BIM 技術(shù)在高樁碼頭樁基施工中的應(yīng)用

馬永宵

（南京港港務(wù)工程有限公司，江蘇 南京 210000）

BIM 技術(shù)以信息技術(shù)為核心實現(xiàn)了對施工現(xiàn)場的動態(tài)管理，能夠及時發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場存在的安全隱患，同時還能夠?qū)Ρ仁┕び媱澟c實際施工進度之間的關(guān)系，提出施工調(diào)整的策略，有效保障了施工現(xiàn)場的安全，同時還能夠提升建筑工程的質(zhì)量，值得施工單位廣泛應(yīng)用。BIM 技術(shù)在高樁碼頭工程中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)工程全生命期功能特性的數(shù)字化表達，真正落實設(shè)計施工一體化發(fā)展，保障項目進行過程中各方分工與合作的互動平衡關(guān)系，最終提高項目施工的效率。BIM 技術(shù)在高樁碼頭工程中的應(yīng)用是一次大膽的嘗試，也是水運工程使用BIM 技術(shù)的重要實踐，人們應(yīng)當(dāng)總結(jié)其中的應(yīng)用要點，明確技術(shù)應(yīng)用規(guī)范與流程，發(fā)揮出BIM 技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，促進我國水運工程項目的現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展。

1 BIM 技術(shù)的概念與應(yīng)用特征

1.1 BIM 技術(shù)的概念

BIM 技術(shù)又被稱之為信息施工模型，在項目工程設(shè)計階段的應(yīng)用能夠為其構(gòu)建符合數(shù)據(jù)要求的建筑模型，而在施工管理階段則能夠通過協(xié)同管理平臺的構(gòu)建實現(xiàn)對施工進度、施工質(zhì)量以及施工安全等多方面的實時管理。BIM 技術(shù)最早誕生于美國，技術(shù)內(nèi)容不僅包括了項目工程的設(shè)計建設(shè)，還涵蓋了施工管理以及后期維護等。BIM 技術(shù)在使用的過程中能夠?qū)㈨椖吭O(shè)計以3D 的形式展現(xiàn)出來，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計紙質(zhì)文檔的數(shù)字轉(zhuǎn)換。因此，BIM 技術(shù)具有直觀性的特點，在項目工程設(shè)計階段以及施工管理階段的應(yīng)用都能夠幫助設(shè)計人員解決一些平常難以解決的問題。就目前的情況來看，BIM 技術(shù)在項目施工行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)成為了一種關(guān)鍵技術(shù)，顯示出了巨大的發(fā)展?jié)摿Γ軌虼龠M建筑行業(yè)、交通運輸行業(yè)等工程的現(xiàn)代化發(fā)展。BIM 技術(shù)在工程項目管理的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)信息的收集與管理，尤其是利用模擬化管理技術(shù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)工程項目協(xié)調(diào)管理，針對工程項目的施工進度、成本管理、安全監(jiān)管等工作發(fā)揮作用，實現(xiàn)動態(tài)化管理，提高項目管控的力度。另外，BIM 技術(shù)的應(yīng)用還能夠推進工程項目管理持續(xù)性發(fā)展。管理人員可以利用BIM 技術(shù)獲取施工過程中產(chǎn)生的信息，并對實時信息進行分析，將其作為施工管理的依據(jù)。

