BIM技術(shù)在圈圍工程中的探索與應(yīng)用

吳曉南，石峰，郭素明

（1.上海交通建設(shè)總承包有限公司，上海　200136；2.上海達(dá)華測(cè)繪有限公司，上?！?00136；3.中交上海航道局有限公司，上海　200002）

BIM技術(shù)在圈圍工程中的探索與應(yīng)用

吳曉南1，石峰2，郭素明3

（1.上海交通建設(shè)總承包有限公司，上海200136；2.上海達(dá)華測(cè)繪有限公司，上海200136；3.中交上海航道局有限公司，上海200002）

市政工程、鐵路工程、橋隧工程等各類工程都有應(yīng)用BIM技術(shù)的先進(jìn)案例，而水上工程運(yùn)用BIM技術(shù)的實(shí)例卻較少。通過(guò)圈圍工程應(yīng)用BIM技術(shù)的實(shí)例，介紹分析BIM技術(shù)在圈圍工程中的應(yīng)用技術(shù)，展示BIM技術(shù)對(duì)圈圍工程管理工作的有利之處，提出BIM技術(shù)在圈圍工程中應(yīng)用的新方向。

BIM；圈圍工程；模型；探索

0　引言

當(dāng)今時(shí)代計(jì)算機(jī)技術(shù)蓬勃發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)強(qiáng)大的運(yùn)算能力，實(shí)現(xiàn)科學(xué)、高效、準(zhǔn)確、形象以及迅速的管理工程項(xiàng)目已經(jīng)成為了一個(gè)趨勢(shì)，BIM技術(shù)就是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。BIM技術(shù)從誕生至今已經(jīng)10多年，各類工程都有應(yīng)用BIM技術(shù)的成功案例，例如市政工程、鐵路工程、橋隧工程等，但水上工程應(yīng)用BIM技術(shù)的實(shí)例卻較少。上海市長(zhǎng)興潛堤圈圍工程作為首次運(yùn)用BIM技術(shù)的水利圈圍工程，對(duì)于將水工工程由常規(guī)管理轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)、精細(xì)化管理具有開(kāi)創(chuàng)性的意義。

1 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)可以應(yīng)用在工程3D建模、數(shù)字模擬建造（仿真漫游）、碰撞試驗(yàn)、施工進(jìn)度計(jì)劃演示等方面，并且可以將進(jìn)度、投資、質(zhì)量等方面的信息全部輸入模型中，實(shí)現(xiàn)信息聯(lián)動(dòng)，大大提高管理的準(zhǔn)確性和效率，降低成本。但水工工程在建模技術(shù)上與普通民用建筑工程有很大區(qū)別。

1）工程中用到的各種建筑構(gòu)件需要建模人員自行建立構(gòu)件族繪制模型，而非民用建筑構(gòu)件模型般可以在軟件中直接調(diào)用，僅在模型中修改尺寸和材質(zhì)即可；

2）為確保模型的精準(zhǔn)程度，水工工程平面圖紙較多的漸變段和不規(guī)則地形需單獨(dú)建模，工作量較之民用建筑工程大的多；

3）水工工程需要在模型中表現(xiàn)更多的自然條件動(dòng)態(tài)影響，如風(fēng)、浪、流、日照以及氣溫等。

4）水工工程在應(yīng)用4D漫游模擬時(shí)更為廣泛，可利用漫游仿真模擬水上施工以及鄰水作業(yè)施工時(shí)的施工設(shè)備排布的合理性，以及論證是否符合安全生產(chǎn)相關(guān)要求。

2　BIM技術(shù)在長(zhǎng)興潛堤工程中的應(yīng)用

2.1工程概況

長(zhǎng)興島剩余的工業(yè)岸線主要位于島域東南側(cè)和東北側(cè)，目前這些岸段與上、下游岸線銜接不順，岸線外側(cè)有灘涂及長(zhǎng)興潛堤等水工建筑物，難以直接利用。需采取工程措施，進(jìn)行灘涂圈圍，理順岸線，開(kāi)發(fā)土地。

長(zhǎng)興潛堤后方灘涂圈圍工程位于長(zhǎng)興島東南角（圖1），南邊界為長(zhǎng)江口深水航道三期治理工程長(zhǎng)興潛堤，西邊界至現(xiàn)有海塘，東邊界至橫沙通道該段水域規(guī)劃駁岸線，北側(cè)與毛竹圩灘涂圈圍達(dá)標(biāo)工程銜接。建設(shè)內(nèi)容主要包括：新建南堤、東堤，圍內(nèi)吹填成陸和新建臨時(shí)排水口等。東堤典型結(jié)構(gòu)斷面圖見(jiàn)圖2。工程總?cè)娣e1.11 km2，堤線全長(zhǎng)3 277.07m，圍內(nèi)吹填663.6萬(wàn)m3。

