ARCADIS
利用 BIM 和雲端協同合作，強化供水系統的復原力
未來製造
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技術工具可加快重要用水基礎建設翻新的速度和效率
2014 年夏季，供水給俄亥俄州托利多的一家老舊水處理廠遭到有毒綠色藻類淹沒時，市民有數天無法取得飲用水。發生緊急事件後，托利多市諮詢了全球設計與工程顧問公司 Arcadis 翻新並擴建具有 80 年歷史的水處理設施。 Arcadis 使用先進的建築資訊模型 (BIM) 技術和雲端協同合作設計升級方案，以改善用水處理廠的復原力，並確保社區的安全水源。在此過程中，公司改變了其運作方式。
緊急狀態：請勿飲水
2014 年 8 月 2 日，俄亥俄州中西部城市托利多的居民收到了俄亥俄州環境保護局 (OEPA) 發布的「請勿飲水」公告。伊利湖中大量的有害藻華 (HAB) 製造了微囊藻毒素，進而污染了該市的供水，使近 50 萬人無水可用。暴露在 HAB 產生的毒素可能會導致腸胃疾病、皮膚和眼部刺激、呼吸道問題，甚至肝功能衰退。俄亥俄州州長因此宣佈進入緊急狀態，國民警衛隊和紅十字會設立了水資源分配中心。
三天後，市民得以恢復飲水、使用自來水烹飪和洗滌。但在溫暖的月份，HAB 會在淡水湖泊及托利多等城市仰賴的水庫中生長，這依然會對居民構成威脅。因此托利多必須尋求解決方案，確保更具韌性的供水系統。
此為 2014 年 8 月伊利湖有害藻華污染托利多的衛星影像。影像由 NASA GFSC 授權使用。
提高托利多的用水處理能力
為確保供水安全，OEPA 下達指令，將托利多科林斯公園水處理廠進行升級。托利多市聘請 Arcadis 解決這項迫切需求，Arcadis 是全球設計、工程及管理顧問公司，在全球均具備用水處理設施的設計經驗。
Arcadis 將設計並監督兩個新水槽的建造作業，這些水槽會加入至六個現有水槽，這些水槽每天處理 1.2 億加侖的水以確保飲水安全，並升級用水處理廠中部分較舊的用水處理設備。Arcadis 專案經理 Kurt Smith 表示：「這項方案是為了增加備援和容量，以便能更妥善地處理藻毒素。」即使發生需要修復水槽的情況，也能確保自然水用戶不會面臨供水中斷。新的 7 和 8 號水槽個別具有每天 2000 萬加侖的容量，讓用水處理廠可進行年度維護。
在科林斯公園工址上 7 號和 8 號新水槽的影像，在現有設施的右側用藍色展示。
時間緊迫，工址艱困
科林斯公園用水處理廠於 1941 年開始運作，並於 1950 年代擴建。該設施原本的平面規劃顯然已過時。Arcadis 用水/廢水環境顧問工程業務的 BIM 經理兼設計師 Julie Nicholson 表示：「平面圖似乎永遠無法反映出建造的真實狀況。我們必須連結現有的處理廠連接，精準掌握非常重要。」
全面檢修設施時，用水處理廠也必須保持運作。此外，Arcadis 團隊還必須在艱困的工址上協調其他升級專案，包括 7,200 伏特的地下電力迴路和用來額外處理藻毒素的臭氧系統。隨著EPA 規定截止日期將近，Arcadis 計畫與五位外部顧問合作，這也使有效率的工作流程和通訊變得至關重要。
Arcadis 建立 3D 模型來設計設施升級方案，包括此模型的 7 號水槽主庫，其中展示連接處理槽的配管組合。
3D 模型奠定基礎
2016 年，Arcadis 開始了科林斯公園擴建的設計階段，一併處理兩個新水槽的新建工程與設施升級，包括透過新型多段處理流程串聯原水進行淨化以供使用的新管線。首先，Arcadis 需要擷取用水處理廠既有條件的精確模型。團隊透過工址測量和 3D 掃瞄所得的資料，使用 ReCap (英文) 將實景擷取資料轉換為點雲，並在 Revit 中建立模型。使用 Infraworks (英文) 加入水處理廠平面和設施的 GIS 資料。
在接下來的兩年中，Arcadis 為工址開發了 13 個 Revit 模型，整合 Navisworks (英文) 以及其衝突偵錯功能，及早發現並修正錯誤，以避免曠日費力的重複作業。這些模型也是互動性工具，讓城市居民可一同進行審核作業，Smith 表示：「你可以瀏覽這些改進項目，並向擁有者實際展示最終成果。」
污水處理設施的 3D 模型展示了水處理設備，包括用於移除浮水藻類的攔截器，以及堰式淨水池，這項設施將注入處理過的水，以便進一步過濾。
實景擷取至數位模型
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3D 掃瞄記錄水資源廠的既有條件。團隊使用點雲資料和實景擷取技術建立 3D 模型。
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3D 模型展示用於絮凝池的設備配置，工作人員會在池中加入凝結劑，使粒子和雜質凝結，以便能夠更輕鬆地將其移除。
