水厂全生命周期建设工程数字化解决方案

张 琦

（上海市政工程设计研究总院集团有限公司，上海 200092）

对于上海这座国际化大都市来说，重大环境基础设施体系日趋完善，为响应国家建设绿色城市号召，水厂建设项目作为重要的民生工程，是改革与发展的主要阵地。水厂建设工程项目类型包含新建、扩建、改建，在处理工艺上也逐步从提标改造向提质增效进行转型。在建设过程中应充分考虑厂区原有构筑物、工艺的老旧状态与新工艺的系统相结合，进行集约设计、科学建造与智慧管理。如何做好水厂建设与新技术的融合，深度发掘并体现数字化、智能化、智慧化在市政工程行业中的作用及价值，为成功打造以数字化、信息化为主导的现代工程建设新业态提出了更高要求。作为建设工程设计与实施的参与者，需要我们针对这一建设类型，通过分析具体工程的特点及重点，在结合传统项目设计、管理的工作模式的基础上，利用数字+BIM 的方式提炼新的工程应用点，实现技术优化、管理提升，全面赋能全生命周期建设工程的实施成效。

1 数字化BIM 技术应用亮点

通过了解并挖掘水厂建设全生命周期的需求和特点，围绕水厂建设全过程，在策划、设计、建造及运维交付各个环节都应有针对性及侧重点的数字化应用专项，聚焦目前行业内可实践，并确有成效的数字化专项应用，重点包含了以BIM 技术、物联网技术及基于平台的大数据AI 分析等的数字化解决方案。

1.1 利用BIM 技术实现设计数字化

在规划设计前期，通过对构筑物及工艺系统的全面梳理及信息整合，通过标准化的模型构件单元、数据模板，搭建规范化的全专业模型，过程中与设计互相提资及反复验证、优化及整合，实现项目的“数字孪生”模型，同时，在设计阶段就同步考虑运维数据需求，确保模型中已包含为后期智慧建造、智能运维相关的构件属性，为后期建设、运营提供数据基底。例如，建设过程中桩基的编号、运维中生产厂家提供的运管编码等参数或字段，通过模型构件的属性预设，为后期建设信息的补充和延展，数据接口和拾取打下基础。

1.2 通过物联网技术打通施工智能化

在施工建造前期，通过与现场各监测设备仪器、终端进行信号连接，结合项目需求，通过推动现场设备终端、IoT 物联网技术、云服务等打造以自动监测为主的智慧工地。将接收到的数据进行筛选、清洗，以数据轮播图、BI 数据分析图、智慧大屏等多重表现形式实现对涉及项目人、机、料、法、环的全方位、多维度的实时管控，把所有传感信息纳入统一平台，实现对建设工地的全方位感知及把控。例如，通过人员定位传感系统与视频监控AI 分析方法相结合，可有效采集到个人信息及人员轨迹，对在场作业人员安全帽佩戴合规性、违规闯入等情况进行实时追踪与事后追溯，实现安全管理智能化。

1.3 基于平台大数据AI 分析把控建造智慧化

工程建设过程中，为提升项目的管理和沟通效率，将项目管理与BIM 技术深度融合，运用系统开发的建设管理平台，进行各方协同管理，并将项目进度、质量、资源进行及时的数据优化部署。基于多元异构的BIM 模型数据将项目实体、各组织要素以及管理流程进行多维度的集成、分析及预判，运用数字化手段提升管理效能。例如，基于平台的塔吊监测，通过平台部署塔吊模型及塔吊基本信息，在模型文件上关联监测设备，实现对现场塔吊施工组织的数字化呈现。进一步，从现场进行数据采集，对塔吊高度、幅度、回转、起重量、仰角、风速6个性能进行传感器信号接收，来确保即时数据的完整性和准确性。最后经分析影响因素和安全指标，根据规范设置禁戒阈值，实现智慧化预警，联动应急措施，将预警、预判做到与手机信号的关联，对塔吊实施操作进行全方位管控，对风险隐患进行报警提醒。形成从收集、统计、决策及判断上真正的智慧化。

2 实践案例BIM 技术与水厂全生命周期建设工程的深度融合

BIM 及数字化技术的创新应用应结合项目的实际需求，根据定制化的建设思路，选取不同的BIM 技术，形成一体数字化解决方案。

上海市长桥水厂地处上海老城区，始建于1959年，历史久远，是上海中心城区规模最大的水厂之一，总体供水规模140万m3/d。为进一步提高城区供水水质，建设工程是对长桥水厂进行深度处理改造，包括新建60万m3/d 常规处理工程和140万m3/d 的深度处理工程，依靠本工程将进一步提高长桥水厂供水安全保障能力。在建设前期考虑到本工程是在不新征用地的情况下，在原厂区内完成所有改造工程，并要求改造期间确保120万m3/d 的持续供水能力，对设计、施工提出很高挑战。项目从整体把控，将BIM 技术和信息化管理理念综合应用贯穿项目全生命周期，通过前期策划、调研，标准制定，建立协同管理机制等一系列管控措施，确立项目数字化整体解决方案及思路。