圖1　長(zhǎng)興潛堤后方灘涂圈圍工程平面圖Fig.1　Plan of the tidal flat reclamation project in the rear of Changxing Island subm erged breakwater

圖2　東堤典型斷面結(jié)構(gòu)圖Fig.2　Typicalsection layer ofeastbreakwater

2.2BIM技術(shù)實(shí)施設(shè)想

本項(xiàng)目BIM技術(shù)整體的實(shí)施設(shè)想是要解決常規(guī)項(xiàng)目管理方法中的某些弊端。實(shí)施流程如圖3。

圖3　BIM技術(shù)實(shí)施流程圖Fig.3　Flow chartof implementation of BIM technology

2.3BIM技術(shù)實(shí)施過(guò)程

2.3.1建模

1）軟件的選擇

3D建模是BIM技術(shù)應(yīng)用的前提，也是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。目前以Bentley公司的Microstation和Autodesk公司的Revit軟件最為常用。二者各有長(zhǎng)處，且在互聯(lián)網(wǎng)上并無(wú)有關(guān)應(yīng)用上述軟件進(jìn)行圈圍工程建模的具體案例。所以，在選擇軟件的時(shí)候要確定以下原則：

①使用廣泛，操作簡(jiǎn)便

由于本領(lǐng)域目前用到的施工構(gòu)件有別于土建、道路等常規(guī)工程，所以大部分結(jié)構(gòu)需在此次的BIM應(yīng)用中自行建立模型，所以選擇一款使用廣泛的軟件有利于以后在類似工程中創(chuàng)建的模型資源共享，減少工作量。

②功能強(qiáng)大，插件豐富

繪圖軟件本身功能不一定非常全面，往往會(huì)有很多功能缺陷，所以選擇的軟件如果有許多基于該軟件的第三方功能插件和應(yīng)用程序，會(huì)給使用帶來(lái)很大的方便。

③源代碼公開(kāi)

若想將眾多的先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)融入BIM技術(shù)，或者讓建模軟件能夠更加高效、準(zhǔn)確的建立圈圍工程模型，需在后續(xù)的使用中根據(jù)工程或者工藝特點(diǎn)進(jìn)行軟件功能的二次開(kāi)發(fā)，所以要選擇源代碼開(kāi)放程度較高的軟件。

根據(jù)上述原則，選擇Revit軟件進(jìn)行此次BIM實(shí)踐中的建模工作。

2）根據(jù)平面圖紙建立坐標(biāo)網(wǎng)

首先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑淖鴺?biāo)系建立模型的平面和高程坐標(biāo)網(wǎng)，以定義其坐標(biāo)系[1-2]。

3）建立單體模型

由于圈圍工程在建模中鮮有應(yīng)用，軟件中提供的模型諸如各類墻體、柱體、門、窗、樓板等模型均無(wú)法使用，所以需工程人員重新建立模型的族，模型建立后便可在軟件中調(diào)用[1]。圖4是典型的彩虹綠化混凝土模型[3-4]。

圖4　彩虹綠化混凝土模型Fig.4　M odelof rainbow p lanting concrete

4）繪制模型

根據(jù)平面圖紙建立模型，但建立模型的最小單元應(yīng)與后續(xù)工程中質(zhì)量檢驗(yàn)批次的最小檢驗(yàn)批匹配，如混凝土擋墻檢驗(yàn)批次10m/單元，充泥管袋100 m/單元，水拋石施工為200 m/單元，那么模型就應(yīng)該以10m為最小建模單元。

2.3.2錄入模型信息

將每種材質(zhì)、構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、進(jìn)度、造價(jià)信息錄入模型。在以往的施工管理過(guò)程中，施工進(jìn)度、質(zhì)量、安全分別有各自的報(bào)審、檢查和執(zhí)行方式，數(shù)據(jù)、信息、記錄分別獨(dú)立，既沒(méi)有結(jié)合，也沒(méi)有與圖紙的關(guān)聯(lián)關(guān)系，造成了工程信息孤島現(xiàn)象。通過(guò)將數(shù)據(jù)全部輸入模型，建立了上述各個(gè)施工要素之間的紐帶，便于高效的綜合管理，也節(jié)省了管理成本。

2.3.3建立模型編碼詞典

由于水工工程的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各類構(gòu)件、各種結(jié)構(gòu)類型等分門別類眾多，為了便于檢索和后期數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，按照相關(guān)施工規(guī)范和單位工程劃分原則建立模型編碼詞典，用以對(duì)照管理。

