BIM技術(shù)在干塢施工中的應(yīng)用實踐

劉建，姜南岸

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

0 引言

在港口施工領(lǐng)域，干塢工程一直都以結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工序繁多著稱，借助BIM技術(shù)強大的可視化優(yōu)勢，創(chuàng)建包含完整信息的建筑三維模型，根據(jù)工程項目的具體需求進行各項應(yīng)用，極大程度地避免了施工過程中因施工人員對干塢圖紙理解不充分、對施工環(huán)境考慮不周全而導(dǎo)致的各種工程問題，相較傳統(tǒng)設(shè)計施工方法有著無可比擬的優(yōu)勢[1-8]。

1 工程概況

本項目分為陸上沉管預(yù)制干塢建設(shè)和水上設(shè)施建設(shè)兩部分。沉管預(yù)制干塢包含：東、西2個塢室，塢室內(nèi)長480 m，北側(cè)寬135 m，南側(cè)寬74.7 m。東、西塢室由中隔岸壁對稱分開，各自獨立，兩塢室的南側(cè)各設(shè)置1個塢口用于沉管出運。水上設(shè)施包括臨時圍堰1座，系纜墩5座，舾裝墩2座，上料碼頭1座，防波堤2座。

2 BIM應(yīng)用策劃

本項目BIM應(yīng)用共分3個階段實施，第1階段為干塢模型及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、管理流程建立，第2階段為符合本工程施工需要的基于BIM模型的各項應(yīng)用研究，第3階段是BIM施工管理平臺的建設(shè)與應(yīng)用，同時兼顧智慧工地建設(shè)與BIM+應(yīng)用研究，應(yīng)用策劃圖具體見圖1。

2.1 軟件的選擇

經(jīng)過優(yōu)化比選，選擇Autodesk公司的BIM解決方案，其沿用CAD的一貫操作方式，上手容易、操作簡單方便，在國內(nèi)發(fā)展也最為迅速，群眾基礎(chǔ)最為廣泛，無論是學(xué)習(xí)成本還是應(yīng)用成本方面，都比較適合施工單位使用。針對于工程中不同結(jié)構(gòu)，采用對應(yīng)的軟件進行建模。

圖1 BIM應(yīng)用策劃圖Fig.1 BIM application planning diagram

2.2 體系與制度建設(shè)

在體系建設(shè)方面，總項目部設(shè)立了BIM中心，主要負責(zé)BIM管理，應(yīng)用點研究；各工區(qū)設(shè)立了BIM小組，主要負責(zé)創(chuàng)建BIM模型，添加指定的BIM信息，根據(jù)需求完成各項BIM應(yīng)用。利用BIM技術(shù)，輔助施工人員及時發(fā)現(xiàn)與解決現(xiàn)場問題。

2.3 BIM應(yīng)用目標(biāo)點

1）干塢BIM模型建立方法研究

以Revit為主要建模軟件，建立包括止水、臨時圍堰、防波堤、中和岸壁、塢口、塢壁、底板、臺座等干塢主體結(jié)構(gòu)，同時建立如鋼筋加工場、混凝土拌合站、辦公生活區(qū)等干塢外配套設(shè)施；配合Civil3D進行開挖、基礎(chǔ)模型以及周圍環(huán)境模型搭建，建立通用構(gòu)件族庫、參數(shù)化構(gòu)件庫、船機設(shè)備素材庫。通過模型表現(xiàn)軟件完成優(yōu)化模型視覺效果以及制作相關(guān)工藝動畫等工作。

2）BIM模型應(yīng)用研究

分別從施工現(xiàn)場平面規(guī)劃、碰撞檢查及深化設(shè)計、工程量計算與統(tǒng)計、施工組織動態(tài)模擬、鋼筋排布與下料優(yōu)化、虛擬施工、可視化交底及出圖等8個方面進行深度研究與應(yīng)用。

3 BIM模型搭建

3.1 項目級建模標(biāo)準(zhǔn)的編制

本次BIM模型搭建以大連灣海底隧道項目沉管預(yù)制干塢為建模主體，該項目具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、構(gòu)件數(shù)量多、建模難度大的特點。在項目開始之初先后編制確定了《BIM技術(shù)應(yīng)用管理辦法》、《大連灣海底隧道項目建設(shè)期BIM發(fā)展規(guī)劃》、《大連灣海底隧道項目沉管預(yù)制干塢建設(shè)BIM應(yīng)用方案》，根據(jù)施工圖建模要求又調(diào)整實施了《干塢施工圖模型建模實施細則》。形成一套完整的BIM應(yīng)用實施管理辦法。

