BIM 技術(shù)在海塘工程中的應(yīng)用

宋葉青，孟成成，樊金甲，潘國華

（1.杭州交投建設(shè)工程有限公司，杭州 330100；2.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，武漢 420100）

1 引言

建筑信息模型(Building Information Modelling,BIM)的概念是在20 世紀(jì)70 年代首次由美國喬治亞技術(shù)學(xué)院伊斯曼博士提出，他對(duì)BIM 的理解是：BIM 集成了建筑所有的幾何信息、單元性能和功能要求，將建筑項(xiàng)目全生命周期內(nèi)的所有信息都集成到模型中，而且還包括建造過程、維護(hù)管理等過程信息[1，2]。

從BIM 的內(nèi)涵來看，BIM 是一個(gè)存放建筑幾何、非幾何數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。BIM 對(duì)建筑業(yè)的作用已得到了業(yè)界的廣泛認(rèn)可，全國各省市相繼出臺(tái)BIM 技術(shù)推廣相關(guān)指導(dǎo)意見，全面推進(jìn)BIM 技術(shù)全生命期應(yīng)用。以提升公路水運(yùn)工程建設(shè)品質(zhì)為目標(biāo)，交通運(yùn)輸部于2017 年12 月發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)公路水運(yùn)工程BIM 技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，該《意見》要求提升公路水運(yùn)行業(yè)BIM 技術(shù)應(yīng)用的廣度、深度，利用BIM 數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)件輔助制造，并建設(shè)一批公路、水運(yùn)BIM 示范工程。

本文結(jié)合京杭運(yùn)河浙江段三級(jí)航道整治工程杭州段（八堡船閘段）海塘工程，總結(jié)歸納了BIM 技術(shù)在水利水運(yùn)工程設(shè)計(jì)和施工過程中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為BIM 技術(shù)在水利水運(yùn)工程的全面應(yīng)用提供參考。

2 工程概況及特點(diǎn)

項(xiàng)目位于浙江省杭州市錢塘江兩岸，為京杭運(yùn)河浙江段三級(jí)航道整治工程杭州段的重要節(jié)點(diǎn)工程，主要建設(shè)內(nèi)容包括：（1）標(biāo)準(zhǔn)塘加固工程，范圍覆蓋錢塘江兩岸共10.693 km；（2）防洪封閉海塘工程，范圍覆蓋錢塘江沿岸1.3 km。建設(shè)范圍共覆蓋錢塘江兩岸11.993 km。

該工程施工戰(zhàn)線長(zhǎng)、管理難度大，施工內(nèi)容多、范圍廣，并且錢塘江兩岸各區(qū)及預(yù)制廠多點(diǎn)均同時(shí)施工，施工和安全、質(zhì)量、成本、進(jìn)度管理難度大。工程在設(shè)計(jì)、施工過程中應(yīng)用BIM技術(shù)，運(yùn)用BIM 技術(shù)的可視化、協(xié)調(diào)性等特性，降低設(shè)計(jì)成果錯(cuò)誤率，提高工程目標(biāo)的可實(shí)施性。

BIM 技術(shù)在該項(xiàng)目中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在參數(shù)化建模、碰撞檢查、工程量清單復(fù)核、虛擬仿真漫游，以及可視化施工交底幾個(gè)方面，另外，本文在施工現(xiàn)場(chǎng)管理過程中將BIM、GIS（地理信息系統(tǒng)）以及視頻監(jiān)控有機(jī)結(jié)合，建立基于BIM+GIS的視頻監(jiān)控管理平臺(tái)，便于項(xiàng)目管理人員對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)時(shí)有效管理。

3 BIM 技術(shù)在海塘工程中的應(yīng)用

3.1 BIM 模型建立

BIM 模型的建立是最煩瑣、工作量最大的基礎(chǔ)工作，海塘加固工程各部位的構(gòu)件具有數(shù)量多、種類少、結(jié)構(gòu)型式相對(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)[3]。

為提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，本工程采用參數(shù)化協(xié)同設(shè)計(jì)方法。模型的建立采用中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司研發(fā)的水運(yùn)BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)云平臺(tái)，該平臺(tái)以通用BIM 軟件為基礎(chǔ)，采用私有云模式部署[4]。參數(shù)化建模完成后，各構(gòu)件均按照統(tǒng)一的建模標(biāo)準(zhǔn)命名、錄入信息和定義屬性（見圖1）。

圖1 新建丁壩BIM 模型

3.2 設(shè)計(jì)成果校核

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，各專業(yè)設(shè)計(jì)圖紙采用二維設(shè)計(jì)方式匯總后，以二維設(shè)計(jì)圖紙為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)會(huì)審，人為的失誤和疏忽很難避免，導(dǎo)致工程施工返工，浪費(fèi)建設(shè)投資，影響施工進(jìn)度。

運(yùn)用BIM 技術(shù)復(fù)核設(shè)計(jì)成果，可以提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，在設(shè)計(jì)圖紙會(huì)審時(shí)可以通過碰撞檢查、虛擬仿真漫游等BIM 技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙中潛在的問題，可以檢查海塘加固工程所有構(gòu)件尺寸、標(biāo)高、位置的關(guān)系和協(xié)調(diào)性，從而優(yōu)化工程設(shè)計(jì)。

3.2.1 碰撞檢查

應(yīng)用基于BIM 技術(shù)的碰撞檢查功能，可檢查由設(shè)計(jì)原因引起的“錯(cuò)、漏、碰、缺”等問題，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。在工程建造前能夠依據(jù)設(shè)計(jì)成果建立的BIM 模型逐一地進(jìn)行空間沖突分析，解決各專業(yè)細(xì)部沖突，根據(jù)檢查結(jié)果修改施工圖紙，減少施工返工，縮短施工時(shí)間。