2.3.44D模擬實(shí)施

水工工程在安排進(jìn)度時(shí)尤其需要注意以下各方面[5]。

1）某些工序需要大型水上施工設(shè)備進(jìn)行施工，投入的大型設(shè)備數(shù)量有限，在進(jìn)度模擬時(shí)可以清晰地觀察所排定的施工計(jì)劃中設(shè)備投入數(shù)量是否合理；

2）水工工程中的各工序通常是錯(cuò)位預(yù)留施工步長(zhǎng)的流水施工，通過(guò)進(jìn)度模擬可以觀察，預(yù)留施工步長(zhǎng)是否合理，是否出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的上下通縫等情況；

3）通過(guò)進(jìn)度模擬還可以觀察水上施工設(shè)備在空間上的排布，每個(gè)種類的設(shè)備施工行進(jìn)速率快慢有別，在編制施工進(jìn)度計(jì)劃時(shí)很難清晰合理的發(fā)揮各設(shè)備的最大效率，通過(guò)模擬演示將設(shè)備的排布進(jìn)行微調(diào)，避免出現(xiàn)有工作面沒(méi)設(shè)備和有設(shè)備需要等工的尷尬局面，力爭(zhēng)做到設(shè)備的滿負(fù)荷和高效率；

4）水工工程尤其是圈圍工程，上部結(jié)構(gòu)通常以堤頂?shù)缆窞橥?，機(jī)械設(shè)備路上施工，通過(guò)進(jìn)度模擬可以確定堤頂?shù)缆吩O(shè)置標(biāo)高是否合理，施工會(huì)車平臺(tái)設(shè)置間距為多少，是否需要修建臨時(shí)便道等情況。

2.3.5工程量統(tǒng)計(jì)

建立模型之后，水上部分的建筑工程量可以通過(guò)建模軟件直接框選，通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算得出準(zhǔn)確結(jié)果，避免了人工畫圖計(jì)算效率低下和準(zhǔn)確率不高的問(wèn)題。水下工程量可以通過(guò)采用先進(jìn)的測(cè)繪設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，之后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件，生成實(shí)測(cè)模型后，再進(jìn)行模型框選來(lái)統(tǒng)計(jì)工程量。由于水下施工結(jié)構(gòu)通常是不規(guī)則幾何圖形，常規(guī)計(jì)算方法基本上為前后斷面的加權(quán)平均，而通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)直接繪制模型可以完整的反映水下的實(shí)際情況，計(jì)算出的工程量更為準(zhǔn)確。圖5是圍堤渲染模型。

圖5 圍堤渲染模型Fig.5　Rendermodelof thebreakwater

3　BIM技術(shù)在水工工程中應(yīng)用的探索與展望

此次BIM技術(shù)在圈圍工程中的應(yīng)用，只是應(yīng)用了BIM技術(shù)最為基礎(chǔ)的功能，并根據(jù)圈圍工程的特點(diǎn)，有針對(duì)性的使用了建模、3D仿真漫游等相關(guān)功能。但是，在水工工程中BIM技術(shù)能夠應(yīng)用的地方還有很多。

1）水工工程受潮水漲落影響非常大，尤其是日間作業(yè)時(shí)間上的影響很大，通常在安排進(jìn)度計(jì)劃時(shí)是根據(jù)工程所在地的潮汐表進(jìn)行估算，這種方法合理，但是不夠準(zhǔn)確，對(duì)于日作業(yè)時(shí)間估計(jì)的不準(zhǔn)確，就難以把施工進(jìn)度計(jì)劃規(guī)劃得很準(zhǔn)確?？衫肂IM技術(shù)中模擬每日光照的原理，將每日的潮汐漲落情況輸入軟件，進(jìn)行潮汐模擬，進(jìn)而精確的確定每日可作業(yè)時(shí)間；通過(guò)潮汐模擬也可以確定所采取的施工工藝是否合理。

2）用于預(yù)制構(gòu)件的模擬試制、拼裝和安放。對(duì)于高精度的預(yù)制構(gòu)件，可以先按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行建模，然后將模型進(jìn)行拼接，利用軟件的自動(dòng)檢查功能查探是否存在某些縫隙或者疊合點(diǎn)，消除此類問(wèn)題后再進(jìn)行正式預(yù)制，例如地鐵管片拼接、PC構(gòu)件樓板拼接等。對(duì)于不規(guī)則幾何圖形構(gòu)件需要擺放和安裝的，在平面圖中很難體現(xiàn)出擺放效果和數(shù)量，亦可以利用上述功能進(jìn)行模擬擺放，并調(diào)整擺放方案，直至符合相關(guān)規(guī)定，利用此技術(shù)，能夠精確的計(jì)算出構(gòu)件的用量，避免造成預(yù)制塊體預(yù)制數(shù)量與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要不符的尷尬，例如扭王字塊、六角螺母塊等。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土，尤其是趕潮施工的，可以利用4D進(jìn)度模擬，配合潮汐模擬，確定每倉(cāng)混凝土合理澆筑方量，對(duì)于提高趕潮混凝土施工質(zhì)量有很大幫助。

