建筑技术丨基于BIM的颜春岭填埋场施工关键技术研究及应用

1 工程概况

颜春岭生活垃圾填埋场位于海口市西南方向澄迈县老城开发区颜春岭，该填埋场是按照规范设计建设的无害化生活垃圾填埋场，设计库容为303.74万m³，设计使用年限为10年，于2001年5月建成并投入使用，于2020年12月底关停，实际累计服务近20年。本工程治理填埋场垃圾总规模为630.60万t，其中生活垃圾477.67万t，固化飞灰为11.83万t，渣土141.1万t（图1）。

图1 垃圾填埋场示意

在本工程治理过程中超容垃圾开挖总量为193.81万t，其中垃圾处理总量为133.18万t，固化飞灰外运处置11.83万t，炉渣外运处置48.8万t，外运处理超容垃圾规模为202.09万t，好氧稳定化+规范化封场垃圾规模为428.51万t。含有垂直防渗帷幕管控体系、堆体治理工程、飞灰螯合及转运工程、超容垃圾外运焚烧发电处置工程，剩余垃圾规范化封场工程。

2 项目难点及BIM技术实施目标

2.1 项目难点

本项目周边地理环境复杂，不便于施工开展。颜春岭生活垃圾填埋场位于海口市西南方向澄迈县老城开发区颜春岭，地理位置偏僻，低质环境复杂，导致施工开展难度极大。项目体量较大，施工内容复杂。目前该填埋场库容已达到450.43万m³，远超出设计库容，长期超负荷运行导致填埋场存在较大的环境风险及安全隐患。环境保护问题。项目的存储垃圾在施工开展过程中可能会出现各种不可控的有害物质及气体，这些释放在空气中挥发物会对环境造成重大影响。

2.2 项目BIM的实施目标

（1）通过引入BIM技术，对项目等关键技术进行分析，通过施工过程的模拟，提前发现施工过程中可能出现的问题及难点。对相应施工工艺进行优化，进而提高施工效率。

（2）通过BIM模型的建立，对大体量项目的信息进行高度集成。便于管理者统计分析相关的物料等信息。基于高度集成的模型进行分析，可有效提高工地的施工管理水平。同时，提前建立相关BIM模型，可对未施工阶段部分进行参数设计，快速生成不同的设计方案，提高设计的质量。

3 BIM技术的基础应用

3.1 施工工艺模拟

BIM施工工艺模拟是利用BIM技术对施工工艺技术进行模拟和优化的过程。在BIM的施工工艺模拟过程中需要先建立BIM模型。通过BIM软件将施工过程中的步骤、操作与相关活动以三维模型的形式表达出来，然后结合使用BIM软件和模拟软件，模拟施工过程的动态变化，包括设备的操作运行、人员变化等。本项目中对快速好氧稳定施工、整体好氧稳定施工等施工过程中钻井开挖与设备安装，以及管道布置都进行了施工工艺模拟，从而调整和优化施工工序，提高施工效率。好氧稳定工艺如图2所示。

图2 好氧稳定工艺

3.2 碰撞检测

本项目存在多个项目交叉作业，包括好氧稳定施工注气井、排气井、管道交叉，管道工程与建井工程等各专业交叉作业的情况。运用BIM模型将不同专业的模型信息进行整合，通过软件解析模型之间是否存在碰撞和冲突的情况，可提前发现和解决施工过程中可存在的问题，减少不必要的修改与调整。

3.3 标准化工地建设

运用BIM技术建设标准化是通过运用BIM技术将工地的所有信息资源集成整合，以实现工地的数字化、信息化和智慧化，有助于提高施工现场的管理水平、保障工程的质量和推进整个工程的环保与安全发展。结合施工设计相关信息，建立了各个施工设备、期间的标准化族库，从而使建立的BIM模型更加标准化和规范化，便于项目与项目模型以及工程与工程之间的对接。

3.4 施工进度管控

BIM模型具有将不同专业、不同模型之间的信息都合并到一个模型之中，真正实现了建筑模型的统一化和高度集成化。管理者在BIM模型中可实时掌握工程进度的变化，随时做出管理调整和控制，对整个施工过程的进度进行把握和管控。

