BIM技術(shù)在基礎(chǔ)設(shè)施工程中的應(yīng)用

黃為

【摘要】為探索BIM技術(shù)在基礎(chǔ)設(shè)施中的應(yīng)用點(diǎn)，文章以某新機(jī)場三標(biāo)耐候鋼轉(zhuǎn)體橋為研究對象，利用BIM軟件對項目所處地形位置進(jìn)行分析（如坡度、方向、等高線、流域等），為后期方案設(shè)計做準(zhǔn)備。施工過程中運(yùn)用Revit中的工程明細(xì)表復(fù)核工程量提升工程量統(tǒng)計效率、并通過三維施工圖樣的生成，對一些復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交底，突破技術(shù)難點(diǎn)。Fuzor軟件導(dǎo)入施工計劃，把三維模型加上時間維度，形成4D模型，對進(jìn)度進(jìn)行實時把控。轉(zhuǎn)體過程中，得出沖突墩身的安全高度，為轉(zhuǎn)體過程中的安全和轉(zhuǎn)體后工期提供保障。在BIM方案比選中，通過BIM模型的細(xì)部調(diào)整，展示不同方案的細(xì)微之處，提高方案的決策的準(zhǔn)確性和時效性。在方案匯報中，BIM模型+動畫展示，利用BIM模型可視化強(qiáng)的特點(diǎn)，精準(zhǔn)表達(dá)出方案的設(shè)計意圖。在BIM+綠色施工中，在設(shè)計、規(guī)劃階段對模型進(jìn)行細(xì)部調(diào)整達(dá)到節(jié)能、節(jié)材、節(jié)地、節(jié)水的目的，使項目增值。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù); 場地規(guī)劃; 工程算量; 方案比選; 4D模擬; 綠色施工

【中國分類號】U445.1【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

BIM在建筑施工上的應(yīng)用目前比較成熟，各專業(yè)之間的交叉碰撞檢測能夠產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益[1-3]，但對于基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)用點(diǎn)還需進(jìn)一步拓展。本文基于中鐵十四局承建的某新機(jī)場三標(biāo)連接線項目，在前期場地規(guī)劃、鋼箱梁吊裝的方案比選、工程量復(fù)核、構(gòu)件之間的碰撞檢測、施工工藝模擬、進(jìn)度管理、5D施工平臺管理等應(yīng)用點(diǎn)中[4]，深度挖掘BIM技術(shù)對基礎(chǔ)設(shè)施項目的價值，為類似的施工項目提供借鑒。

1 BIM應(yīng)用點(diǎn)

1.1 場地規(guī)劃

運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行場地規(guī)劃是為了達(dá)到項目的有序進(jìn)行，減少機(jī)械之間的交叉沖突，通過場地布置，對場地進(jìn)行功能分區(qū)，優(yōu)化施工組織設(shè)計（圖1）。場地規(guī)劃中運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，地形勘測數(shù)據(jù)的獲得是必要的，建模軟件建立建筑實體模型（圖2），需借助傾斜攝影得出地形模型與工程實體模型，并通過坐標(biāo)定位進(jìn)行整合或者通過測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入Civil3D中形成等高線后在Revit軟件中進(jìn)行整合[5]。借助軟件（Infraworks）得出場地數(shù)據(jù)，如坡度、方向、高程、等高線等（圖3），或測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入至Civil3D中進(jìn)行地形分析，可以進(jìn)行土方量的計算?；贐IM技術(shù)可視化強(qiáng)的特點(diǎn)，在場地規(guī)劃中，分析機(jī)械之間的交叉作業(yè)，避免沖突，優(yōu)化各功能區(qū)的設(shè)置，形成功能區(qū)之間的最優(yōu)配合，得到最優(yōu)方案[6-7]。

