吳曉南，石峰，郭素明

（1.上海交通建設總承包有限公司，上?！?00136；2.上海達華測繪有限公司，上?！?00136；3.中交上海航道局有限公司，上?！?00002）

BIM技術在圈圍工程中的探索與應用

吳曉南1，石峰2，郭素明3

（1.上海交通建設總承包有限公司，上海200136；2.上海達華測繪有限公司，上海200136；3.中交上海航道局有限公司，上海200002）

市政工程、鐵路工程、橋隧工程等各類工程都有應用BIM技術的先進案例，而水上工程運用BIM技術的實例卻較少。通過圈圍工程應用BIM技術的實例，介紹分析BIM技術在圈圍工程中的應用技術，展示BIM技術對圈圍工程管理工作的有利之處，提出BIM技術在圈圍工程中應用的新方向。

BIM；圈圍工程；模型；探索

0　引言

當今時代計算機技術蓬勃發(fā)展，利用計算機技術強大的運算能力，實現(xiàn)科學、高效、準確、形象以及迅速的管理工程項目已經成為了一個趨勢，BIM技術就是在這樣的背景下應運而生。BIM技術從誕生至今已經10多年，各類工程都有應用BIM技術的成功案例，例如市政工程、鐵路工程、橋隧工程等，但水上工程應用BIM技術的實例卻較少。上海市長興潛堤圈圍工程作為首次運用BIM技術的水利圈圍工程，對于將水工工程由常規(guī)管理轉變?yōu)榭茖W、精細化管理具有開創(chuàng)性的意義。

1 BIM技術

BIM技術可以應用在工程3D建模、數(shù)字模擬建造（仿真漫游）、碰撞試驗、施工進度計劃演示等方面，并且可以將進度、投資、質量等方面的信息全部輸入模型中，實現(xiàn)信息聯(lián)動，大大提高管理的準確性和效率，降低成本。但水工工程在建模技術上與普通民用建筑工程有很大區(qū)別。

1）工程中用到的各種建筑構件需要建模人員自行建立構件族繪制模型，而非民用建筑構件模型般可以在軟件中直接調用，僅在模型中修改尺寸和材質即可；

2）為確保模型的精準程度，水工工程平面圖紙較多的漸變段和不規(guī)則地形需單獨建模，工作量較之民用建筑工程大的多；

3）水工工程需要在模型中表現(xiàn)更多的自然條件動態(tài)影響，如風、浪、流、日照以及氣溫等。

4）水工工程在應用4D漫游模擬時更為廣泛，可利用漫游仿真模擬水上施工以及鄰水作業(yè)施工時的施工設備排布的合理性，以及論證是否符合安全生產相關要求。

2　BIM技術在長興潛堤工程中的應用

2.1工程概況

長興島剩余的工業(yè)岸線主要位于島域東南側和東北側，目前這些岸段與上、下游岸線銜接不順，岸線外側有灘涂及長興潛堤等水工建筑物，難以直接利用。需采取工程措施，進行灘涂圈圍，理順岸線，開發(fā)土地。

長興潛堤后方灘涂圈圍工程位于長興島東南角（圖1），南邊界為長江口深水航道三期治理工程長興潛堤，西邊界至現(xiàn)有海塘，東邊界至橫沙通道該段水域規(guī)劃駁岸線，北側與毛竹圩灘涂圈圍達標工程銜接。建設內容主要包括：新建南堤、東堤，圍內吹填成陸和新建臨時排水口等。東堤典型結構斷面圖見圖2。工程總圈圍面積1.11 km2，堤線全長3 277.07m，圍內吹填663.6萬m3。

圖1　長興潛堤后方灘涂圈圍工程平面圖Fig.1　Plan of the tidal flat reclamation project in the rear of Changxing Island subm erged breakwater

圖2　東堤典型斷面結構圖Fig.2　Typicalsection layer ofeastbreakwater

2.2BIM技術實施設想

本項目BIM技術整體的實施設想是要解決常規(guī)項目管理方法中的某些弊端。實施流程如圖3。

圖3　BIM技術實施流程圖Fig.3　Flow chartof implementation of BIM technology

2.3BIM技術實施過程

2.3.1建模

1）軟件的選擇

3D建模是BIM技術應用的前提，也是一個重要的環(huán)節(jié)。目前以Bentley公司的Microstation和Autodesk公司的Revit軟件最為常用。二者各有長處，且在互聯(lián)網上并無有關應用上述軟件進行圈圍工程建模的具體案例。所以，在選擇軟件的時候要確定以下原則：

①使用廣泛，操作簡便

由于本領域目前用到的施工構件有別于土建、道路等常規(guī)工程，所以大部分結構需在此次的BIM應用中自行建立模型，所以選擇一款使用廣泛的軟件有利于以后在類似工程中創(chuàng)建的模型資源共享，減少工作量。

