Công ty TNHH Viện Thiết kế Kỹ thuật Thành phố Thượng Hải (SMEDI) đã làm việc với Công ty TNHH Tập đoàn Nước Chengtou Thượng Hải để cung cấp một nhà máy xử lý nước thải ngầm lớn (WWTP) với mục đích biến nó thành cơ sở bền vững và thông minh nhất của loại hình này ở Trung Quốc. Dự án này lọt vào chung kết Giải thưởng AEC Excellence 2019 cho các dự án trung bình về Thiết kế cơ sở hạ tầng.
Việc xây dựng nhà máy xử lý nước thải là một công việc phức tạp. Với hơn 40 xe tăng và 7.560 cơ sở trong một không gian nhỏ gọn chỉ 36,84 mẫu Anh, nằm sâu 17 mét dưới lòng đất, nó đòi hỏi rất nhiều sự phối hợp và lập kế hoạch chính xác.
Với thời hạn 30 tháng, dự án sẽ được bàn giao vào tháng 2 năm 2020, vượt qua thách thức lớn khi làm việc trong hố móng đất yếu lớn nhất Trung Quốc. Một kế hoạch tổ chức xây dựng hiệu quả có khả năng cân bằng giữa an toàn, thời gian và đầu tư là điều rất quan trọng.
Nhà máy xử lý nước thải vô hình ở trung tâm Thượng Hải
Jingfei Huang, giám đốc BIM của dự án sẽ giải thích một số thách thức khác mà nhóm phải giải quyết trong quá trình thiết kế và xây dựng dự án lớn này. Các vấn đề như nước chảy không theo quy luật trong các khu vực nhỏ có thể làm giảm hiệu quả của nhà máy xử lý nước thải và cũng có thể gây hư hại cho các cơ sở hạ tầng. Hoặc mức độ thông gió không đủ trong các không gian hạn chế có thể dẫn đến tích tụ khí độc có hại cho nhân viên của cơ sở. Bên cạnh đó làm thế nào việc sử dụng các phương pháp thông gió thông thường có thể góp phần tiêu thụ năng lượng dư thừa cũng là 1 vấn đề cần cân nhắc. Tất cả những thách thức này và những thách thức khác trong một dự án có tính chất và quy mô như vậy đã được giải quyết thành công bằng cách sử dụng các công cụ BIM trong suốt quá trình thiết kế và xây dựng của dự án!
Một nhóm gồm hơn 40 kỹ sư, chuyên về nhiều lĩnh vực, đã cùng nhau tìm ra các giải pháp tối ưu cho việc bố trí hệ thống XLNT ngầm. Bằng cách sử dụng phần mềm BIM và quy trình làm việc để thiết kế, phân tích và mô phỏng tất cả các mô hình và dữ liệu, SMEDI đã có thể quyết định bố trí sơ bộ chỉ trong vài tuần; một nhiệm vụ mà trước đây sẽ khó khăn và tốn thời gian hơn nhiều nếu chỉ sử dụng các bản vẽ 2D để hình dung các sắp xếp không gian.
Hơn nữa, khả năng thực sự hiểu được bố cục không gian của dự án là rất quan trọng. Xem vị trí của 7.560 cơ sở và vị trí của 800 km đường ống, ống dẫn và khay từ mọi góc độ, là rất quan trọng trong việc giảm thiểu sai lầm trong thiết kế. Để làm như vậy, những người lập kế hoạch dự án đã thực hiện các điều chỉnh tham số trong Dynamo (dành cho Revit) sau khi sử dụng Formit để nhanh chóng phác thảo các sơ đồ khác nhau. Sau đó, nhóm đã kết hợp hệ thống thông tin địa lý và sử dụng Infraworks, rồi nhập các mô hình từ Formit sang Revit để hoàn thiện các chi tiết của từng bể xử lý nước.
Một bức tranh toàn cảnh về địa điểm xây dựng Nhà máy XLNT Taihe Thượng Hải
Cuối cùng, bằng cách tích hợp tất cả các mô hình và chạy mô phỏng của toàn bộ trình tự xây dựng trong Navisworks để kiểm tra xung đột và phát triển trải nghiệm hình ảnh nhập vai (VR) thông qua Revit Live và HTC Vive, nhóm đã giảm thiểu sai lầm và tác động môi trường của dự án, cũng như đảm bảo an toàn khi thi công. Hơn nữa, hiệu quả xây dựng đã được cải thiện đáng kể.
Dự án bao gồm 600.000 m cáp đặt nằm, không có biên độ sai sót. Giải pháp thông minh là chìa khóa để thành công, vì vậy nhóm dự án đã sử dụng một công cụ đặt cáp tự động được phát triển trên Revit. Bằng cách sử dụng Navisworks và Revit, rủi ro xây dựng trên công trường đã được phòng tránh và hiệu quả xây dựng đã được cải thiện đáng kể.
