颜春岭填埋场好氧稳定化过程关键技术与BIM应用

1?工程概况及重难点分析

颜春岭垃圾填埋场坐落在海南省老城经济开发区，该开发区位于澄迈县老城镇，北依琼州海峡，西临北部湾，东接海口美安科技新城，南临金马物流园。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m ³ ，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。

目前该填埋场库容已达到450.43万m ³ ，远超出设计库容，形成高于路面约55?m的“垃圾山”，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。因此需要对颜春岭生活垃圾填埋场进行环境治理和生态修复工程。颜春岭填埋场如图1所示。

图1?颜春岭填埋场示意

颜春岭填埋场堆体内垃圾的分布区域、垃圾成分、有机质含量等参数尚不明确，因此在开展快速好氧稳定化的过程中，针对快速好氧稳定措施的布设和孔位深度的确定存在一定不确定性，可能导致好氧稳定不充分，使甲烷及恶臭气体浓度偏高，出现恶臭气体外溢现象，进而出现中毒、爆炸、着火等问题。因此，如何保证好氧稳定化过程的快速与稳定是本项目亟需解决的重点问题。

2?好氧稳定化过程关键技术

2.1?好氧稳定化处理设施系统组成

好氧稳定化处理设施系统由气体系统、液体系统、监测系统和控制系统组成。其中气体系统包括注气系统、抽气系统、臭气处理系统；液体系统包括渗滤液导排系统、渗滤液处理系统、渗滤液回灌系统。垃圾堆体的情况主要由监测系统通过管道压力、气体流量、堆体沉降、气体成分、渗滤液成分等指标来体现。

2.2?好氧稳定化过程关键技术及流程

填埋场好氧稳定化过程关键技术为低压主动曝气技术，将空气经注气系统打入填埋场内部，构建适宜好氧微生物的环境，利用微生物的好氧反应，加速垃圾堆体中有机物的降解。

在垃圾堆体中，首先布置注气井、抽气井、渗滤液收集井、监测井以及相应的管道系统，构建起好氧稳定化处理的基础设施。通过高压风机向系统输送空气，该空气在经过换热器和配气站处理后，被引导至注气井并注入垃圾体内。在适宜的氧含量、温度和湿度条件下，垃圾中的有机物质通过有氧降解反应被快速分解。抽气井负责排放反应过程中产生的二氧化碳，并带走过量热量，以维持垃圾体内部的适宜反应温度。抽气井排出的气液混合物经过气水分离器分 离，气体部分在通过过滤器后，进入臭气处理系统以防止恶臭对周围环境造成影响。渗滤液收集井中收集的液体，在经过好氧稳定化处理后，通过注液井重新回灌至填埋场内，避免产生二次环境污染。当抽气井不再排放污染气体且无渗滤液生成时，表明好氧稳定化处理已完成。此时，填埋场内的污染物浓度显著降低，达到稳定状态，实现了填埋场的生态恢复和环境整治。

3?基于BIM技术的功能应用

3.1?模型搭建

基于图纸和相关标准，利用BIM技术建立与填埋场及好氧稳定设施相对应的几何模型，几何模型是对填埋场好氧稳定化过程进行高度还原与仿真，可实现对建筑、结构、机电多专业的协同设计，并将虚拟模型上传至孪生系统平台中。

在模型建立的过程中，对构件进行编号，能够避免二维平面图纸修改构件信息时的不便，且能够帮助施工人员准确掌握构件的安装位置和信息，方便查找需要修改的构件。同时考虑施工过程的动态性，按照施工进度对孪生模型进行动态更新。利用Revit软件建立填埋场及好氧稳定化设施的实体要素模型，注气井、抽气井和监测井构件等模型分别进行参数化处理并建立相应族库，以便实现快速建模。颜春岭填埋场好氧稳定化设施模型如图2所示。

图2?颜春岭填埋场好氧稳定化设施模型

3.2?模型深化

针对大型填埋场内部相对复杂的难点，通过BIM模型直观、清晰地展示各系统的整体结构和局部细 节，便于进行检查和修改，提高了图纸质量与施工效率。BIM模型可视化的特点可评估注气井的位置、数量、参数等对注气效果的影响，并进行优化配置，增大垃圾堆体与好氧稳定化设施运行时氧气的接触面积，解决了传统的好氧稳定化技术垃圾堆体反应不够充分，氧气利用率不足的问题，从而保证好氧稳定化的充分程度，减少了处理时间，降低了运行成本。

将BIM模型在Navisworks软件中进行碰撞检查、净高分析，并进行实时调整，解决了各系统管线的布置问题，避免出现冲突和错误。

本项目涉及多个不同的系统，细部节点较复杂，通过参数化建模，灵活地调整管道的尺寸、形状、位置和方向，以适应填埋场内部垃圾堆体的空间布局和好氧稳定化的功能需求，减少不必要的弯头和接头，降低管道阻力和压力损失，进一步保证了氧气与垃圾堆体的充分接触。

3.3?可视化交底

BIM技术在施工过程中具有三维可视化的优势，相较于传统的二维平面设计可更加直观地表达设计理念，便于施工和管理人员更清晰地理解设计意图和施工效果，减少现场施工误差。