②功能強大，插件豐富

繪圖軟件本身功能不一定非常全面，往往會有很多功能缺陷，所以選擇的軟件如果有許多基于該軟件的第三方功能插件和應用程序，會給使用帶來很大的方便。

③源代碼公開

若想將眾多的先進設備和技術融入BIM技術，或者讓建模軟件能夠更加高效、準確的建立圈圍工程模型，需在后續(xù)的使用中根據(jù)工程或者工藝特點進行軟件功能的二次開發(fā)，所以要選擇源代碼開放程度較高的軟件。

根據(jù)上述原則，選擇Revit軟件進行此次BIM實踐中的建模工作。

2）根據(jù)平面圖紙建立坐標網

首先根據(jù)設計圖紙?zhí)峁┑淖鴺讼到⒛Ｐ偷钠矫婧透叱套鴺司W，以定義其坐標系[1-2]。

3）建立單體模型

由于圈圍工程在建模中鮮有應用，軟件中提供的模型諸如各類墻體、柱體、門、窗、樓板等模型均無法使用，所以需工程人員重新建立模型的族，模型建立后便可在軟件中調用[1]。圖4是典型的彩虹綠化混凝土模型[3-4]。

圖4　彩虹綠化混凝土模型Fig.4　M odelof rainbow p lanting concrete

4）繪制模型

根據(jù)平面圖紙建立模型，但建立模型的最小單元應與后續(xù)工程中質量檢驗批次的最小檢驗批匹配，如混凝土擋墻檢驗批次10m/單元，充泥管袋100 m/單元，水拋石施工為200 m/單元，那么模型就應該以10m為最小建模單元。

2.3.2錄入模型信息

將每種材質、構件及結構的質量、進度、造價信息錄入模型。在以往的施工管理過程中，施工進度、質量、安全分別有各自的報審、檢查和執(zhí)行方式，數(shù)據(jù)、信息、記錄分別獨立，既沒有結合，也沒有與圖紙的關聯(lián)關系，造成了工程信息孤島現(xiàn)象。通過將數(shù)據(jù)全部輸入模型，建立了上述各個施工要素之間的紐帶，便于高效的綜合管理，也節(jié)省了管理成本。

2.3.3建立模型編碼詞典

由于水工工程的結構復雜，各類構件、各種結構類型等分門別類眾多，為了便于檢索和后期數(shù)據(jù)庫的建立，按照相關施工規(guī)范和單位工程劃分原則建立模型編碼詞典，用以對照管理。

2.3.44D模擬實施

水工工程在安排進度時尤其需要注意以下各方面[5]。

1）某些工序需要大型水上施工設備進行施工，投入的大型設備數(shù)量有限，在進度模擬時可以清晰地觀察所排定的施工計劃中設備投入數(shù)量是否合理；

2）水工工程中的各工序通常是錯位預留施工步長的流水施工，通過進度模擬可以觀察，預留施工步長是否合理，是否出現(xiàn)結構上的上下通縫等情況；

3）通過進度模擬還可以觀察水上施工設備在空間上的排布，每個種類的設備施工行進速率快慢有別，在編制施工進度計劃時很難清晰合理的發(fā)揮各設備的最大效率，通過模擬演示將設備的排布進行微調，避免出現(xiàn)有工作面沒設備和有設備需要等工的尷尬局面，力爭做到設備的滿負荷和高效率；

4）水工工程尤其是圈圍工程，上部結構通常以堤頂?shù)缆窞橥?，機械設備路上施工，通過進度模擬可以確定堤頂?shù)缆吩O置標高是否合理，施工會車平臺設置間距為多少，是否需要修建臨時便道等情況。

2.3.5工程量統(tǒng)計

建立模型之后，水上部分的建筑工程量可以通過建模軟件直接框選，通過計算機計算得出準確結果，避免了人工畫圖計算效率低下和準確率不高的問題。水下工程量可以通過采用先進的測繪設備進行測量，之后將數(shù)據(jù)導入軟件，生成實測模型后，再進行模型框選來統(tǒng)計工程量。由于水下施工結構通常是不規(guī)則幾何圖形，常規(guī)計算方法基本上為前后斷面的加權平均，而通過實測數(shù)據(jù)直接繪制模型可以完整的反映水下的實際情況，計算出的工程量更為準確。圖5是圍堤渲染模型。

圖5 圍堤渲染模型Fig.5　Rendermodelof thebreakwater

3　BIM技術在水工工程中應用的探索與展望

此次BIM技術在圈圍工程中的應用，只是應用了BIM技術最為基礎的功能，并根據(jù)圈圍工程的特點，有針對性的使用了建模、3D仿真漫游等相關功能。但是，在水工工程中BIM技術能夠應用的地方還有很多。

1）水工工程受潮水漲落影響非常大，尤其是日間作業(yè)時間上的影響很大，通常在安排進度計劃時是根據(jù)工程所在地的潮汐表進行估算，這種方法合理，但是不夠準確，對于日作業(yè)時間估計的不準確，就難以把施工進度計劃規(guī)劃得很準確。可利用BIM技術中模擬每日光照的原理，將每日的潮汐漲落情況輸入軟件，進行潮汐模擬，進而精確的確定每日可作業(yè)時間；通過潮汐模擬也可以確定所采取的施工工藝是否合理。

