BIM 技術在船閘工程質量安全管理中的應用

孟成成，孔增增

（1.中交第二航務工程勘察設計院有限公司，武漢 420100；2.杭州交投建設工程有限公司，杭州 330100）

1 引言

船閘工程具有體量大、涉及面廣、施工戰(zhàn)線長、專業(yè)性強、子工程多、投資大、建筑結構形式復雜多樣的特點。項目參與人員眾多，人員及設施管理困難，安全難以保證。BIM 技術具備動態(tài)化、協(xié)調(diào)性、可視化、模擬性等優(yōu)勢特征，其對保證工程施工質量、安全具有重要作用。相比于傳統(tǒng)工程施工質量安全管理，BIM 技術能夠促使項目管理人員及時、直觀、快速地發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場的質量安全隱患，并及時排查整改，確保工程施工安全。應用BIM 技術，可以進行安全技術交底、安全教育管理工作，有利于現(xiàn)場施工人員快速了解施工方法。將BIM 與工程項目信息化系統(tǒng)相融合應用于工程施工質量安全管理，可以提高工程施工質量安全管理的效率[1]。因此，研究BIM 技術在船閘工程施工質量、安全管理中的應用具有十分重要的意義。

2 工程概況

某船閘工程位于錢塘江北岸，船閘主體位于下沙路的北側，為Ⅲ級雙線船閘，閘室有效尺度為300 m×23 m×4.2 m。該工程施工戰(zhàn)線長，管理難度大，施工內(nèi)容多，參建單位多。為了實現(xiàn)縮短工期、控制投資的工程目標，該工程在設計和施工過程中全面應用BIM 技術，通過基于BIM 技術的設計成果校核、施工技術應用等技術措施，降低設計成果錯誤率、提高工程目標的可實施性。

本項目主要針對BIM 技術在安全管理中的安全教育培訓、安全空間規(guī)劃、碰撞檢查分析、BIM+VR 技術在安全管理中的應用、安全監(jiān)控，以及基于BIM 技術的工程施工質量安全協(xié)同管理等方面進行了應用實踐。

3 BIM 技術在船閘工程質量管理中的應用

3.1 基于BIM 技術的施工技術交底

傳統(tǒng)的工程施工交底培訓，主要采用文字、語言的方式提高施工人員的質量意識，對于質量問題的消除方法提到的比較少，口號多于實際，培訓方法單一，培訓效果微乎其微。BIM技術具有可視化、模擬性等特性，將BIM 技術與傳統(tǒng)施工技術交底相結合，能夠使施工交底培訓更加形象化，通過BIM模型可以實時查看施工現(xiàn)場的動態(tài)變化，了解現(xiàn)場施工信息，排除施工質量問題[2，3]。還可以創(chuàng)建質量內(nèi)容數(shù)據(jù)，有質量培訓數(shù)據(jù)的人員可以學習新的施工方案、新機械的操作方法等，通過學習基于BIM 技術的施工技術交底，提高了施工人員的技術水平和操作的規(guī)范性，使施工質量培訓達到預估的水準，進一步減少了項目質量事故的發(fā)生，提高了項目施工質量水平。

本項目下閘首軌道梁采用簡支箱梁結構，共2 種規(guī)格，一種質量為170 t，長度27.1 m，單線數(shù)量2 個；另一種質量為65 t，長度11.7 m，單線數(shù)量6 個。軌道梁采用預制后再吊裝的施工方案，吊裝機械體積大，可操作空間小，起吊高度大，單根軌道梁質量大，在吊裝過程中容易與已經(jīng)施工完畢的閘室主體、下沙路大橋和軌道梁立柱發(fā)生碰撞，引發(fā)安全事故。針對這些問題，本項目運用BIM 技術的模擬性、優(yōu)化性和可視化特點，對軌道梁施工方案進行模擬，用于軌道梁施工前的安全教育培訓，最大限度地杜絕安全事故的發(fā)生。

3.2 運用BIM 技術進行碰撞檢查

BIM 技術在設計階段可以對船閘工程設計圖紙進行全面的“三維校審”，找出設計圖紙中的問題，并將錯誤信息及時傳遞給設計方做出改進，經(jīng)過發(fā)現(xiàn)問題、改進方案的動態(tài)循環(huán)，不斷完善設計圖紙?；贐IM 技術的碰撞檢查不僅能保證工程正常安全施工，也能夠避免由于設計階段與施工、運營階段帶來的施工完畢無法對碰撞沖突修改或改動而造成的施工成本大的問題，從項目全生命周期的角度提高了項目收益。