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擴增實境覆疊可讓團隊成員在現場環境中交叉檢查 3D 模型，以協助識別施工可能性的問題。
雲端協同合作改變遊戲規則
與許多全球公司一樣，Arcadis 也擔心遠端團隊間協同合作可能遇到延遲，包括檔案下載速度緩慢和電子郵件交換時間過長。Nicholson 在提到科林斯公園專案時提到：「這次專案包含了所有領域，如建築、結構、機械、HVAC、電氣、I&C 與土木工程等。常見問題是協調變化，盡量讓每個人都適應不同的領域。」
Arcadis 決定與歐特克合作 10 個月的雲端協同合作試驗，Nicholson 表示：「我們的目標是看看能否利用 BIM 360 (現在稱為 BIM Collaborate Pro) 節省時間，我們嘗試對此專案進行量化和測試。」Arcadis 團隊使用簡報和訓練引導子顧問入職，並與從佛羅里達到俄亥俄的跨位置團隊成員協同合作專案工作流程。
虛擬連線辦公室和工作現場
完成兩年的設計流程後，投標於 2018 年開始，科林斯公園的營造階段亦開始。Arcadis BIM 團隊使用遠端協助作業階段，搭配即時視訊摘要和實景擷取，與水處理廠的現場團隊保持聯繫。Arcadis 還能夠透過 360 度的相片監管營造進度，並將資料整合至團隊成員可虛擬瀏覽的現場記錄模型。
Nicholson 提到：「我們還使用 AR 擴增實境，將現有條件與模型覆疊，以協助識別與施工可能性有關的任何問題。」使用 Microsoft HoloLens 耳機，營造團隊可以在 AR 體驗中使用現場 3D 模型進行覆疊，以確認設計對齊，並偵測和記錄任何差異。
觀賞影片 (1:27 分鐘)以查看營造工址上 Arcadis 使用的 AR 體驗，將既有條件與 3D 模型進行覆疊，以利檢查與設計是否對齊。
準備好進行下一階段的翻新
到 2020 年底，7 號和 8 號水槽已按計畫完成。Smith 說道：「必須先啟用 4000 萬加侖的水處理廠新增設備，取得足夠能容量，才能翻新水處理廠的其他部分。接下來我們將進行的兩個專案是 1 號至 6 號水槽的升級，然後是翻新過濾器管庫。」
作為科林斯公園水處理廠複雜的 10 年 5 億美元的系統升級專案的一部分，7 號和 8 號水槽的擴建項目在新冠肺炎的影響下，仍可保持正常進行。雖然托利多聘請的專業營造管理 (PCM) 公司負責監督隨人員規模和供應鏈問題限制而調整的較大專案，但 Arcadis 並未錯過任何機會：使用遠端協同合作功能，設計團隊可以虛擬地造訪工作現場並維護安全協議。
7 號和 8 號水槽的建造屬 10 年設施大型升級專案的一部分。
節省了 1,000 個設計小時；於緊迫截止日期內完成
Arcadis 於設計過程中使用 BIM Collaborate Pro，在科林斯公園專案上節省了 1,000 多個設計小時，從而能夠在 OEPA 緊迫的截止日期內完成。透過消除電子郵件和下載，改善了專案協調，將因檔案傳輸而延遲的時間縮短了 80%。在雲端中與分包商直接合作，每個人都能立即看到改變。
Smith 提到：「我們將所有分包商納入同一模型中工作，對於某些客戶來說，這是他們第一次這麼做。」「此有助於簡化工作流程，並防止錯誤。每個人都獲得最新資訊，因為大家都在模型中工作。」承包商可以更精確地提供更高品質的投標案，盡量減少變更指令和 RFI。供應商可以離站預製設備，以便在工址更快速、更精確地進行組裝。他說：「這節省了承包商的時間和金錢。當然，這個會直接回饋給托利多市。」
工址相片和 3D 模型可整合到 360 度記錄站模型。
「這是我們使用雲端式協同合作的啟動台。我們衡量其使用量，並看到了益處。結果會是雙贏，因為我們現在執行的每個專案都是 BIM 協同合作。我們的所有分包商皆是如此。」
—Julie Nicholson，Arcadis 北美地區 BIM 經理
技術支援更有復原力的供水系統
科林斯公園水處理廠的翻新工作將於 2023 年完成，所有水槽將升級至技術和設計標準，使系統更具復原力。Arcadis 將提供可做為水處理廠維護與營運單一資料來源的建置 BIM 模型，並保護系統免受有害藻華的威脅，進而避免重演 2014 年供水危機。
Arcadis 使用 3D 建模和雲端協同合作，解決了升級老舊水廠的難題。科林斯公園專案上節省的時間與成本，讓 Arcadis 在整個全球組織內採用 BIM 協作專業版和 Revit，並使其轉換了與他們合作的次級顧問。透過完全標準化改進的工作流程，這些益處將反映至公司未來所有的水和廢水設計專案。
在新冠肺炎的影響下，7 號和 8 號水槽的建造仍按計畫進行。這兩個水槽於 2020 年春季即可開始運作，並於 2020 年稍後完成了完成工作。