Sau khi các cơ sở và khay cáp được bố trí, công cụ thiết kế đường dẫn tối ưu cho cáp và tạo danh sách kiểm kê cáp cũng như danh sách đặt hàng cho phù hợp. Nó cũng tạo ra một trình tự xây dựng hiệu quả, tạo điều kiện thuận lợi cho việc mua sắm và lắp đặt cáp. Quá trình cài đặt đó cũng có thể được đẩy nhanh vì các phụ kiện và đầu nối của ống dẫn và khay giờ đây có thể được chế tạo trước dựa trên các mô hình thiết kế hỗ trợ BIM. Cách tiếp cận này đã giảm đáng kể chất thải liên quan đến việc cắt để phù hợp với công trường.
Các sơ đồ tối ưu cho dòng chảy của nước và không khí có thể được xác nhận bằng cách sử dụng CFD (Phần mềm tính toán động lực học chất lỏng). Bằng cách này, sử dụng Robot Structural Analysis để phân tích và mô phỏng, nhóm dự án đã có thể đánh giá tính khả thi của kế hoạch khai quật. Do không gian ngầm hạn chế làm cho vấn đề về dòng chảy của nước trở nên nghiêm trọng hơn, khả năng thất thoát thủy lực càng lớn hơn. SMEDI đã có thể thực hiện các điều chỉnh cần thiết trong CFD để tìm ra thiết kế phù hợp nhằm giảm tổn thất năng lượng, đảm bảo hiệu suất an toàn cao hơn và giảm thiệt hại cho các cơ sở vật chất.
"Chúng tôi đã chọn ra một sơ đồ dòng nước tối ưu có thể giảm độ nhiễu lên đến 50%" —Jingfei Huang, quản lý BIM, SMEDI
Bố trí dưới lòng đất của Nhà máy XLNT Taihe Thượng Hải
Làm việc hướng tới mục tiêu mang lại một nhà máy xử lý nước thải xanh và bền vững, nhóm đã sử dụng CFD để chứng minh thiết kế có thể mang lại sự sắp xếp tốt nhất của các ống dẫn và thiết bị khử mùi để đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải đồng thời giảm thiểu tiêu thụ năng lượng vận hành.
Mục tiêu của việc đặt các cơ sở dưới lòng đất tại Nhà máy Xử lý nước Taihe Thượng Hải là trả lại phần lớn không gian trên mặt đất cho quy hoạch công viên công cộng và giảm thiểu tác động đến môi trường xung quanh.
"Các giải pháp AEC từ Autodesk đã giúp nhóm chia sẻ tất cả các kết quả bất kỳ lúc nào, điều này sẽ mất nhiều thời gian để tập hợp và phối hợp riêng biệt, như trong một số dự án WWTP trên mặt đất. Nhóm nghiên cứu đã phát hiện hơn 1.200 vụ va chạm trong 800 km đường ống, ống dẫn và máng cáp khác nhau khi sử dụng Navisworks." — Li Yijun, Kỹ sư trưởng, SMEDI
Nhóm dự án tính toán rằng bằng cách sử dụng Robot để thực hiện các tính toán này để xác định trình tự đào tốt nhất từ trên xuống dưới qua 30 lỗ riêng biệt, nhóm đã có thể giảm thời hạn xây dựng gần ba tháng.
Nhóm dự án cũng ước tính rằng chi phí đào hố giảm 40% so với các phương pháp thông thường nhờ các công cụ phân tích và mô phỏng có sẵn từ Autodesk. Những điều này cung cấp một cách đáng tin cậy và hiệu quả để giải quyết vấn đề, nơi mà các phương tiện tính toán truyền thống sẽ thất bại. Nhờ thiết kế thông minh, nhà máy xử lý nước Taihe Thượng Hải đang trên đường đáp ứng nhu cầu tăng dân số liên tục và áp lực lên tài nguyên môi trường để giữ nước chảy ở Thượng Hải.
Hình ảnh chân thực về trạm bơm đầu vào của Autodesk Rendering®
Nguồn: Autodesk
Phần mềm Revit® là phần mềm được thiết kế dành cho BIM (Building Information Modeling) bao gồm các tính năng thiết kế kiến trúc, MEP, kỹ thuật kết cấu và xây dựng.
Navisworks® là phần mềm đánh giá dự án chuyên nghiệp, cho phép các chuyên gia kiến trúc, kỹ sư xây dựng tổng hợp các mô hình và dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau để kiểm soát tổng quát các kết quả của dự án.
Bộ sưu tập các phần mềm phục vụ thiết kế kiến trúc, kỹ thuật và xây dựng với các công nghệ tiên tiến bật nhất.