1.2 工程算量與工程造價

工程量計算是工程造價編制的基礎(chǔ)，BIM的自動算量功能能對不規(guī)則的三維模型進(jìn)行算量統(tǒng)計，并提高計算的客觀性和效率。工程的管理是動態(tài)的管理，而成本的控制是隨著施工過程不斷產(chǎn)生變化的，BIM模型上的工程量信息加上時間維度，可以顯示不同施工階段的施工成本，有利于項目的成本管控。在該新機(jī)場三標(biāo)項目的方案編制中，采用在總拼胎架上把鋼箱梁的板單元拼裝成塊單元，并進(jìn)行分塊吊裝，方案初始將鋼箱梁分成5塊或者10塊（表1、表2），傳統(tǒng)的的辦法計算每一塊鋼箱梁的重量十分困難，而Revit建模軟件能實現(xiàn)精準(zhǔn)建模，得出每一塊鋼箱梁的體積，為后續(xù)的支架設(shè)計，和龍門吊的選型提供理論依據(jù)（圖4）。BIM的工程量是軟件計算的，其精準(zhǔn)度取決于模型的細(xì)度，不受人的干預(yù)，技術(shù)人員可以從大量的重復(fù)性和機(jī)械性的算量工作中脫離出來，新機(jī)場三標(biāo)通過工程在線平臺，使得參與各方共享BIM信息，提供統(tǒng)一工程量，在統(tǒng)一模型進(jìn)行互動。

1.3 碰撞檢測和施工圖樣生成

利用BIM可視化強(qiáng)的特點(diǎn)[8]，碰撞沖突檢測在機(jī)電領(lǐng)域能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益，在基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，方案的設(shè)計階段可以用來檢測空間的位置關(guān)系。本項目在設(shè)計格構(gòu)式管桁架時，運(yùn)用Fuzor里的沖突分析功能，分析支架的高度與支架的空間位置關(guān)系的合理性（圖5）。對于復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，通過生成三維立體圖，使交底形象化，提高交底效率（圖6、圖7）。

1.4 方案比選

本項目主體工程為2×120 m鋼箱梁轉(zhuǎn)體橋，上跨6條既有鐵路，上跨6 條既有鐵路，施工場地狹小，施工條件復(fù)雜，受道路運(yùn)輸、航空限高、臨近鐵路和業(yè)主要求年底主線通車等多種因素制約，施工難度大，工期緊張，項目前期通過大噸位吊車吊裝、大噸位履帶吊吊裝、龍門吊吊裝等多個方案比選，得出龍門吊吊裝為此項目的最佳吊裝方案。通過建立模型，分析每一種方案的利弊關(guān)系，經(jīng)過綜合考慮得出：履帶吊和汽車吊工期受工序影響不能平行作業(yè)，且在鐵路間作業(yè)具有傾覆的危險，得出龍門吊為最佳方案（圖8）。

1.5 BIM4D模擬

2×120 m耐候鋼箱梁轉(zhuǎn)體橋在廠家生產(chǎn)出板單元，在總拼胎架上由單元拼裝成塊單元，采用4臺龍門吊吊裝至格構(gòu)式管桁架進(jìn)行高位焊接的方式，在鐵路中間作業(yè)，空間狹小，必須進(jìn)行精細(xì)化工期管理，本項目通過Project編制的進(jìn)度計劃，導(dǎo)入至Fuzor中的4D模擬中，讓項目上每一個人員實時把控施工進(jìn)度，做到全員心中有進(jìn)度（圖9）。

1.6 轉(zhuǎn)體過程控制

2×120 m耐候鋼箱梁逆時針轉(zhuǎn)體，轉(zhuǎn)體過程中上跨6個墩柱（左2#、左3#、左4#、右4#、右5#、右6#），根據(jù)施工工期安排，需將此6個墩柱控制在安全高度以內(nèi)，既滿足鋼箱梁轉(zhuǎn)體高度要求，又能保證不影響后續(xù)工期，而傳統(tǒng)的計算方法存在一定的誤差，本項目通過BIM技術(shù)的精準(zhǔn)建模來模擬鋼箱梁轉(zhuǎn)體過程，通過找到鋼箱梁轉(zhuǎn)體過程中的碰撞點(diǎn)來推導(dǎo)出轉(zhuǎn)體過程中，沖突墩身的安全高度（圖10）。