针对颜春岭填埋场现实环境情况，利用三维地理信息系统GIS建立三维场地布置模型，并将其与BIM模型结合，直观展示和验证现场布置，确定施工现场各建筑的空间位置关系，辅助进行尺寸量取、空间模拟、场地合理性验证等工作，避免施工过程中的拥堵、碰撞、堆积等安全隐患，实现可视化技术交底，进一步提高好氧稳定化设施施工的质量和效率。

3.4?施工模拟

由于好氧稳定化设施具有多个系统，各施工环节具有一定的关联性，需对施工工艺流程进行合理规 划。应用BIM技术对施工进行模拟，可对拟建项目中各施工工艺进行三维模拟，使施工人员快速掌握工艺流程，及时发现施工过程中潜在的问题，减少了施工错误，论证了施工方案的可行性，对施工流程进行合理规划，可对后续施工环节起到科学的指导作用，提高施工效率。

3.5?进度检查

在颜春岭填埋场好氧稳定化设施施工过程中BIM技术的另一个优势是进度检查。针对颜春岭填埋场好氧稳定化设施的现场施工情况，以BIM模型为基础，对工程重难点的部位进行分析，确定方案、排定计划，利用BIM5D技术对比实际进度，实现进度计划与工程构件的动态链接，反映施工整体进展状况，检查实际进度是否存在偏差，为施工组织安排调整提供 保障。

4?监测平台

4.1?平台模块

快速好氧稳定化过程保证垃圾与氧气的充分反应，提高氧气利用率尤为重要，因此需要监测平台对好氧稳定化过程进行实时监测与调控。通过对BIM模型和监测设备的集成，构建颜春岭填埋场好氧稳定化监测平台。

监测平台可分为数字综合控制中心、安全生产管理中心、生态环境监测中心三大板块，用无线传输网络的方式将多种监测设备、传感器联通起来，并将监测数据传输至监测平台，以此实现监测数据的自动采集和实时传输。

监测平台在好氧稳定化过程中对废气、堆体、水质、环境的各项指标进行直观的监测与预测，通过对监测数据的实时处理，得到填埋场垃圾堆体的好氧反应状态，并以可视化的方式反馈给管理人员。

排放气体浓度、空气与液体流量及压力、垃圾温度、垃圾湿度等重要指标的实时数据与变化曲线能够在监测平台进行实时显示，能够由多种设备进行实时查看，并通过BIM数据库进行储存，便于管理和维护。

4.2?传感器的布设

好氧稳定化过程运行期间，垃圾堆体的情况主要由监测平台通过压力、流量、堆体沉降、气体成分、渗滤液成分等指标来体现。

针对这些指标，通过在监测点布设传感器和监测设备实时采集相关数据，监测平台可以实现填埋场排放气体（如CH ₄ 、CO ₂ 、O ₂ 、H ₂ S、CO）浓度、液体流量、注气风机和抽气风机的风量和压力、管道的风量和压力、垃圾温度、垃圾湿度的实时监测，其他指标如堆体沉降、渗滤液成分等则由人工定期进行测定。

其中，监测平台传感器的布设尤为重要，传感器监测布设要求包括如下几点。

（1）传感器的布置需要满足采集相关指标数据的要求；（2）传感器的布置不应妨碍好氧稳定化过程的正常工作；（3）传感器应位置合理，便于固定与采集数据；（4）由人工进行定期检测传感器的运行情况，保证系统的正常进行。传感器的类型、位置、采集的数据及作用见表1。

表1?传感器的类型、位置、采集的数据及作用（部分）

4.3?平台调控

监测平台显示出的重要指标如注入与排出的气体成分、渗滤液成分等的变化曲线可用来判断好氧稳定化过程是否充分，垃圾堆体的温湿度等指标则可以判断好氧稳定化过程是否具有最佳的反应条件，管理人员以这些数据、曲线等为依据进行现场的指导与调控，动态调节曝气量和曝气时间，避免过度或不足曝气，保证好氧稳定化过程充分进行的同时，节约能源消耗，提高运行效率。

当好氧反应速度没有达到预期目标时，可采取增大气体压力等措施，从而增加空气与垃圾堆体的接触面积和时间，提高氧气利用率和反应效率。

一种基于数字孪生的好氧处理系统调控流程如图3所示。

图3?基于数字孪生的好氧处理系统调控流程

最终保证填埋场中的垃圾与渗滤液能够充分进行好氧反应，使有害物质能够得到充分处理，填埋场生态修复与环境治理所需的时间降低。

5?结论

传统的填埋场好氧稳定化设施施工存在管理效率低下、施工精细化程度不足等弊病，且好氧稳定化过程中氧气反应率不足，并且无法根据实时的反应状况进行调控。

本研究提出了一种填埋场好氧稳定化过程关键技术及BIM应用，在颜春岭填埋场好氧稳定化设施建设过程中融入BIM技术，包括使用Revit建立三维模型、使用Navisworks进行碰撞检查、管道设计优化、施工模拟、进度检查，并将BIM技术融合三维场地布置模型，提高了施工效率和施工精度。

利用BIM技术建立监测平台，实时显示重要指标的数据与变化曲线，管理者以监测平台为依据进行实时调控，提高氧气利用率和垃圾堆体的反应程度，加速填埋场垃圾的降解，最终较大地减少填埋场达到稳定状态的时间。