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新加坡是全球城市高效用水及創(chuàng)新水循環(huán)科技的范例。新加坡大士凈水廠是世界上第一個在固體廢物和廢水處理過程中最大限度地利用能源和資源的工業(yè)生態(tài)環(huán)保項目,設(shè)計處理生活污水量為65萬立方米/天，工業(yè)廢水量為15萬立方米/天，是全球最大的MBR工藝處理廠。
2021年，華東院承擔(dān)了該項目全過程BIM咨詢?nèi)蝿?wù)，充分發(fā)揮“工程+IT”深度融合優(yōu)勢，打通各階段BIM及“BIM+”應(yīng)用體系，全生命周期BIM應(yīng)用，打造面向未來的高智慧新概念水廠，為全球水務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供典型樣板。
創(chuàng)新理念
打造水務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型全球樣板
新加坡大士凈水廠采用五級AO分級布水工藝、膜生物反應(yīng)、三段反滲透等多項先進(jìn)技術(shù)，產(chǎn)水率高達(dá)85%，出水可作為直飲水。凈水廠工藝流程的廢物和副產(chǎn)品被用作鄰近固廢處理單元的輸入資源，形成自給自足、互補(bǔ)互助的綠色綜合體，產(chǎn)電與處理過程耗能之比高達(dá)87%。項目通過厭氧工藝高效回收有機(jī)質(zhì)能量進(jìn)行產(chǎn)熱發(fā)電，是傳統(tǒng)污水廠能量回收率的兩倍。
如此復(fù)雜的工藝流程和結(jié)構(gòu)形式對設(shè)計布局、建造管理以及運維都有著極高的要求。傳統(tǒng)的設(shè)計建造方式已無法滿足如此龐大復(fù)雜的水處理系統(tǒng)高質(zhì)量建設(shè)管理需求以及未來城市大數(shù)據(jù)管理對公共設(shè)施資源全面整合的需求。
2003年以來，作為引領(lǐng)中國工程行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的設(shè)計企業(yè)，華東院始終將BIM技術(shù)視為提高企業(yè)經(jīng)營管理水平和核心競爭力、推動行業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)跨越式發(fā)展的重要途徑，制定了水務(wù)行業(yè)全生命周期BIM應(yīng)用路線，形成了一整套國內(nèi)領(lǐng)先的水務(wù)數(shù)字化解決方案，最終在全球BIM應(yīng)用成熟度最高的新加坡市場，成功中標(biāo)大士凈水廠全過程BIM咨詢?nèi)蝿?wù)。
項目建設(shè)過程中，華東院以BIM為載體實現(xiàn)項目各階段所有信息高度融合，涵蓋設(shè)計階段信息完整傳輸、施工階段對整個項目20多個標(biāo)段100余家參建方的高效管理、運維階段的實時數(shù)據(jù)以及資產(chǎn)信息和運營管理，成為水務(wù)行業(yè)中對BIM施工管理應(yīng)用最深入透徹、采用BIM技術(shù)整合資源最多的項目；項目率先貫徹實踐了BIM 6D資產(chǎn)管理理念，真正做到全部資產(chǎn)從設(shè)計到運維全階段信息的整合。
不同于國內(nèi)BIM應(yīng)用追求效果的展示，大士凈水廠項目賦予BIM模型更多的內(nèi)涵，在全生命周期過程中進(jìn)行信息積累，包括圖形信息、施工信息、資產(chǎn)信息等，同時過程中對信息加以利用，保證信息的有效性和時效性，充分發(fā)揮BIM在每個階段的價值。被評為“2022年度應(yīng)用BIM最佳的基建設(shè)施項目”。
技術(shù)突破
從BIM 2D到6D的全生命周期BIM應(yīng)用
大士凈水廠項目決策和方案討論完全基于華東院為其量身打造的BIM解決方案，設(shè)計成果由模型輸出，以圖模聯(lián)動、方案共語進(jìn)行審查；項目所有相關(guān)方使用同一平臺及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行協(xié)同管理，真正將BIM 2D-6D應(yīng)用貫穿全生命周期，為水務(wù)工程的規(guī)劃、設(shè)計、采購、施工、運維等全過程賦能。
01 協(xié)同化設(shè)計：2D，3D—模型深化，模型出圖。
利用設(shè)計信息在三維模型中直觀地進(jìn)行協(xié)同設(shè)計，有效避免碰撞。BIM團(tuán)隊、工程師和其他項目合作方借助BIM技術(shù)識別相互間的依存與沖突，快速評估設(shè)計迭代，有效提高設(shè)計質(zhì)量；模型中設(shè)置動態(tài)視圖與2D平剖面圖紙關(guān)聯(lián)，提高設(shè)計效率，減少了60%設(shè)計變更，大大縮短了設(shè)計周期。上述信息模型提高了工程的一致性和協(xié)調(diào)性。
02 精細(xì)化施工管理：4D—施工仿真，穿越未來。