2.1 设计阶段BIM 技术应用

（1）全系统、新老工艺模型创建。针对现有场地地下管线复杂的现状，通过老图纸收集和物探技术应用，将地下管线的三维BIM 模型进行重建，梳理水厂各类现有管道系统的空间位置和系统流向，用于指导项目部施工组织和现场施工开展，施工过程中根据开挖后管线的实测数据直接进行模型信息的修正，逐步形成完整的厂区地下管网数字资产，为今后水厂的运营和改造提供可靠的数字化基础。

（2）设计方案可视化展现。在设计阶段利用REVIT软件进行厂区BIM 总体设计，将构筑物的单体设计模型进行多种方案的排布和讨论，并逐步细化工艺设备专业、建筑专业、自控仪表的设计方案及模型，形成建成后的实景展示，并通过虚拟仿真技术及VR/AR 交互体验技术，进行全厂区、全方位和全流程可视化展示，提升对项目的前期把控能力。

图1 利用数字化模型进行专业整合与设计优化

2.2 施工阶段物联网技术应用

（1）人员定位系统。针对施工现场用地紧张，人员管理及安全管控要求高的特点，利用物联网技术，在安全帽上加装RFID 芯片，通过传感设备，将现场人员定位信息进行采集，通过对施工区域的人员进行精确定位管理，绘制人员行动轨迹，并利用视频摄像头采集现场影像，与系统开发相结合，设置电子围栏，对在场人员是否在安全工作范围内进行识别和预警，有力保障施工作业人员的安全。通过基于管理平台的数据集成、统计与自动报警推送功能，有效辅助管理人员第一时间了解在场施工作业人员的情况，及时分析、排查安全隐患。

（2）环保监测系统。考虑工程地处上海城区，施工对周围环境的影响，同时为提升项目建设品质，贯彻绿色建造理念，在建设过程中对项目环境质量进行实时监控，通过现场环保监测设备与管理平台关联，将环保数据传输至平台，通过即时统计并形成环保图表，展现环境监测实时数据，通过设置环保阈值，对超过扬尘阈值的数据进行报警，触发现场雾化喷淋联动应急措施，减少对周边环境的影响。

2.3 应用平台进行大数据AI 分析

建立建设管理平台，对施工建造期的人、机、料、法、环进行全方位、多层级的项目统管，将项目实施各方纳入平台信息维护与管理协调中，实现工程的信息全面把控，并将BIM 模型与工程数据进行关联，打造基于BIM 的建设管理平台，实现工程建设的信息化、数字化。

图2 基于物联网技术实现环保监测数据平台展现

（1）人员实名制系统。通过项目平台对人员实名制进行科学化、智能化管理，利用AI 人脸识别技术对施工作业人员的证件信息进行采集，并通过现场拍照打卡，以及门禁闸机识别功能，对后台数据信息与真实照片进行比对，防止冒名顶替、身份信息造假、超龄上工等现象的发生。通过工地上的大数据中心，能准确收集到项目现场人员的相关信息，消除数据孤岛，对数据进行综合分析，对工地实名制管理、考勤管理、防疫管理提供更为高效合理的管控手段和决策依据。

（2）设备管理系统。针对水厂工程设备的特殊性和对水厂运行的重要性，本项目基于全场工艺设备的全生命周期信息作为管理重点，通过管理平台将设备名录和设计BIM 模型进行匹配，并在订单采购、发货通知、到场接收以及安装验收等信息进行真实数据采集，通过全流程进行精细化管控，确保设备资料的完整性和准确性，以三维可视化和设备台账信息相关联，作为设备大数据的信息集成。同时为每台设备制作惟一标识的二维码，通过电子终端扫码实现设备信息的随时查询和维护，为本工程的全数字化资产移交以及智慧水厂的运维系统部署做好数据准备。

图3 设备工艺系统与BIM结合形成信息联动

3 结束语

总之，基于BIM 的设计、智能化施工管控与建设管理平台的有效联动，通过实践数字化新技术，改善原有项目实施的操作与管理方式，实现高于并优于原有项目的效益。最终通过基于BIM 的技术赋能，将信息技术成果进行数字化资产交付，为后期与项目运营生产系统对接提供可靠依据，实现基于BIM 的智慧化运行管理体系。未来，数字化必将作为新的业态，为传统工程设计与建设赋能，为全生命周期的建设工程赋予新的价值与定义。