本項目發(fā)現(xiàn)的部分圖紙問題如下：胸墻扶手預埋鋼板與弧形護邊鋼板發(fā)生碰撞，本問題涉及錨筋及鋼板的工程量共10.0 t、工程費用64.5 萬元；下閘首人字門段牛腿位置的護面鋼板高程超高，無混凝土與之結合；護面鋼板和檢修門軌道槽預埋件碰撞；系船鉤與靠船墻鋼筋碰撞，下游口門導堤與下游引航道標準堤加固發(fā)生碰撞，該問題涉及C30 鋼筋混凝土的工程量800 m3、工程費用101.12 萬元。應用基于BIM 技術的碰撞檢查對設計成果進行復核，解決了各專業(yè)內(nèi)部沖突，減少了施工返工，為工程施工提供了安全保障。

3.3 運用BIM 技術的精細化質量管理

船閘工程埋件多、金屬結構構件多，項目施工質量要求高，施工質量信息的可追溯性、時效性是質量管控的核心，也是長期困擾船閘工程質量管控的難題。傳統(tǒng)船閘工程質量管理缺少針對性，質量信息難以與船閘工程施工構件一一對應，質量信息可追溯性不強；質量信息錄入一般采用手寫記錄的方式，效率低下，事后補質檢資料現(xiàn)象嚴重，數(shù)據(jù)可靠性、時效性、真實性差，不能為船閘工程運行維護提供準確的數(shù)據(jù)支撐。

基于BIM 技術的船閘工程項目管理系統(tǒng)通過建立BIM模型與質量信息的關聯(lián)關系，以工程構件級精細化全面質量管理為手段，在施工前和施工過程中，分別從人、機、料、法、環(huán)5 個方面對工程質量進行管理。

3.3.1 施工前的質量管理

施工前，對施工隊伍、各個分包商的資質進行全面審查；對與項目有關的技術鑒定書、檢測實驗手段、所有圖紙、施工方案、技術措施、施工組織設計等技術文件進行全面審查，并通過建立質量技術文件與BIM 模型的關聯(lián)關系，形成BIM 模型對應構件的基礎信息數(shù)據(jù)庫，通過點擊BIM 模型即可查看該構件所對應的分包商、施工方案、質量檢驗標準、設計圖紙等各種施工準備信息。

3.3.2 施工過程中的質量管理

施工過程中，將工程項目分部分項工程劃分上傳至BIM項目管理系統(tǒng)中，并建立分部分項工程劃分與BIM 模型構件的關聯(lián)關系，形成以BIM 模型為基礎的工程質量管理信息基礎數(shù)據(jù)庫。

以工序為最小質檢單位，BIM 項目管理系統(tǒng)將每個構件的施工檢驗過程劃分為不同的施工檢驗工序，每種工序包含不同的施工過程質量檢驗數(shù)據(jù)和質量檢驗標準，項目參與人員可以利用手機在施工現(xiàn)場實時提交質量檢驗資料，資料中包含了質檢人員的位置、現(xiàn)場實況圖片和構件名稱，以及其他與質量有關的人、機、料、法、環(huán)關鍵信息，并且在程序上限定只有上一道工序質量驗收通過，才允許開展下一道工序的施工，最大限度地保證了質量信息的時效性、可靠性和真實性。

為強化船閘工程質量管理，基于BIM 技術的船閘工程項目管理系統(tǒng)以工程構件級精細化全面質量管理為管理手段，建立了BIM 模型與質量驗收信息的關聯(lián)關系，構件質量驗收完畢后可以在項目管理系統(tǒng)中形成每個構件的質量驗收信息庫。

4 BIM 技術在船閘工程安全管理中的應用

4.1 BIM+VR 技術應用于工程風險管理

傳統(tǒng)工程風險管理很難反映施工場地布局的動態(tài)變化，在施工場地布置過程中，只能通過工程經(jīng)驗調(diào)配施工資源，考慮到工程中部分分部分項工程結構復雜，一旦考慮不周，容易引發(fā)各專業(yè)之間的各種沖突，甚至導致在施工過程中出現(xiàn)安全事故。BIM+VR 技術以4D 施工模型為基礎，通過將船閘工程計劃施工進度與實際施工進度進行動態(tài)化模擬比較，動態(tài)顯示場地的布局情況，對船閘工程的進度控制和工程風險管理起到極大的促進作用。