3.2 項目模型搭建

項目建模范圍主要包括沉管預(yù)制干塢、臨時圍堰、防波堤等結(jié)構(gòu)，其各結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多變，經(jīng)圖紙分析，采用設(shè)計平面圖作為建模底圖并輔助橫縱斷面圖進行建模，同時根據(jù)兩者關(guān)系補充繪制斷面60余處。在模型整合方面，先后建立建筑模型、地形模型、措施模型、臨建模型及周邊環(huán)境模型，以Revit 0點為坐標(biāo)原點，將不同結(jié)構(gòu)通過鏈接的方式完成模型組裝。

在初設(shè)階段主要通過精度較高的模型搭建發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的錯、漏、碰、缺，形成問題匯總以便及時與設(shè)計進行溝通解決；施工圖階段更加細化模型并注重模型功能性，力求將更多能夠使用的信息添加至模型中滿足各類應(yīng)用。

為充分優(yōu)化模型體量與規(guī)范建模，創(chuàng)建“大海隧干塢建模樣板.rte”項目樣板，同時要求新建模型組類別選擇“常規(guī)模型”，對于自建族樣板選擇“公制常規(guī)模型類模版”。對于同種構(gòu)件包含多種類型的必須應(yīng)用參數(shù)化族進行整合，從而有效降低模型體量20%左右。

沉管預(yù)制干塢模型見圖2。

圖2 沉管預(yù)制干塢模型Fig.2 The model of immersed tube prefabricated dry dock

3.3 模型代碼確定與錄入

模型代碼確定與錄入，其重要性不亞于模型的建立，在項目模板建立之初，即在項目參數(shù)模塊中新建如工程名稱，單位工程、子單位工程、分部工程、分項工程、編號里程號等各類參數(shù)。對于模型代碼的確定，則充分參照分部分項劃分等文件改編完成，模型代碼作為與平臺掛接確定模型身份的標(biāo)簽，每個模型代碼都具有參數(shù)唯一性。

3.4 族庫建立

為了能夠整體提升建模速度，真正實現(xiàn)快速建模，在建模過程中，將通用性較強的一些構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸進行了參數(shù)化處理，建立了水運工程通用構(gòu)件族庫。通過族庫的建立，避免了許多同類構(gòu)件的重復(fù)建模，進而通過調(diào)整參數(shù)的方法快速獲得模型，大大提高了建模效率。在項目構(gòu)件模型族庫建立的同時建立了模型素材庫，素材庫內(nèi)容包含臨建模型素材庫、安防模型素材庫、船機設(shè)備素材庫，需要時隨時調(diào)取使用。為快速建模和應(yīng)用提供了方便。

4 BIM在施工中的應(yīng)用

4.1 設(shè)計優(yōu)化

考慮設(shè)計優(yōu)化的需要，對有爭議的設(shè)計方案進行討論與比選。在塢口西側(cè)結(jié)構(gòu)調(diào)整方案優(yōu)化中，原方案為雙沉箱結(jié)構(gòu)，考慮到實際施工中開挖放坡對塢口西側(cè)的華能熱電廠形成安全隱患，且施工作業(yè)面也相對狹小，傳統(tǒng)方式討論多次長時間沒有結(jié)果。利用BIM技術(shù)可視化的優(yōu)勢顯示現(xiàn)場實際環(huán)境，快速確定修改意見，準(zhǔn)確完成后續(xù)設(shè)計變更，通過過濾器功能篩選所需的構(gòu)件，導(dǎo)出構(gòu)件明細表，快速輸出設(shè)計變更工程量。

4.2 地形地質(zhì)查閱

將設(shè)計院提供的地勘數(shù)據(jù)分層剝離與整理，可在Civil3D中建立曲面，分層依次創(chuàng)建各類地質(zhì)結(jié)構(gòu)曲面，創(chuàng)建各地質(zhì)層實體模型。通過此種方式將海量的地勘數(shù)據(jù)直觀的展現(xiàn)出來，同時快速計算土層工程量，由于地勘數(shù)據(jù)信息不連續(xù)，實際影響計算結(jié)果，采用將土層變化區(qū)的中點位置作為土層工程量的計算范圍的方法，得到較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

