BIM 技術(shù)在船閘工程建設(shè)中的應(yīng)用

魏玲

（棗莊市港航和機場建設(shè)發(fā)展中心，山東 棗莊 277800）

船閘工程具有涉及專業(yè)多、施工周期長、交叉施工多、協(xié)調(diào)工作量大等特點，施工難度與復雜程度相對較高。現(xiàn)將廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)領(lǐng)域的BIM 技術(shù)引入船閘工程建設(shè)管理中，對優(yōu)化施工組織設(shè)計、減少返工與整改、提高工程質(zhì)量和生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期等具有重要作用。

1 項目概況

擬建船閘建設(shè)標準為Ⅱ級，與現(xiàn)有船閘軸線距離89 米，有效尺度為230 米×23 米×5 米（長度×寬度×門檻水深），設(shè)計年單向通過能力2900 萬噸，上游引航道采用“直線進閘、曲線出閘”，兩閘共用引航道；下游引航道采用“曲線進閘、直線出閘”，與原船閘分設(shè)引航道，下游靠船墩布置在兩閘引航道之間，兩閘共用靠船墩。項目主要建設(shè)內(nèi)容包括船閘主體工程、上下游導靠航建筑物、上游導航段橋梁改建、跨兩線船閘交通橋及防洪大堤退建等配套和附屬設(shè)施。

2 項目特點與控制目標

2.1 項目特點分析

（1）工期緊張。項目計劃工期36 個月，要完成土地征遷、棄土區(qū)選用、管理區(qū)臨時堤防建設(shè)與拆除、工程施工、交工驗收、船閘調(diào)試等工作，與水利、國土等部門協(xié)調(diào)工作量大，建設(shè)內(nèi)容多，施工周期長。

（2）施工難度大。項目包括水工、電氣、金屬結(jié)構(gòu)、堤防、橋梁、房建等多個專業(yè)；一線船閘與擬建船閘共用下游引航道，施工的同時不能影響正常通航，施工空間狹窄；混凝土結(jié)構(gòu)物高度為十至二十米，存在大量的大體積混凝土施工和高大模板安裝與拆裝；項目分成兩個標段，交叉施工較多。

引入BIM 技術(shù)將為工程項目信息化提供有力的技術(shù)支持，使得項目建設(shè)實現(xiàn)可視化、信息協(xié)同化，促進項目建設(shè)質(zhì)量和管理水平的提升[1]。

2.2 項目控制目標

以施工圖為基礎(chǔ)，通過對工程數(shù)據(jù)信息進行三維立體建模和模擬分析，向參建單位提供直觀、可視的模擬施工場景，在一定程度上克服了二維圖紙的抽象性造成的參建各方的識圖差異，促進各方對項目信息的了解和認同，有利于統(tǒng)一交流意圖，減少審閱時間；通過模擬工程施工過程，預測可能存在的問題，提前考慮調(diào)整方案和應(yīng)對措施，避免返工造成的人財物浪費，為開展施工圖繪審、工程量復核、施工方案編制、施工現(xiàn)場監(jiān)測等提供高效的技術(shù)支撐。

3 BIM 技術(shù)在船閘施工中的應(yīng)用

3.1 總體實施方案

結(jié)合船閘工程的重點難點分析，利用 Revit、3dMax等建模軟件對閘門、閘室、閘首、浮式系船柱等復雜結(jié)構(gòu)進行3D 建模，利用Navisworks、Lumion6.0 進行碰撞檢測、4D 模擬施工、應(yīng)力分析（見圖1）、動畫演示等，建立可視的施工流程與施工情境，輔助調(diào)整優(yōu)化設(shè)計方案，提高項目數(shù)字化水平。

圖1 閘室結(jié)構(gòu)與閘門應(yīng)力分析

尤其是重點工藝工序、新型施工工藝及交叉施工，制定專項施工方案是保證工程順利實施的基本條件。通過對施工過程進行精細化模擬，檢測施工工序、高程控制、作業(yè)時間與空間等是否準確合理，對工程中可能出現(xiàn)的影響工程質(zhì)量的因素以及可能存在的安全隱患進行分析，實現(xiàn)通過BIM 輔助調(diào)整和完善施工方案的目的[2]。

3.2 具體應(yīng)用實例

3.2.1 閘室墻浮式系船柱施工

結(jié)合閘室墻施工，浮式系船柱采用可組裝的鋼支模施工法，定制的內(nèi)芯模板外緣線與鋼構(gòu)件內(nèi)緣線一致，通過鋼構(gòu)件與內(nèi)芯鋼模的可靠連接，且與墻身大模板連成整體（見圖2），進而實現(xiàn)一次性澆筑，實現(xiàn)與閘室墻身同時施工。浮式系船柱槽處結(jié)構(gòu)較薄，精度要求高，工程建成后浮式系船柱上下不順暢是常見的質(zhì)量通病。