3）目前應(yīng)用于水工工程的水下測(cè)繪手段，通常為測(cè)深儀，通過(guò)測(cè)深儀進(jìn)行斷面測(cè)量，然后根據(jù)斷面測(cè)量情況進(jìn)行測(cè)量、工程計(jì)量、質(zhì)量驗(yàn)收。先進(jìn)的聲納測(cè)量可對(duì)水下地形進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的精確測(cè)量，但傳統(tǒng)的平面制圖軟件無(wú)法對(duì)其進(jìn)行很好的利用?？蓪?duì)BIM建模軟件數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行編程，并對(duì)其數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一定義，使水下三維聲納、陸上激光測(cè)量?jī)x等先進(jìn)測(cè)量設(shè)備能應(yīng)用于水工工程，提高測(cè)量精度，并通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提高工程施工精度，提升項(xiàng)目管理水平。

4）可根據(jù)水工工程的特點(diǎn)，有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)BIM的移動(dòng)客戶端APP，采用現(xiàn)在比較流行的B/S架構(gòu)構(gòu)建服務(wù)器和客戶端，所有數(shù)據(jù)均存在云端服務(wù)器，用戶能夠在施工現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)掌上手持終端了解到甚至是腳踩的地方原來(lái)水下是什么情況，潮水漲落是什么情況，水下已經(jīng)施工了哪些結(jié)構(gòu)，將來(lái)這里將施工哪些結(jié)構(gòu)，什么時(shí)間施工，竣工后這里又是什么情況等信息，做到移動(dòng)辦公，隨時(shí)隨地獲取現(xiàn)場(chǎng)第一手信息。

4　結(jié)語(yǔ)

使用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行施工管理已經(jīng)是一種不可阻擋的發(fā)展趨勢(shì)，BIM技術(shù)是一種新穎的工具，將成為工程管理的一把利器。

[1]劉廣文.BIM應(yīng)用基礎(chǔ)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2009：12-131. LIU Guang-wen.BIMapplication basis[M].Shanghai:Tongji University Press,2009:12-131.

[2]Autodesk,Inc.AUTODESK REVIT ARCHITECTURE 2015官方標(biāo)準(zhǔn)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社2015：1-70. Autodesk,Inc.AUTODESKREVIT ARCHITECTURE2015 Official standard course[M].Beijing:Electronics Industry Press, 2015:1-70.

[3]Autodesk Asia Pte Ltd.AUTODESK REVIT 2013族達(dá)人速成[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2012：55-60. Autodesk Asia Pte Ltd.AUTODESK REVIT 2013 Family Master crash[M].Shanghai:TongjiUniversity Press,2012:55-60.

[4]劉濟(jì)瑀.勇敢走向BIM2.0[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015：72-77. LIU Ji-yu.Brave to BIM2.0[M].Beijing:China Architecture& Building Press,2015:72-77.

[5]王君峰.Autodesk Navisworks實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用思維課堂[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015：261-275. WANG Jun-feng.The actual application thinking classroom of Autodesk Navisworks[M].Beijing:China Machine Press,2015: 261-275.

Exp loration and app lication of BIM technology in sea-reclamation project

WUXiao-nan1,SHIFeng2,GUOSu-ming3
（1.ShanghaiCommunicationsConstruction Contracting Co.,Ltd.,Shanghai200136,China;2.ShanghaiDahua Surveying&
Mapping Co.,Ltd.,Shanghai200136,China;3.CCCCShanghaiDredging Co.,Ltd.,Shanghai200002,China）

The BIM technology has been widely app lied among the management of civil engineering and railway,bridge, tunneland other projects,but rarely in water projects.Based on an example of BIM technology in the sea-reclamation project, we discussed the application of BIM technology in the sea-reclamation project,showed the benefits of BIM technology to the management,and put forward thenew apply direction of BIM technology in sea-reclamation projects.

BIM;sea-reclamation project;model;exploration

U655.541

A

2095-7874（2016）10-0016-04

10.7640/zggw js201610004

2016-04-12

2016-07-06

吳曉南（1981— ），男，黑龍江齊齊哈爾人，高級(jí)工程師，從事港口與航道工程管理工作。E-mail：30125042@qq.com