利用差集的方式計算分層實體體積，能較為準(zhǔn)確地計算得到干塢范圍內(nèi)開挖的各土層模型，這是常規(guī)方式無法精確計算得到的。

4.3 插件開發(fā)

1）Civil3D水深數(shù)據(jù)處理插件開發(fā)

在實際施工過程中，第三方提供的水深測量數(shù)據(jù)基于某種因素考慮往往經(jīng)過特殊處理，形成水深處理軟件無法直接提取的水深數(shù)據(jù)，無法直接運用計算。若進行人工處理將帶來海量工作量，其中較為常見的為“大小數(shù)”情況（水深數(shù)據(jù)整數(shù)位和小數(shù)位為兩個獨立的文本數(shù)據(jù)），基于Civil3D進行開發(fā)的水深數(shù)據(jù)處理插件可批量進行“大小數(shù)”“等大數(shù)”格式的水深數(shù)據(jù)處理，使其不受文本高度、距離、規(guī)則形式的影響，最終生成Civil3D可識別的水深數(shù)據(jù)，具體處理流程與效果見圖3。借助Civil3D可進行挖泥拋石計算，水下質(zhì)量驗收各項施工應(yīng)用等。

2）Revit封包插件開發(fā)

在方形沉箱模板參數(shù)化課題研究中，發(fā)現(xiàn)沉箱模板樣式繁多，通過插件能將常用的構(gòu)件參數(shù)化族像系統(tǒng)族一樣加載到工具欄中，大幅提升常用族調(diào)用的便捷性與靈活性。

本插件只需安裝一次，不需重復(fù)安裝，高效快捷，提升工作效率。

圖3 插件處理數(shù)據(jù)流程與成果Fig.3 Theprocessand resultsof dataprocessingby plug-in

4.4 場地布置

圖4為本項目進行的拌合站、干塢、南岸臨建、北岸臨建等場布規(guī)劃模擬，在工地例會上進行動態(tài)匯報演示過程中，發(fā)現(xiàn)多處排布不合理問題，會上借助真實的三維模型立即做出了修改與解決意見。充分體現(xiàn)了BIM在可視化方面的巨大優(yōu)勢。

圖4 場布規(guī)劃與應(yīng)用Fig.4 Planning and application of site layout

4.5 進度推演

干塢底板施工異常復(fù)雜，常規(guī)方式無法合理科學(xué)有效對施工進度進行推演，為了能準(zhǔn)確把握施工細節(jié)情況，按天詳細編排進度計劃，按工段劃分模型，直觀形象的在匯報會上進行推演說明，經(jīng)過討論發(fā)現(xiàn)多處生產(chǎn)與技術(shù)方面的問題，并提出相應(yīng)調(diào)整方案。在北岸施工進度模擬的基礎(chǔ)上，增加船機設(shè)備布置模擬，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)開挖船機配置不合理，塢口南側(cè)設(shè)備工作面狹窄，斜坡段通道開挖不經(jīng)濟等諸多問題。推演效果見圖5。

圖5 相關(guān)進度推演演示Fig.5 Relevant progressdeduction demonstration

BIM進度推演需要有準(zhǔn)確的模型，有詳細計劃，與常規(guī)進度匯報相比較，需要做更多的準(zhǔn)備工作。在建模的過程中即對施工結(jié)構(gòu)有了一定程度的了解，達到了熟悉圖紙的目的；在計劃編制過程中要求施工人員對工序間的前后邏輯關(guān)系把控更為嚴格，對每個部件的施工時間進行合理安排。通過BIM這種手段迫使施工人員挖掘所主辦施工項目隱藏的各類風(fēng)險點，從而大大提高進度管理水平。

