數(shù)模結(jié)合理念在工程量計量中的應(yīng)用

于亞南，李翔

（中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510290）

近年來，隨著BIM 技術(shù)[1]的不斷發(fā)展與成熟，數(shù)模結(jié)合理念在項目管理各個環(huán)節(jié)廣泛應(yīng)用，為工程量計量提供了新的思路與途徑。本文結(jié)合香港國際機場第三跑道填海工程（簡稱香港三跑工程）這一大型回填項目的管理需求，簡要闡述了應(yīng)用Civil 3D[2]構(gòu)建三維計量模型及Excel 構(gòu)建數(shù)據(jù)計算模型等方法，實現(xiàn)了回填工程量的快速建模、動態(tài)運算[3]、精準計量[4]及多維度的土方數(shù)據(jù)輸出成果，為本項目的材料組織、施工設(shè)備組織、施工計劃調(diào)整提供了堅實的數(shù)據(jù)支撐。

1 項目概況

香港三跑工程是在香港機場原有跑道北側(cè)擴建第三條跑道及配套設(shè)施而進行的填海施工項目，回填總工程量9200 萬m3，形成陸域面積約650 hm2。施工范圍共被劃分成71 個分區(qū)，各分區(qū)的交付高程不同，交付時間無規(guī)律性，項目區(qū)域劃分及設(shè)計高程見圖1。本項目由于機場不同的功能區(qū)劃分嚴格限制了回填材料的類型，各類回填材料的料源地分布分散，價格差異大，材料組織難度大，不同功能區(qū)材料適用類型見表1。本項目水下地基處理施工工藝主要為排水板和水泥深層攪拌樁，不同地基處理方式對應(yīng)的分層回填要求及配套施工設(shè)備不同，部分設(shè)備需新建、改造或從境外引進，設(shè)備組織存在不確定性，分層施工示意圖見圖2，分層施工設(shè)備適用類型見表2。

圖1 項目分區(qū)及設(shè)計高程圖Fig.1 Project zoning and design elevation

表1 材料投放適用表Table 1 Application form of material

圖2 典型斷面分層施工示意圖Fig.2 Schematic diagram of layered construction of typical section

表2 主要設(shè)備投放適用表Table 2 Application form of main equipment

2 數(shù)模結(jié)合計量的應(yīng)用

為實現(xiàn)工程量計算的準確性、及時性及多維度輸出成果，采用數(shù)模結(jié)合的方法進行回填工程量的計量，即應(yīng)用Civil 3D 軟件根據(jù)原始水深、過程水深與設(shè)計高程繪制施工模型，應(yīng)用Excel軟件進行數(shù)據(jù)建模，實現(xiàn)對施工模型多維度有針對性的數(shù)據(jù)處理。數(shù)模結(jié)合計量應(yīng)用流程見圖3。

圖3 數(shù)模結(jié)合計量應(yīng)用流程圖Fig.3 Application flow chart of digital-analog combination measurement

2.1 三維建模

三維建模即結(jié)合工程原始水深數(shù)據(jù)及設(shè)計高程制作施工模型[5]，包括曲面生成，曲面閉合，分區(qū)分層等步驟。

曲面生成，在Civil 3D 軟件中新建曲面，導入原始測量數(shù)據(jù)與設(shè)計高程文件，分別生成計算模型的上下面域。

曲面閉合，在邊界面域的邊界線處向原始面與高程面放坡，上下面域閉合生成封閉計算斷面。

分區(qū)分層，結(jié)合設(shè)計文件及施工需要，對計量模型進行橫向及縱向網(wǎng)格劃分。

2.2 數(shù)據(jù)建模

應(yīng)用軟件體積面板將過程曲面與各高程控制面相交后形成多個體積模型，模型選區(qū)添加界內(nèi)體積生成各區(qū)在各層的挖/填方報告。通過差值運算結(jié)果與材料、設(shè)備的信息關(guān)聯(lián)，建立多維度的數(shù)據(jù)分析模型[6]。上述報表為各區(qū)域施工進度安排、設(shè)備組織、材料組織提供了充分的、準確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.3 數(shù)模更新

數(shù)模更新包括模型數(shù)據(jù)更新和進度數(shù)據(jù)更新。

模型數(shù)據(jù)更新，主要為計量模型的上面域的更新。由于本項目涉及標段多，邊界條件復(fù)雜，部分施工工序的銜接存在不確定性，業(yè)主方較為頻繁地對施工分區(qū)和設(shè)計高程進行調(diào)整，故我方亦需動態(tài)進行數(shù)據(jù)模型的更新[6]。模型更新主要通過更新面域數(shù)據(jù)（DWG 文件）的方式實現(xiàn)模型信息的快速更新。

進度數(shù)據(jù)更新，即計量進度曲面的更新。將進度測量的最新高程數(shù)據(jù)（XYZ 文件）導入計算模型，即可快速得出相關(guān)工程量信息。

以區(qū)域C、+3.0 mPD 層次施工計算為例，+3.0 mPD 基準面以下，進度曲面以下為完成工程量A，進度曲面以上為剩余工程量B。依次類推可得到各區(qū)域各施工層次的完成與剩余工程量。計算示意圖參見圖4。

圖4 進度計算示意圖Fig.4 Diagram for schedule calculation

3 對比分析

傳統(tǒng)的CASS[7]與Hypack 軟件計量的方式按分層分別建立單分區(qū)的平均高程面，進度計算時將進度數(shù)據(jù)文件導入生成三角網(wǎng)面域之后與目標面域進行填挖方的運算[8]。以2020年4月份的進度測量為例，進行傳統(tǒng)計量方法與數(shù)模結(jié)合方法進行工程量計算對比分析。從比較結(jié)果可知兩種方式的計算結(jié)果基本一致。在計算精度和工作效率方面，數(shù)模結(jié)合方法優(yōu)于傳統(tǒng)軟件算法。數(shù)模結(jié)合計量與傳統(tǒng)軟件計算方法比較結(jié)果見表3。

表3 數(shù)模結(jié)合與軟件計算結(jié)果比較表Table 3 Comparison results between digital-analog combination and other software

在計算精度方面，如單分區(qū)多高程設(shè)置、復(fù)雜形狀區(qū)域、工序邊界搭接等細節(jié)的處理，數(shù)模結(jié)合計量方法優(yōu)于傳統(tǒng)計量方法；在工作效率方面，兩種方法在首次創(chuàng)建計算面域時耗時基本無差，但在后期的數(shù)據(jù)維護更新、數(shù)據(jù)輸出使用、工作效率與體驗等應(yīng)用方面，數(shù)模結(jié)合計量的方法亦優(yōu)于傳統(tǒng)計算方法。

4 結(jié)語

BIM 技術(shù)的發(fā)展推動著項目管理水平的不斷提高。文中應(yīng)用BIM 技術(shù)構(gòu)建三維計量模型及Excel 構(gòu)建數(shù)據(jù)計算模型等方法，改善了傳統(tǒng)工程量計量方法，實現(xiàn)了工程量的快速計量及多維度成果輸出，為設(shè)備組織、材料組織、成本控制、進度保障提供了堅實、準確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。