1.2 BIM 技術(shù)的應(yīng)用特征

首先是協(xié)同性應(yīng)用優(yōu)勢，由于水運工程施工管理涉及多個部門的協(xié)調(diào)合作，其中包含的專業(yè)技術(shù)與學(xué)科內(nèi)容也比較繁雜，屬于綜合性工程，這就需要技術(shù)人員能夠?qū)λ\工程施工設(shè)計、實施以及管理等工作的各項流程進行協(xié)調(diào)統(tǒng)一。BIM 技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用能夠為各管理主體打造一個協(xié)調(diào)合作與交流溝通的平臺，設(shè)計人員與管理人員能夠通過該平臺收集開發(fā)商、水運施工等各個方面對于水運功能的要求，并根據(jù)實際建設(shè)需求開展管理工作。其次就是模擬性優(yōu)勢，傳統(tǒng)的工程設(shè)計以及施工設(shè)計一般通過繪制平面圖以及流程圖的形式開展，然而水運工程規(guī)模逐漸擴大，且在實際施工中還存在較多更改與優(yōu)化的地方，這就增加了施工設(shè)計的復(fù)雜性。BIM 技術(shù)的有效應(yīng)用能夠借助信息技術(shù)構(gòu)建完整的碼頭港口模型，從各個細節(jié)中展示項目各流程的施工任務(wù)，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)細節(jié)部分的單獨修改與整體自動修正，提高施工設(shè)計的科學(xué)性與安全性。最后就是可視性特征，BIM 技術(shù)的可視性優(yōu)勢主要體現(xiàn)在其3D 建模技術(shù)上，管理人員可以將施工相關(guān)數(shù)據(jù)與參數(shù)輸入建模軟件中，這樣就能夠構(gòu)建一個具有3D 展示效果的工程模型，且該模型中能夠展示建筑具體的空間設(shè)計內(nèi)容以及施工建設(shè)任務(wù)，促進施工管理人員與實際施工人員之間的溝通，實現(xiàn)信息共享，提高后期實際施工的效率。

2 BIM 技術(shù)在設(shè)計階段的應(yīng)用難點

2.1 地形地質(zhì)數(shù)據(jù)收集難度較大

與普通建筑項目相比，水運工程項目的施工環(huán)境更加復(fù)雜，所需地質(zhì)地形資料較多。技術(shù)人員在前期勘查工作中需要花費大量的功夫和精力才能夠獲取部分地質(zhì)地形資料，這些資料是BIM 技術(shù)應(yīng)用開展設(shè)計工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，只有掌握完善的數(shù)據(jù)資料才能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計的三維化與參數(shù)化。三維地表模型數(shù)據(jù)的獲取需要專業(yè)技術(shù)人員在實地進行勘查工作，這樣才能夠保障數(shù)據(jù)源的通用性、普遍性與可拓性。準確數(shù)據(jù)支持下的三維地表模型將被使用于工程后期BIM 技術(shù)的應(yīng)用中，比如對填挖方的計算等，保障之后施工設(shè)計與管理工作的正常開展。

2.2 參數(shù)化構(gòu)建工作復(fù)雜

經(jīng)過上文分析可知，BIM 技術(shù)在高樁碼頭工程的應(yīng)用將實現(xiàn)參數(shù)化的構(gòu)件設(shè)計。但由于高樁碼頭工程量較多，工程規(guī)模較大，因此設(shè)計中將涉及到較多類型構(gòu)件，其中部分構(gòu)件還體現(xiàn)出復(fù)雜性的特征，還有的構(gòu)件則是異形。這樣就增加了構(gòu)件參數(shù)化的困難，在參數(shù)化過程中會產(chǎn)生大量幾何信息與非幾何信息，整個參數(shù)化過程將變得非常繁雜，一旦其中某構(gòu)建參數(shù)化設(shè)置錯誤就會影響整個工程的設(shè)計施工。

2.3 建模后處理技術(shù)不成熟

與建筑工程相比，水運行業(yè)中BIM 技術(shù)的應(yīng)用處于積極嘗試和起步發(fā)展的階段，因此很多施工單位在使用BIM 技術(shù)的同時還會輔助利用二維圖紙與工程量清單開展設(shè)計施工，對此，技術(shù)人員應(yīng)提升BIM技術(shù)應(yīng)用水平，解決當(dāng)前二維圖紙與工程量清單的使用問題。當(dāng)前BIM 技術(shù)在設(shè)計建模之后的處理技術(shù)不夠成熟，對于技術(shù)人員自身素養(yǎng)要求較高，而技術(shù)人員則應(yīng)根據(jù)實際工程需求以及建設(shè)情況選擇相應(yīng)的處理方式，制定出可靠的施工方案，不斷優(yōu)化BIM技術(shù)應(yīng)用方案。