4.6 720全景作業(yè)指導(dǎo)書

技術(shù)交底或指導(dǎo)書現(xiàn)階段常用的插入三維模型圖片或工藝視頻的方式，較之傳統(tǒng)的紙質(zhì)文字內(nèi)容已經(jīng)有很大的提升。通過采用制作更為簡單、效果較好的720全景技術(shù)，將重要的技術(shù)要點以三維交互的方式呈現(xiàn)給被交底人，使其更形象地了解所施工內(nèi)容，對每一施工階段都進行全景式的演示，同時在需要關(guān)注的部位增加文字、圖片說明，進行可交互式體驗，形成720全景作業(yè)指導(dǎo)書，配合現(xiàn)場技術(shù)交底二維碼查詢的細節(jié)補充，增加交底的可閱讀性?？梢暬鳂I(yè)指導(dǎo)書具有可視化和交互性更強的優(yōu)勢。圖6為項目制作的可視化作業(yè)指導(dǎo)書。

圖6 720全景沉箱模板支立作業(yè)指導(dǎo)書Fig.6 Work guide of 720°panoramic caisson template support

4.7 工藝模擬

工藝模擬演示是BIM應(yīng)用無法回避的問題，通過動畫演示模擬復(fù)雜工藝施工流程與相關(guān)關(guān)鍵點，直接又有效。在實際應(yīng)用中，利用自建BIM模型與網(wǎng)絡(luò)下載的各類素材基本可以完成模型及場景的搭建，其真正的難點在于機械動畫的綁定調(diào)整，渲染效果的把控及克服頻繁的方案修改，這是制約工藝模擬完成的最大問題。

不同于其他工藝模擬，在制作前，主管部門要求工區(qū)提供工藝模擬的視頻交底，標(biāo)明需要工藝演示的重點部位，針對交底中的內(nèi)容，雙方又對其中的部分細節(jié)進行反復(fù)調(diào)整，形成終稿。制作過程中，通過在視頻中添加文字、圖例的方式，使單一的動畫演示內(nèi)容更加豐富與直觀；圖7為咬合樁工藝模擬，通過利用后期剪輯軟件剪輯視頻，減少了渲染時間，明顯提高了內(nèi)容修改的靈活性，150 s的咬合樁工藝模擬動畫累計消耗50 h制作完成，建模、動畫、渲染、后期、剪接出片等工作可由1人獨立完成。

圖7 咬合樁工藝模擬Fig.7 Processsimulation of occlusal pile

4.8 鋼筋自動下料

與傳統(tǒng)CAD手工翻樣相比。廣聯(lián)達鋼筋下料軟件，可以對鋼筋進行翻樣，進而可以對鋼筋下料進行快速計算，選擇最快的下料方案。人工智能可以給出正確的意見，但仍需要結(jié)合現(xiàn)場實際鋼筋下料方案進行對比分析。

4.9 參數(shù)化模板

建立參數(shù)化模板庫，由于工區(qū)預(yù)制沉箱的特殊性，最適合建立參數(shù)化模板庫，可以通過驅(qū)動沉箱的長寬高，來驅(qū)動模板的大小，實現(xiàn)實時關(guān)聯(lián)。參數(shù)化模板庫的建立為以后項目部模板的建立節(jié)省大量的時間，也是一項長期并一勞永逸的工作。使用參數(shù)化模板建模能快速生成單片模板樣式，直觀地查看模板構(gòu)造結(jié)構(gòu)，三維交底更加方便快捷。通過參數(shù)化設(shè)置，能隨著實際沉箱大小的變化來變更模板的大小，為模板的拼裝提供便利。

5 BIM應(yīng)用價值分析

將工程管理各方面的傳統(tǒng)與BIM解決辦法分析比對，BIM技術(shù)在項目管理溝通、工作效率、可視化程度、標(biāo)準(zhǔn)化、精細化程度等方面都有明顯提升，且如進度推演等方面能發(fā)揮較大作用，相較于傳統(tǒng)管理方法推廣應(yīng)用價值顯著，基于本項目BIM應(yīng)用價值點總結(jié)見表1。

6 結(jié)語

通過首次將BIM技術(shù)管理運用到干塢建設(shè)管理中，根據(jù)項目的實際需求合理篩選價值點并推廣應(yīng)用，取得了良好的效果。通過前期技術(shù)的籌備與規(guī)劃、制度的建設(shè)與落實，為BIM技術(shù)在項目上的推廣與落實提供了可靠保障。BIM技術(shù)的發(fā)展正逐漸改變傳統(tǒng)的思維與施工方式，讓過去復(fù)雜繁瑣的工作變得更加簡單準(zhǔn)確，同時也為高難度高精度工程施工提供了傳統(tǒng)方式無法比擬的直觀性與準(zhǔn)確性。