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

一、項目概述

松山湖水廠(chǎng)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(xué)中心先行啟動(dòng)區。工程規模110萬(wàn)平方米/天，是目前亞洲一次性建成規模最大的給水廠(chǎng)。工程占地19.45公頃，總投資約38億元，設計出水水質(zhì)標準達到國內領(lǐng)先、國際先進(jìn)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(diǎn)，作為重要民生督導工程，以建設系統完備、高效實(shí)用、智能綠色、安全可靠的現代化水廠(chǎng)為目標。

二、項目重難點(diǎn)

該項目在設計實(shí)施過(guò)程中，面臨以下六大重難點(diǎn)：一是原始地形復雜，池體構筑物較多，土方平衡及廠(chǎng)區合理布局難度大；二是廠(chǎng)區管道系統繁多，管線(xiàn)規格及埋深跨度大，設計復雜；三是工程規模大，專(zhuān)業(yè)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(zhì)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。

三、BIM創(chuàng )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(cháng)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(diǎn)，項目團隊開(kāi)發(fā)了一整套解決方案，包括地勘孔點(diǎn)數據自動(dòng)提取、生成三維地層，自動(dòng)計算樁長(cháng)和樁基承載力，樁基自動(dòng)編號生成明細表。Python編程實(shí)現一鍵框選地勘平剖面孔點(diǎn)數據，自動(dòng)整理孔點(diǎn)土層數據至Excel，省去人工整理費時(shí)費力，大幅提升設計效率。

基于Revit二次開(kāi)發(fā)三維樁基工具箱，實(shí)現樁長(cháng)和樁基承載力值自動(dòng)計算。利用三維樁基工具箱，結合Revit原生功能，實(shí)現樁基自動(dòng)編號出圖及樁基工程量自動(dòng)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(cháng)節約6100米，工程總造價(jià)節約91.5萬(wàn)元，經(jīng)濟效益可觀(guān)。

2、三維基坑支護合理優(yōu)化設計

針對廠(chǎng)區基坑數量眾多、地層復雜等設計難點(diǎn)，利用自主研發(fā)地質(zhì)軟件，導入地勘數據，生成三維地質(zhì)模型。建立全廠(chǎng)基坑三維模型，通過(guò)三維地質(zhì)、結構、基坑模型的結合，解決支護樁、管樁、攪拌樁、錨索碰撞問(wèn)題。

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(wú)法施工。三維協(xié)調設計過(guò)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(kāi)。重疊位置，加長(cháng)支護樁，用作工程樁。選取最不利地質(zhì)剖面，實(shí)現基坑合理分段，優(yōu)化設計。三維設計較常規設計樁長(cháng)節約1219米，錨索長(cháng)度節約5161米，節約工程造價(jià)174.1萬(wàn)元。

3、快速生成國標工程量清單

基于自主研發(fā)的編碼工具實(shí)現對水廠(chǎng)模型的自動(dòng)賦碼，關(guān)聯(lián)國標清單編碼，實(shí)現快速算量統計。利用編碼工具，通過(guò)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。

4、復雜環(huán)境下設備吊裝模擬分析

水廠(chǎng)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(guò)BIM模擬，確保每個(gè)設備都有合理的安裝及檢修條件。

5、場(chǎng)地布局、廠(chǎng)區管線(xiàn)三維設計應用

采用BIM技術(shù)，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(jìn)行動(dòng)態(tài)調整，達到合理的土方平衡。在同一個(gè)場(chǎng)景環(huán)境下，搭建各專(zhuān)業(yè)模型并進(jìn)行整合，可以直觀(guān)有效地進(jìn)行空間關(guān)系協(xié)調。廠(chǎng)區復雜管線(xiàn)綜合設計，避免管道碰撞，指導現場(chǎng)施工。利用BIM軟件，可實(shí)現廠(chǎng)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(shí)間，同時(shí)準確率也得到保障。

6、BIM+智慧水廠(chǎng)運維應用

依托工藝基礎，搭載控制+數理模型，采用先進(jìn)自控系統和智慧水廠(chǎng)平臺，實(shí)現水廠(chǎng)精細化運行、智能化控制、全流程數字化運營(yíng)。利用工業(yè)大數據的操作運行和設備狀態(tài)監測的歷史數據，建立整個(gè)水廠(chǎng)生產(chǎn)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(xiàn)健康狀態(tài)，真正實(shí)現水廠(chǎng)的智能化監視及預警。根據歷史數據建立數學(xué)模型，通過(guò)機器學(xué)習框架訓練，獲取出水水質(zhì)與原水水質(zhì)水量、運行參數之間的內在數學(xué)聯(lián)系模型；根據對水量、水質(zhì)的變化提前進(jìn)行加藥量計算，同時(shí)基于出水反饋值進(jìn)行加藥量修正。

項目針對復雜地質(zhì)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(kāi)展全廠(chǎng)三維地質(zhì)、結構、基坑模型整合應用；針對水廠(chǎng)規模超大、業(yè)主造價(jià)審核單位工作需要，研發(fā)全廠(chǎng)復雜水處理建構筑物BIM模型構件自動(dòng)賦碼，實(shí)現BIM模型自動(dòng)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(kāi)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(wú)人機航拍技術(shù)，在施工階段開(kāi)展可視化交底，現場(chǎng)漏、碰、缺檢查；基于BIM正向設計成果，構建“數字孿生水廠(chǎng)”，開(kāi)展智慧運營(yíng)管控、智慧安防、智能加藥等應用。

此外，項目將BIM技術(shù)創(chuàng )新應用于超大型現代化水廠(chǎng)設計，解決傳統二維設計諸多痛點(diǎn)問(wèn)題，取得了可觀(guān)的經(jīng)濟、社會(huì )效益。該工程的順利實(shí)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。