3.5 可视化漫游

结合Sketch、Unity 等软件将虚拟模型与实际场景结合，可实现交互式的场景漫游和观察。可提供给用户工程环境结构和布局，以便于管理人员更加直观地了解工地现场的信息。

4 BIM技术的深化应用

4.1 机电三维深化

本项目生产辅助区域较多，整合车间、沥水车间、筛分车间、预处理车间等。在建筑信息模型（BIM）中，对机电工程进行精细化、三维化的设计，包括对机房内设备、管道、电器进行等进行精细化设计。

另外，本项目在整体好氧阶段需要监测井、注气井、送气井、收集井等多种类井和管道，通过BIM技术实现机电三维深化以优化空间布局、提高工程效率，从而达到降低成本、减少施工错误和提高项目质量的目的。同时利用BIM技术对机电系统进行模拟、优化和可视化，以便更好地指导施工和后期运维。

4.2 复杂节点三维深化

由于本项目涉及多种专业、多个系统，如建筑、结构、给排水、电气、暖通空调等。各种复杂节点设计复杂。在复杂节点三维深化过程中，利用BIM技术对各专业进行协同设计，针对复杂节点的结构形式，进行精细化设计，确保结构安全可靠，同时根据工程特点，对复杂节点的安全措施进行深化设计，提高工程安全性，以确保节点部位的施工顺利进行。

4.3 现浇混凝土结构深化设计

BIM现浇混凝土结构深化设计是指利用建筑信息模型（BIM）技术，对现浇混凝土结构的施工图纸进行精细化、三维化的设计，以提高工程效率，降低成本，减少施工错误和提高项目质量。

在项目实施初期，利用BIM技术对现浇混凝土结构进行优化设计，包括梁、板、柱等构件的尺寸、配筋等方面的优化。同时根据结构设计要求，对钢筋进行精细化布置和连接方式的设计制订最优效果方案。另外制订混凝土浇筑方案，包括浇筑顺序、浇筑厚度、振捣方式等，以确保混凝土的质量和外观。

5 BIM技术扩展应用

5.1 BIM+VR技术

VR技术是一种模拟现实环境的计算机技术，通过电脑等设备生成的虚拟场景和感官设备的辅助，使使用者与虚拟环境进行实时交互。

通过BIM（建筑信息模型）和VR（虚拟现实）结合，BIM+VR技术可提供更丰富、更真实的虚拟建筑环境。在建筑施工现场管理中，BIM+VR技术可提供更加直观、真实的施工现场展示，帮助管理人员更好地了解施工进度、质量情况，保障施工过程与设计目标的一致性。另外，房地产销售商可展示建筑的整体外观、内部布局、配套设施等，提供新的展示和体验方式。

5.2 BIM+三维激光扫描

三维激光扫描技术可快速、准确地获取被测对象的几何尺寸数据，为BIM模型的建立提供了更加准确的基础数据。同时，BIM模型也可为三维激光扫描提供更加精确的定位和测量依据，进一步提高扫描数据的精度和可靠性。

在施工前测量可利用三维激光扫描技术对施工现场进行测量，获取更加准确的数据，为施工方案的制订和调整提供依据。施工质量控制方面，可利用三维激光扫描技术对施工质量和进度进行监测和控制，及时发现和解决问题，提高施工质量和效率。在工程后期，可利用三维激光扫描技术对工程进行维护和管理，及时发现和解决存在的问题，提高工程的使用寿命和安全性，以便后期维护管理（图3）。

图3 三维激光扫描流程

6 结论

颜春岭填埋场项目中，通过BIM技术实现了多项专业间的复杂协同工作，利用BIM技术的信息高度集成化大幅提高了施工管理水平，另外与其他可视化技术的结合实现了项目的可视化与展示。BIM技术的使用大幅提高了整个项目的施工效率，具体效果如下。（1）通过BIM对复杂管线、节点等进行深化设计，提前排除问题。（2）BIM与模拟软件结合使用，优化施工工序。（3）通过BIM与三位激光扫描、VR等跨领域技术融合使用，大幅提高施工管理水平。本项目在依托于BIM技术，解决了传统施工过程复杂，人员、物料管理困难等问题，对于大体积垃圾填埋场的施工起到了正向化促进作用，大幅节省了工期，提高管理水平与施工质量。