán)系統(tǒng)，冬季供暖、夏季供冷，較普通中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)省能耗40%以上。

 

　　(4)太陽能熱水系統(tǒng)：充分利用地處平原地帶光照的有利條件，利用太陽能加熱，減少化石能源或電能消耗45%以上，有效降低碳排放量。

 

　　(5)雨洪利用系統(tǒng)：通過布置下凹綠地及透水磚，收集廠區(qū)80%匯水面積內(nèi)的雨水，回用于澆灑綠地。

 

 

　?。?）協(xié)同工作的創(chuàng)新：采用ProjectWise軟件提高了多專業(yè)協(xié)同的水平和手段。

 

　　（2）質(zhì)量管理的創(chuàng)新：模型碰撞檢查提高了設(shè)計質(zhì)量，減少了圖紙審查的工作量，同時快速高效的工程量統(tǒng)計也減少了人工統(tǒng)計的誤差和時間。

 

　　（3）設(shè)計手段的創(chuàng)新：采用AECOsimBuildingDesigner軟件能夠方便直觀的繪制各類復(fù)雜的異形混凝土結(jié)構(gòu)模型；ReStation軟件可以完成模型內(nèi)部的三維配筋工作，并生成施工圖紙；Substation和BRCM兩款軟件為電氣及自動化專業(yè)的設(shè)計人員提供了其他專業(yè)協(xié)同并行設(shè)計的絕佳工具。

 

 

　　北京市是城區(qū)人口達(dá)到2000萬的特大城市，建設(shè)通州新城和北京城市副中心意味著北京市行政副中心建設(shè)不僅成為京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，也肩負(fù)起逐步帶動中心城區(qū)人口向通州轉(zhuǎn)移，醫(yī)治北京市“大城市病”的歷史重任。通州水廠項(xiàng)目既解決了目前通州供水緊張的局面，也是未來北京城市副中心建設(shè)和發(fā)展的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)設(shè)施保障。

 

　　通州水廠工程建成后，城市副中心及通州新城納入南水北調(diào)供水范圍，能夠提升地區(qū)供水的水質(zhì)、水量、水壓，達(dá)到中心城的供水水平，出水水質(zhì)達(dá)到或優(yōu)于WHO及美國EPA標(biāo)準(zhǔn)，將大幅提升通州地區(qū)用水條件，是一項(xiàng)重要的民生工程。同時，通州水廠的提前建成，也為市政府向通州搬遷提供了用水條件，是未來城市副中心建設(shè)和發(fā)展的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)設(shè)施保障。

 

　　本項(xiàng)目投入運(yùn)行后將為90萬人口提供62.9%的生活、生產(chǎn)用水供給，供水安全系數(shù)提升至1.3。同時以外調(diào)地表水置換本地地下水供水，使地下水源供水占比由2011年的74.2%下降至21.4%，充分涵養(yǎng)地下水源。

 

　　通州水廠一期工程三維設(shè)計，為工程建立了可靠的信息檔案，其三維設(shè)計成果應(yīng)用于設(shè)計、施工、管理等階段，促進(jìn)了參建各方的信息共享和交流，三維設(shè)計模型的復(fù)用大大提高了二期工程的設(shè)計效率，成為了北京水利工程三維設(shè)計應(yīng)用的典范。

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