左幅鋼箱梁轉(zhuǎn)體過程中與墩柱右5#碰撞沖突如圖11所示，墩頂和碰撞點(diǎn)的高差為1.937 m，設(shè)計墩身高度為17.5 m，計算得出不影響轉(zhuǎn)體墩柱理論高度為15.6 m，利用Revit里的高程點(diǎn)可以推導(dǎo)出其他墩身的沖突高度，設(shè)計出鋼箱梁轉(zhuǎn)體過程中的沖突墩身的安全高度（表3）。

1.7 施工工藝模擬

在BIM技術(shù)中，利用模型背后的信息進(jìn)行信息化管理，通過數(shù)據(jù)的處理提高項目管理水平，使項目增值，還可以通過模型本身進(jìn)行動畫制作對施工工序進(jìn)行演示，采用REVIT+NAVISWORKS，進(jìn)行動畫制作，把重要的施工工序節(jié)點(diǎn)通過動畫進(jìn)行展示（圖12）。

1.8 工程在線動態(tài)管理

對于施工單位來說，BIM在施工階段的應(yīng)用，關(guān)鍵點(diǎn)在于如何利用模型中的數(shù)據(jù)，提高信息化管理水平，使項目增值，本項目基于新機(jī)六院建立的工程在線平臺把物料的跟蹤、隱蔽工程的驗收、工程報表的提交匯總在一起，通過手機(jī)APP進(jìn)行實時匯報，使得業(yè)主、施工方、甲方能通過工程在線及時掌握施工進(jìn)度和質(zhì)量問題，迅速地對所存在的問題進(jìn)行溝通，及時跟進(jìn)并整改，共同推進(jìn)項目的有序進(jìn)行（圖13）。

1.9 綠色施工BIM應(yīng)用

通過BIM技術(shù)實現(xiàn)綠色施工，是BIM技術(shù)應(yīng)用在項目上的重要落腳點(diǎn)之一，也是在建設(shè)工程全壽命周期過程中，如何提升工程質(zhì)量、縮短項目施工周期、控制項目造價的重要命題[9]。在綠色施工中的四節(jié)一環(huán)保中（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)境保護(hù)），通過運(yùn)用GIS+BIM技術(shù)進(jìn)行土地規(guī)劃，充分利用土地，在給排水設(shè)計、暖通管道設(shè)計中運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行合理設(shè)計，能有效地實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)水[10]。通過BIM技術(shù)的沖突碰撞檢測，可以減少設(shè)計中的錯、漏、碰、缺，從而達(dá)到節(jié)材的目的。大型建筑非常復(fù)雜，建筑信息不僅僅是材料和結(jié)構(gòu)形式、坐標(biāo)位置等，采用CFD軟件進(jìn)行計算分析，得到結(jié)構(gòu)形式后的熱島強(qiáng)度、人行區(qū)風(fēng)速、自然通風(fēng)、聲學(xué)模擬等情況，BIM軟件導(dǎo)出Gbxml在能耗計算軟件Simergy，得到能耗分析結(jié)果。

2 結(jié)束語

BIM技術(shù)目前在建筑領(lǐng)域上的應(yīng)用點(diǎn)已經(jīng)成熟，在基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域還有待探索，本文基于BIM技術(shù)，從工程項目實際出發(fā)，在場地規(guī)劃、工程算量、碰撞檢測、方案比選、BIM4D模擬、施工工藝模擬、工程動態(tài)管理、綠色施工BIM應(yīng)用九個方面進(jìn)行分析，為基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的BIM應(yīng)用點(diǎn)提供一定的借鑒。

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