3 BIM 技術(shù)在高樁碼頭樁基施工中的應(yīng)用

3.1 工程概況與建設(shè)內(nèi)容

3.1.1 建設(shè)內(nèi)容

本工程位置在長江下游的某個港區(qū)，港區(qū)泊位設(shè)置如下：40 000 噸級通用泊位數(shù)量1 個；50 000 噸級通用泊位數(shù)量2 個；50 000 噸級通用散貨泊位數(shù)量1 個；2 000 噸級通用散貨泊位數(shù)量1 個；1 000噸級通用散貨泊位數(shù)量1 個。

3.1.2 結(jié)構(gòu)方案

碼頭的通用泊位的位置設(shè)計將靠近船卸平臺，以便為其提供貨物裝卸服務(wù)，每個泊位的設(shè)計規(guī)格為698.25 m×35 m。同樣依靠船裝卸平臺設(shè)計建設(shè)通用散貨泊位，每個泊位的設(shè)計規(guī)格為246.00 m×30 m。其中依靠船裝卸平臺的通用泊位利用3 座引橋與岸邊連接，3 座引橋從上游至下游的設(shè)計寬度分別為12 m、15 m、15 m。裝卸平臺與引橋?qū)⑹褂酶邩读喊褰Y(jié)構(gòu)，其中平臺排架之間的距離設(shè)計為8 m，總數(shù)為91 榀，排架的基礎(chǔ)施工則使用Φ1 000 mmPHC 管樁，下游側(cè)端部和一期碼頭所相鄰的排架須使用叉樁和6 根直樁，其余排架使用叉樁數(shù)量為2 對，整體數(shù)量比為4 ∶1。本工程樁基工程量如表1 所示。

表1 工程樁基工程量

3.1.3 沉樁方案

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根據(jù)PHC 管樁的施工要求現(xiàn)將沉樁順序設(shè)計如下，技術(shù)人員需同時安排3 條打樁床進行打樁，打樁方法采取階梯式方法，其中有兩條打樁船沉設(shè)1～3#泊位的碼頭樁，剩下的一條打樁船沉設(shè)6～8#泊位的碼頭樁。對于1#打樁船則先打橋樁，之后再開展碼頭平臺樁的施打，其中值得注意的是，沉樁的施工應(yīng)按照從下游向上游的順序進行。對于2#打樁船則應(yīng)以碼頭的中部排架為界線，按照從下游向上游的順序開展沉樁的施工。對于3#打樁船沉設(shè)6～8#的泊位碼頭樁，則應(yīng)按照從上游往下游的順序開始打，最后沉設(shè)鋼管防護柱。本工程打樁船統(tǒng)計表如表2 所示。

表2 打樁船統(tǒng)計

3.1.4 碰撞檢驗

在常規(guī)碰撞檢驗工作中，技術(shù)人員將使用公式進行驗算，利用公式計算兩根樁正位之間的最小凈距離并與施工設(shè)計數(shù)據(jù)進行比對。但這樣的公式驗算方式的工作量較大，計算難度也比較大，且難以適應(yīng)非理想化、非標準化情況下樁位置以及碰樁的情形。此時現(xiàn)代化信息技術(shù)的有效應(yīng)用就能夠解決以上問題，最初技術(shù)人員可以通過CAD 技術(shù)實現(xiàn)三維建模，并通過參數(shù)輸入的方式直接觀察碰撞現(xiàn)象的反應(yīng)情況，但該技術(shù)在檢查和驗算相鄰兩根樁碰撞現(xiàn)象的時候需輸入多次命令，運行下來比較繁瑣，無法提高凈距離極端結(jié)果的效率和質(zhì)量。BIM 技術(shù)的融合則能夠解決以上問題，該技術(shù)軟件中的Revit 軟件和Navisworks軟件能夠通過建模的方式在短時間內(nèi)完成碰撞校驗，同時還能夠計算給出相鄰碰撞的最小凈距離，保障合理的間距，提高工程設(shè)計的合理性與施工的安全性。