BIM+VR 技術通過虛擬現(xiàn)實環(huán)境，施工人員能更好地理解船閘工程安裝施工過程，特別是施工工藝復雜、安全風險大的工程部位。BIM+VR 技術動態(tài)模擬施工過程，能讓施工作業(yè)人員直觀感受到施工過程中存在的各種風險，從而提高施工作業(yè)人員的安全風險意識，加強風險教育。同時，也能夠實時跟蹤與可視化施工人員的安全施工行為，降低船閘工程施工安全風險。

4.2 安全監(jiān)控

以BIM 技術集成的虛擬三維模型為基礎，建立船閘工程安全監(jiān)控系統(tǒng)，安全環(huán)境監(jiān)控主要是對整個監(jiān)測范圍內(nèi)的施工環(huán)境中所有的潛在危險源進行管理，對復雜的動態(tài)施工環(huán)境進行全方位把控。

船閘工程一般具有施工場地廣、戰(zhàn)線長，施工管理困難的特點，在現(xiàn)場施工管理過程中將BIM、GIS 以及物聯(lián)網(wǎng)等技術相互融合，建設數(shù)字化工地，能夠強化項目管理人員對工程施工現(xiàn)場的實時有效管理。

船閘工程施工場地大，工程施工現(xiàn)場攝像頭數(shù)量多，普通的視頻監(jiān)控平臺很難準確表示每個攝像頭的位置，項目將BIM 模型與現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行集成，大大節(jié)省了管理人員的現(xiàn)場人工管理工作量，提高了管理效率，增加了管理透明度。項目管理人員在視頻監(jiān)控管理辦公室就能全盤掌握現(xiàn)場施工情況及人員情況，一邊面對著視頻監(jiān)視攝像頭中從工地傳過來的各個實時施工畫面，另一邊是電腦中的基于BIM 技術的虛擬安全施工方案，通過對比發(fā)現(xiàn)施工作業(yè)人員有沒有按照施工方案的安全要求施工。

4.3 基于BIM 技術的船閘工程施工安全協(xié)同管理

船閘工程施工階段往往會產(chǎn)生大量的安全管理過程文檔，傳統(tǒng)安全管理方式信息集成度不高，人、機、料等的會簽經(jīng)常發(fā)生錯、漏現(xiàn)象，資料存檔、查詢麻煩，導致施工管理混亂，進度計劃布置不合理等問題。常規(guī)的項目管理系統(tǒng)施工過程資料與施工構件的關聯(lián)度較低，各施工參與方之間的施工資料無法實現(xiàn)共享，項目后期或運維階段資料的可追溯性差。

本次應用實踐將安全管理與BIM+GIS 技術相融合，項目參與人員能夠通過項目管理系統(tǒng)快速定位安全隱患的位置[4]。實現(xiàn)工程施工質量、安全的協(xié)同管理與工程構件的有機融合，便于各參與方對工程施工信息進行全面直觀的查詢、審核和管控。

項目管理人員可以利用手機、平板或手提電腦對項目施工現(xiàn)場安全隱患進行管理，確保安全隱患責任到人，具體到施工部位，最后得到及時整改。開發(fā)了安全管理看板，對安全檢查次數(shù)、工地內(nèi)即時人數(shù)和安全隱患整改情況集中展示，方便項目管理人員準確做出決策。此外，在安全文檔管理方面，項目參與人員輸入安全管理關鍵數(shù)據(jù)，即可輸出行業(yè)主管部門規(guī)定的安全電子臺賬。

5 結語

船閘工程體量大、施工管理困難。質量、安全管理作為項目管理的重要組成部分，直接影響船閘工程其他功能目標的實現(xiàn)。BIM 技術可以應用于船閘工程的全生命周期階段，項目的各參與方可以通過BIM 技術的運用提高工作效率。將BIM技術運用到船閘工程施工質量安全管理過程中，利用BIM 技術的可視化、模擬性和優(yōu)化性特征進行施工技術交底、碰撞檢查、精細化質量管理、工程風險管理和施工安全協(xié)同管理，可以大大提高船閘工程施工安全管理水平，避免安全事故的發(fā)生。這些技術的應用能夠很大程度上解決傳統(tǒng)安全管理中存在的質量安全問題，降低施工風險及風險損失，提高船閘工程施工安全管理水平。