2）用于預制構件的模擬試制、拼裝和安放。對于高精度的預制構件，可以先按照設計圖紙進行建模，然后將模型進行拼接，利用軟件的自動檢查功能查探是否存在某些縫隙或者疊合點，消除此類問題后再進行正式預制，例如地鐵管片拼接、PC構件樓板拼接等。對于不規(guī)則幾何圖形構件需要擺放和安裝的，在平面圖中很難體現(xiàn)出擺放效果和數(shù)量，亦可以利用上述功能進行模擬擺放，并調整擺放方案，直至符合相關規(guī)定，利用此技術，能夠精確的計算出構件的用量，避免造成預制塊體預制數(shù)量與現(xiàn)場實際需要不符的尷尬，例如扭王字塊、六角螺母塊等。對于現(xiàn)場澆筑混凝土，尤其是趕潮施工的，可以利用4D進度模擬，配合潮汐模擬，確定每倉混凝土合理澆筑方量，對于提高趕潮混凝土施工質量有很大幫助。

3）目前應用于水工工程的水下測繪手段，通常為測深儀，通過測深儀進行斷面測量，然后根據(jù)斷面測量情況進行測量、工程計量、質量驗收。先進的聲納測量可對水下地形進行大數(shù)據(jù)量的精確測量，但傳統(tǒng)的平面制圖軟件無法對其進行很好的利用。可對BIM建模軟件數(shù)據(jù)傳輸進行編程，并對其數(shù)據(jù)標準進行統(tǒng)一定義，使水下三維聲納、陸上激光測量儀等先進測量設備能應用于水工工程，提高測量精度，并通過BIM技術對其數(shù)據(jù)進行處理，提高工程施工精度，提升項目管理水平。

4）可根據(jù)水工工程的特點，有針對性的開發(fā)BIM的移動客戶端APP，采用現(xiàn)在比較流行的B/S架構構建服務器和客戶端，所有數(shù)據(jù)均存在云端服務器，用戶能夠在施工現(xiàn)場通過掌上手持終端了解到甚至是腳踩的地方原來水下是什么情況，潮水漲落是什么情況，水下已經施工了哪些結構，將來這里將施工哪些結構，什么時間施工，竣工后這里又是什么情況等信息，做到移動辦公，隨時隨地獲取現(xiàn)場第一手信息。

4　結語

使用計算機技術進行施工管理已經是一種不可阻擋的發(fā)展趨勢，BIM技術是一種新穎的工具，將成為工程管理的一把利器。

[1]劉廣文.BIM應用基礎[M].上海：同濟大學出版社，2009：12-131. LIU Guang-wen.BIMapplication basis[M].Shanghai:Tongji University Press,2009:12-131.

[2]Autodesk,Inc.AUTODESK REVIT ARCHITECTURE 2015官方標準教程[M].北京：電子工業(yè)出版社2015：1-70. Autodesk,Inc.AUTODESKREVIT ARCHITECTURE2015 Official standard course[M].Beijing:Electronics Industry Press, 2015:1-70.

[3]Autodesk Asia Pte Ltd.AUTODESK REVIT 2013族達人速成[M].上海：同濟大學出版社，2012：55-60. Autodesk Asia Pte Ltd.AUTODESK REVIT 2013 Family Master crash[M].Shanghai:TongjiUniversity Press,2012:55-60.

[4]劉濟瑀.勇敢走向BIM2.0[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015：72-77. LIU Ji-yu.Brave to BIM2.0[M].Beijing:China Architecture& Building Press,2015:72-77.

[5]王君峰.Autodesk Navisworks實戰(zhàn)應用思維課堂[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015：261-275. WANG Jun-feng.The actual application thinking classroom of Autodesk Navisworks[M].Beijing:China Machine Press,2015: 261-275.

Exp loration and app lication of BIM technology in sea-reclamation project

WUXiao-nan1,SHIFeng2,GUOSu-ming3
（1.ShanghaiCommunicationsConstruction Contracting Co.,Ltd.,Shanghai200136,China;2.ShanghaiDahua Surveying&
Mapping Co.,Ltd.,Shanghai200136,China;3.CCCCShanghaiDredging Co.,Ltd.,Shanghai200002,China）

The BIM technology has been widely app lied among the management of civil engineering and railway,bridge, tunneland other projects,but rarely in water projects.Based on an example of BIM technology in the sea-reclamation project, we discussed the application of BIM technology in the sea-reclamation project,showed the benefits of BIM technology to the management,and put forward thenew apply direction of BIM technology in sea-reclamation projects.

BIM;sea-reclamation project;model;exploration

U655.541

A

2095-7874（2016）10-0016-04

10.7640/zggw js201610004

2016-04-12

2016-07-06

吳曉南（1981— ），男，黑龍江齊齊哈爾人，高級工程師，從事港口與航道工程管理工作。E-mail：30125042@qq.com