以P6驅(qū)動BIM實現(xiàn)施工進(jìn)度可視化仿真。通過BIM團(tuán)隊與計劃工程師團(tuán)隊的合作，一方面基于模型空間布局編制更加合理的進(jìn)度計劃，另一方面通過進(jìn)仿真對已有計劃進(jìn)行校核優(yōu)化。項目實施兩年期間，BIM團(tuán)隊通過進(jìn)度模擬為項目進(jìn)度提出優(yōu)化措施十余項，大大減少了現(xiàn)場施工協(xié)調(diào)成本，節(jié)省了約120天工期。
03 精細(xì)化施工管理：5D—成本驅(qū)動，開支有度。
通過5D編碼支持價值分析，提升成本驅(qū)動設(shè)計(Design 2 Cost)的實景應(yīng)用，優(yōu)化可持續(xù)分析。對成本追蹤和對未來成本預(yù)算由傳統(tǒng)人工手動計算需數(shù)天完成轉(zhuǎn)變?yōu)榧磿r從模型導(dǎo)出，效率提升了近200%。同時將4D進(jìn)度模擬和5D編碼相結(jié)合，實現(xiàn)了基于三維模型的成本仿真以及計劃成本支出和實際成本支出的動態(tài)分析，從而更精確更高效地管控項目的成本支出情況。該項目5D應(yīng)用實踐也為大型公建項目基于三維模型管控各標(biāo)段各階段成本數(shù)據(jù)提供了范例。
04 智慧化運維管理：6D—資產(chǎn)管理，賦能運營。
通過建造期間積累了設(shè)計信息、施工信息和資產(chǎn)信息，大士凈水廠BIM模型成為一個完整便捷的數(shù)據(jù)儲存庫。項目可以提前完成虛擬移交，BIM技術(shù)能實現(xiàn)高效傳輸且不會丟失任何數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可用于投運前的模擬運行。在運維階段，新加坡水務(wù)局通過資產(chǎn)管理系統(tǒng)能夠快速調(diào)取特定區(qū)域特定資產(chǎn)的全生命周期信息，用于實現(xiàn)水廠的數(shù)字化智慧化管控。未來通過BIM模型對所有基建設(shè)施進(jìn)行數(shù)字化融合，最終建成城市級水務(wù)系統(tǒng)并實現(xiàn)城市級服務(wù)設(shè)施數(shù)字化智慧化管控。
數(shù)字賦能
推動中國水務(wù)行業(yè)加速轉(zhuǎn)型
中國水務(wù)行業(yè)經(jīng)過近二十年的發(fā)展，技術(shù)和設(shè)施雖然在節(jié)能減排、升級換代等方面都進(jìn)行了不同程度的改造與提高，但現(xiàn)有技術(shù)路線仍存在高能耗、高物耗的問題。在“十四五規(guī)劃”和“碳中和”目標(biāo)的宏觀愿景之下，如何實現(xiàn)水務(wù)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，賦能節(jié)能環(huán)保綠色可持續(xù)發(fā)展，以達(dá)到社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙贏，是對每一個水務(wù)企業(yè)智慧的考驗。
新加坡大士凈水廠是華東院在BIM應(yīng)用成熟度較高的國際市場一次重要探索?；谧匝蠧DE管理平臺、數(shù)字孿生等技術(shù)支撐，構(gòu)建了一整套水務(wù)項目BIM全生命周期的解決方案，具備了復(fù)雜廠站類項目BIM各階段應(yīng)用能力，初步形成了“一個平臺，一個模型，一個數(shù)據(jù)架構(gòu)，N個應(yīng)用場景”的BIM體系，努力實現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計建造、數(shù)字化成果交付和智慧水廠建設(shè)。目前已充分推廣應(yīng)用到香港小濠灣水廠、臨平自來水廠、江南水廠改擴(kuò)建項目、蕪湖智慧排水等十余個同類項目里，取得良好效果。
其中，臨平自來水廠BIM技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計階段方案優(yōu)化和質(zhì)量提升，結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，打造“最美花園水廠、一流品質(zhì)水廠、創(chuàng)新智慧水廠”。江南水廠項目主要應(yīng)用BIM指導(dǎo)施工，結(jié)合建管平臺實現(xiàn)智慧建造及精細(xì)化施工管理，并為后期智慧運維提供孿生底座。
華東院水務(wù)數(shù)字化解決方案及其應(yīng)用實踐，是對BIM發(fā)展所面臨的諸多問題的解答，對中國水務(wù)行業(yè)BIM發(fā)展有著深遠(yuǎn)的借鑒意義。未來，華東院堅持通過自主創(chuàng)新，努力以其卓越的數(shù)字化能力和工程技術(shù)能力，勇于實踐，不斷探索，以新加坡大士凈水廠等一大批BIM 技術(shù)應(yīng)用為起點，不斷完善水務(wù)行業(yè)BIM全生命周期應(yīng)用，持續(xù)推動水務(wù)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級和共同進(jìn)步。
原標(biāo)題：華東院數(shù)字化解決方案：勾勒未來水廠新畫卷