運(yùn)用Navisworks Manager 軟件中的軟碰撞和硬碰撞功能，結(jié)合一般施工流程，對(duì)海塘工程各區(qū)域分別進(jìn)行碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)Ⅰ區(qū)新建丁壩和Ⅱ區(qū)丁壩壩頭灌注樁之間的凈距不符合要求，設(shè)計(jì)圖紙中灌注樁之間的凈距都為零，而灌注樁施工時(shí)需要打設(shè)鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒的直徑一般比灌注樁的直徑大15～20 cm，需要灌注樁之間保持一定的凈距才可以滿足施工要求。經(jīng)設(shè)計(jì)復(fù)核和驗(yàn)算，將灌注樁之間的凈距改為15 cm（見圖2、圖3），保證了施工的順利進(jìn)行，同時(shí)節(jié)約了混凝土用量2 600 m3，鋼筋用量324 t。

圖2 修改前的丁壩壩頭

圖3 修改后的丁壩壩頭

3.2.2 工程量復(fù)核

通過BIM 模型可以準(zhǔn)確快速地獲得工程材料清單基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為施工企業(yè)制定精確材料計(jì)劃提供支撐，減少資源浪費(fèi)，為實(shí)現(xiàn)限額領(lǐng)料、消耗控制提供技術(shù)支撐。

本項(xiàng)目運(yùn)用二次開發(fā)的Revit 插件批量提取BIM 模型的工程量，按照工程量清單的格式要求，形成基于BIM 模型的工程量清單，與傳統(tǒng)的工程量清單進(jìn)行對(duì)比，為工程材料采購、工程計(jì)量支付提供數(shù)據(jù)參考。統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)原工程量清單存在少數(shù)漏項(xiàng)情況，2 種統(tǒng)計(jì)方法統(tǒng)計(jì)的已有條目的工程量在數(shù)量上大體相符。

3.3 施工技術(shù)應(yīng)用

運(yùn)用BIM 技術(shù)可以進(jìn)行施工工藝模擬方面的應(yīng)用，通過這些應(yīng)用可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過程中的問題，更換施工方法或調(diào)整工程方案。

在項(xiàng)目初期，施工技術(shù)人員很難全面消化吸收施工組織設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)圖紙，領(lǐng)悟設(shè)計(jì)意圖。傳統(tǒng)的施工技術(shù)交底，主要以圖紙、文字的形式實(shí)現(xiàn)，施工技術(shù)交底很難將設(shè)計(jì)意圖準(zhǔn)確傳遞，從而使施工技術(shù)交底流于形式。BIM 技術(shù)可以動(dòng)態(tài)展示施工場(chǎng)地和施工技術(shù)，直觀地反映施工的關(guān)鍵工序和關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)，重點(diǎn)突出施工要點(diǎn)、難點(diǎn)，準(zhǔn)確傳遞設(shè)計(jì)意圖。

本工程灌注樁覆蓋了Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的所有丁壩，在灌注樁施工技術(shù)交底過程中采用可視化預(yù)演和BIM 模型相結(jié)合的方式進(jìn)行交底，與傳統(tǒng)交底方式相比更加準(zhǔn)確傳遞了施工交底內(nèi)容，為提高施工效率及質(zhì)量，保障施工安全奠定了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。

3.4 施工管理應(yīng)用

由于項(xiàng)目中的單位工程分布在錢塘江兩岸，施工場(chǎng)地廣、戰(zhàn)線長(zhǎng)，施工管理困難，在現(xiàn)場(chǎng)施工管理過程中將BIM、物聯(lián)網(wǎng)以及GIS 等技術(shù)相互融合，建設(shè)數(shù)字化工地，進(jìn)一步增強(qiáng)項(xiàng)目管理人員對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)有效管理。

施工現(xiàn)場(chǎng)攝像頭數(shù)量達(dá)到50 多個(gè)，普通的視頻監(jiān)控平臺(tái)很難準(zhǔn)確表示每個(gè)攝像頭的位置，項(xiàng)目集成BIM 模型與現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，提高了管理效率，減少了管理的人工工作量，進(jìn)一步增加了管理透明度。項(xiàng)目管理人員在辦公室面對(duì)著電腦就能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量安全及人員、機(jī)械情況進(jìn)行全盤掌握，一邊是攝像頭中從工地傳過來的各個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)畫面，另一邊面對(duì)著電腦中的BIM 虛擬施工方案，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)某班組的工人是否按照方案要求施工。

4 結(jié)語

1）BIM 技術(shù)在海塘工程中的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)還未建立，本次應(yīng)用實(shí)踐探索了BIM 技術(shù)在海塘工程設(shè)計(jì)和施工階段的相關(guān)應(yīng)用點(diǎn)，取得了較好的效果。

2）BIM 技術(shù)在海塘加固工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可以減少設(shè)計(jì)誤差，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

3）BIM 技術(shù)對(duì)提高設(shè)計(jì)施工效率、縮短工程工期、控制工程造價(jià)具有良好的作用。

4）BIM 與物聯(lián)網(wǎng)、GIS 等技術(shù)的無縫融合，將創(chuàng)造工程施工領(lǐng)域的新管理模式，有廣闊的市場(chǎng)前景。

5）BIM 技術(shù)在海塘工程項(xiàng)目中的深入應(yīng)用，將帶動(dòng)水利水運(yùn)工程建設(shè)信息化管理水平的不斷提升，最終實(shí)現(xiàn)BIM 技術(shù)在水利水運(yùn)工程項(xiàng)目中的全面應(yīng)用。