圖2 浮式系船柱鋼模板

通過Revit 精細化建模，并進行三維可視化模擬和受力驗算，采用組合式定型鋼模板，搭配定型支撐架定位可拆卸鋼木結(jié)構(gòu)定位系統(tǒng)，提高了模板安裝精度，優(yōu)化了施工工藝，解決了浮式系船柱質(zhì)量通病[3]。施工完成后，與傳統(tǒng)鋼模結(jié)構(gòu)相比，單段墻體進度加快3 天，節(jié)省工期36 天，費用大為減少。

3.2.2 下游靠船墩施工

下游導航及靠船建筑物設(shè)計方案中，一線船閘與新建船閘共用下游靠船墩，原靠船墩全部拆除后重建。原設(shè)計采用土圍堰進行干地施工，但是由于施工期間要保證正常通航，且圍堰緊鄰船閘下閘首泄水區(qū)域，對土圍堰臨水側(cè)沖刷嚴重，很容易淤塞航道，存在較大安全隱患。為降低施工期間對一線船閘的正常運行影響，通過Revit 建模和Lumion 三維模擬對新建25#墩身（緊臨原靠船墩）結(jié)構(gòu)尺寸進行了建模分析和對比優(yōu)化，擋水圍堰采用土圍堰外側(cè)加單排鋼板樁進行防水加固（見圖3），保證了干地施工的同時防止土圍堰坍塌淤塞航道。按照調(diào)整后的施工方案組織施工，比原方案節(jié)約工期30 天。

圖3 鋼板樁圍堰模型

3.2.3 跨閘交通橋設(shè)計變更

跨閘交通橋設(shè)計功能為船閘管理處場區(qū)內(nèi)道路，供管理區(qū)內(nèi)部使用。橋梁設(shè)計荷載等級為公路二級，采用鋼筋混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。按照原設(shè)計方案計劃采用貝雷梁或吊籃組織施工，編制施工方案時通過BIM 技術(shù)進行輔助驗證，發(fā)現(xiàn)上述方案將造成一線船閘通航凈高不足，存在嚴重通航安全隱患，若考慮施工期間安全則需停航3 個月。鑒于停航施工將造成韓莊運河段斷航的重大影響，兼顧船閘正常運行和施工期間不影響通航的基本要求，將具備通車功能的現(xiàn)澆鋼筋混凝土橋變更為人行鋼結(jié)構(gòu)橋。調(diào)整后的方案費用節(jié)余原概算一半，工期大大縮短[4]。

3.2.4 優(yōu)化土方開挖方案

船閘主體基坑開挖土方量大，閘首開挖深度最大高差接近19 米，分層開挖深度、場內(nèi)運輸路線、挖運土石方平衡等對成本和效率影響很大。通過利用無人機+Civil 3D，借助Civil3D、Revit 明細表進行船閘主體結(jié)構(gòu)深基坑土方開挖量計算、平衡土方挖填調(diào)配、配合完成專項施工方案的編制，促進實現(xiàn)施工組織合理化，效益最大化。同時利用場地漫游，合理規(guī)劃運輸路線，減少了倒運次數(shù)和運距，大大減少了施工成本。

3.2.5 輔助復核施工圖

在準備閘首門檻施工方案時，通過Revit 檢查發(fā)現(xiàn)了圖紙標高存在相互矛盾的問題，后經(jīng)設(shè)計單位確認及時進行了標高調(diào)整，將圖紙差錯提前予以糾正，避免了返工造成的經(jīng)濟和時間損失，保證了船閘主體工程實體質(zhì)量和如期完工。

4 總結(jié)

利用BIM 技術(shù)集成3D 模型與數(shù)據(jù)信息輔助項目建設(shè)是未來水運工程的發(fā)展趨勢。本文簡要介紹了BIM技術(shù)在船閘工程建設(shè)中的應(yīng)用，在一定程度上體現(xiàn)了BIM 技術(shù)的價值和作用，為未來類似項目的建設(shè)提供參考[5]。同時，BIM 技術(shù)是一個系統(tǒng)工程，要注重對BIM標準框架體系的構(gòu)建與完善，流程和標準需要在實踐中逐步完善，以利于最大程度發(fā)揮BIM 技術(shù)的應(yīng)用價值。