3.2 打樁過程模擬

3.2.1 軟件工具

Navisworks 軟件是實現(xiàn)BIM 技術(shù)的計算機軟件，其能夠有效模擬和仿真數(shù)據(jù)運行的效果，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)各項工程參數(shù)數(shù)據(jù)的整合與整體性校審，實現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的協(xié)同。Navisworks 軟件能夠?qū)崿F(xiàn)整合模型、虛擬漫游、碰撞檢查、沖突檢測、4D/5D 的施工模擬、渲染等功能，其中名為TimeLiner 的功能模塊能夠?qū)崿F(xiàn)施工進度計劃的外部導(dǎo)入，經(jīng)過復(fù)雜的算法處理之后實現(xiàn)4D 模擬，并將模擬結(jié)果以直觀圖像以及動畫視頻的形式輸出。

3.2.2 流程模擬

進入流程模擬階段，技術(shù)人員首先應(yīng)完成的工作是模型的處理與載入。技術(shù)人員需將與樁基模型相關(guān)的所有參數(shù)信息都輸入Revit 軟件中，為了減少技術(shù)人員工作量，也可以利用二次開發(fā)的插件實現(xiàn)參數(shù)信息的自動化批量添加。參數(shù)添加成功之后就可以利用計算機導(dǎo)出“nwc”格式模型，之后再將其載入Navisworks 軟件中。完成參數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入工作之后，技術(shù)人員需通過Project 軟件錄入樁基的施打時間，之后再使用Navisworks 軟件中的TimeLiner 工具中的“數(shù)據(jù)源”選項卡導(dǎo)入Project 文件，這樣軟件就能夠自動生成施工任務(wù)。緊接著技術(shù)人員再利用TimeLiner 規(guī)則編輯器修改相關(guān)設(shè)置，使用“樁號”的相關(guān)屬性綁定每根樁基，落實進度安排與優(yōu)化管理。最后就是打樁模擬過程，技術(shù)人員通過“配置”選項卡調(diào)整模擬的配置信息，打樁過程則通過“模擬”選項卡完成，最終得到的模擬結(jié)果將呈現(xiàn)出合理的安排，同時還能夠優(yōu)化打樁的順序，之后可以根據(jù)需要實施再次模擬。

4 BIM 技術(shù)在高樁碼頭項目的應(yīng)用成效

4.1 提升設(shè)計準確性

經(jīng)過以上施工模擬能夠看出，BIM 技術(shù)在高樁碼頭項目施工中的應(yīng)用能夠有效提高設(shè)計的準確性，當(dāng)設(shè)計圖紙中某一項數(shù)據(jù)發(fā)生變化的時候其他相關(guān)數(shù)據(jù)也會自動發(fā)生調(diào)整和優(yōu)化，實現(xiàn)自動化同步修改，保障設(shè)計數(shù)據(jù)的合理性，減少了設(shè)計人員的工作量。另外，BIM 技術(shù)的應(yīng)用為設(shè)計人員提供了模型，在之后的工作中只需要輸入關(guān)鍵數(shù)據(jù)就能夠自動得到其他相關(guān)數(shù)據(jù)，整個過程的計算準確性較高，計算速度非常快，能夠為項目施工提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

4.2 實現(xiàn)施工動態(tài)模擬

正如前文提到的，高樁碼頭項目施工過程相對比較復(fù)雜，其涉及到各種施工構(gòu)件，因此在實際施工中需要花費大量的時間和精力開展設(shè)計管理工作。BIM技術(shù)的應(yīng)用則能夠?qū)崿F(xiàn)施工過程的動態(tài)模擬，將各構(gòu)件的連接施工過程以動態(tài)化的形式展示出來，讓整個施工過程變得直觀清晰，有效解決了施工尺寸不準確的問題。從這個角度來看，BIM 技術(shù)的應(yīng)用能夠解決當(dāng)前項目管理與施工中難以避免和管理的瑕疵問題，提高高樁碼頭施工的效果，保障工程項目的安全性。

5 結(jié)束語

綜上所述，BIM 技術(shù)是基于信息技術(shù)的一種先進設(shè)計建模技術(shù)，技術(shù)人員將其應(yīng)用于高樁碼頭樁基工程現(xiàn)場施工與設(shè)計工作中，發(fā)揮出BIM 技術(shù)可視性、共享性的優(yōu)勢，提高工程規(guī)劃與設(shè)計的合理性，保障現(xiàn)場施工的安全性，實現(xiàn)動態(tài)化管理與實時監(jiān)控，提高工程項目的整體質(zhì)量。