劉建，姜南岸

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

0 引言

在港口施工領(lǐng)域，干塢工程一直都以結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工序繁多著稱，借助BIM技術(shù)強(qiáng)大的可視化優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)建包含完整信息的建筑三維模型，根據(jù)工程項(xiàng)目的具體需求進(jìn)行各項(xiàng)應(yīng)用，極大程度地避免了施工過(guò)程中因施工人員對(duì)干塢圖紙理解不充分、對(duì)施工環(huán)境考慮不周全而導(dǎo)致的各種工程問(wèn)題，相較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)施工方法有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)[1-8]。

1 工程概況

本項(xiàng)目分為陸上沉管預(yù)制干塢建設(shè)和水上設(shè)施建設(shè)兩部分。沉管預(yù)制干塢包含：東、西2個(gè)塢室，塢室內(nèi)長(zhǎng)480 m，北側(cè)寬135 m，南側(cè)寬74.7 m。東、西塢室由中隔岸壁對(duì)稱分開(kāi)，各自獨(dú)立，兩塢室的南側(cè)各設(shè)置1個(gè)塢口用于沉管出運(yùn)。水上設(shè)施包括臨時(shí)圍堰1座，系纜墩5座，舾裝墩2座，上料碼頭1座，防波堤2座。

2 BIM應(yīng)用策劃

本項(xiàng)目BIM應(yīng)用共分3個(gè)階段實(shí)施，第1階段為干塢模型及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、管理流程建立，第2階段為符合本工程施工需要的基于BIM模型的各項(xiàng)應(yīng)用研究，第3階段是BIM施工管理平臺(tái)的建設(shè)與應(yīng)用，同時(shí)兼顧智慧工地建設(shè)與BIM+應(yīng)用研究，應(yīng)用策劃圖具體見(jiàn)圖1。

2.1 軟件的選擇

經(jīng)過(guò)優(yōu)化比選，選擇Autodesk公司的BIM解決方案，其沿用CAD的一貫操作方式，上手容易、操作簡(jiǎn)單方便，在國(guó)內(nèi)發(fā)展也最為迅速，群眾基礎(chǔ)最為廣泛，無(wú)論是學(xué)習(xí)成本還是應(yīng)用成本方面，都比較適合施工單位使用。針對(duì)于工程中不同結(jié)構(gòu)，采用對(duì)應(yīng)的軟件進(jìn)行建模。

圖1 BIM應(yīng)用策劃圖Fig.1 BIM application planning diagram

2.2 體系與制度建設(shè)

在體系建設(shè)方面，總項(xiàng)目部設(shè)立了BIM中心，主要負(fù)責(zé)BIM管理，應(yīng)用點(diǎn)研究；各工區(qū)設(shè)立了BIM小組，主要負(fù)責(zé)創(chuàng)建BIM模型，添加指定的BIM信息，根據(jù)需求完成各項(xiàng)BIM應(yīng)用。利用BIM技術(shù)，輔助施工人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)與解決現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。

2.3 BIM應(yīng)用目標(biāo)點(diǎn)

1）干塢BIM模型建立方法研究

以Revit為主要建模軟件，建立包括止水、臨時(shí)圍堰、防波堤、中和岸壁、塢口、塢壁、底板、臺(tái)座等干塢主體結(jié)構(gòu)，同時(shí)建立如鋼筋加工場(chǎng)、混凝土拌合站、辦公生活區(qū)等干塢外配套設(shè)施；配合Civil3D進(jìn)行開(kāi)挖、基礎(chǔ)模型以及周圍環(huán)境模型搭建，建立通用構(gòu)件族庫(kù)、參數(shù)化構(gòu)件庫(kù)、船機(jī)設(shè)備素材庫(kù)。通過(guò)模型表現(xiàn)軟件完成優(yōu)化模型視覺(jué)效果以及制作相關(guān)工藝動(dòng)畫(huà)等工作。

2）BIM模型應(yīng)用研究

分別從施工現(xiàn)場(chǎng)平面規(guī)劃、碰撞檢查及深化設(shè)計(jì)、工程量計(jì)算與統(tǒng)計(jì)、施工組織動(dòng)態(tài)模擬、鋼筋排布與下料優(yōu)化、虛擬施工、可視化交底及出圖等8個(gè)方面進(jìn)行深度研究與應(yīng)用。

3 BIM模型搭建

3.1 項(xiàng)目級(jí)建模標(biāo)準(zhǔn)的編制

本次BIM模型搭建以大連灣海底隧道項(xiàng)目沉管預(yù)制干塢為建模主體，該項(xiàng)目具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、構(gòu)件數(shù)量多、建模難度大的特點(diǎn)。在項(xiàng)目開(kāi)始之初先后編制確定了《BIM技術(shù)應(yīng)用管理辦法》、《大連灣海底隧道項(xiàng)目建設(shè)期BIM發(fā)展規(guī)劃》、《大連灣海底隧道項(xiàng)目沉管預(yù)制干塢建設(shè)BIM應(yīng)用方案》，根據(jù)施工圖建模要求又調(diào)整實(shí)施了《干塢施工圖模型建模實(shí)施細(xì)則》。形成一套完整的BIM應(yīng)用實(shí)施管理辦法。

3.2 項(xiàng)目模型搭建

項(xiàng)目建模范圍主要包括沉管預(yù)制干塢、臨時(shí)圍堰、防波堤等結(jié)構(gòu)，其各結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多變，經(jīng)圖紙分析，采用設(shè)計(jì)平面圖作為建模底圖并輔助橫縱斷面圖進(jìn)行建模，同時(shí)根據(jù)兩者關(guān)系補(bǔ)充繪制斷面60余處。在模型整合方面，先后建立建筑模型、地形模型、措施模型、臨建模型及周邊環(huán)境模型，以Revit 0點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，將不同結(jié)構(gòu)通過(guò)鏈接的方式完成模型組裝。

在初設(shè)階段主要通過(guò)精度較高的模型搭建發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的錯(cuò)、漏、碰、缺，形成問(wèn)題匯總以便及時(shí)與設(shè)計(jì)進(jìn)行溝通解決；施工圖階段更加細(xì)化模型并注重模型功能性，力求將更多能夠使用的信息添加至模型中滿足各類應(yīng)用。

為充分優(yōu)化模型體量與規(guī)范建模，創(chuàng)建“大海隧干塢建模樣板.rte”項(xiàng)目樣板，同時(shí)要求新建模型組類別選擇“常規(guī)模型”，對(duì)于自建族樣板選擇“公制常規(guī)模型類模版”。對(duì)于同種構(gòu)件包含多種類型的必須應(yīng)用參數(shù)化族進(jìn)行整合，從而有效降低模型體量20%左右。

沉管預(yù)制干塢模型見(jiàn)圖2。

圖2 沉管預(yù)制干塢模型Fig.2 The model of immersed tube prefabricated dry dock

3.3 模型代碼確定與錄入

模型代碼確定與錄入，其重要性不亞于模型的建立，在項(xiàng)目模板建立之初，即在項(xiàng)目參數(shù)模塊中新建如工程名稱，單位工程、子單位工程、分部工程、分項(xiàng)工程、編號(hào)里程號(hào)等各類參數(shù)。對(duì)于模型代碼的確定，則充分參照分部分項(xiàng)劃分等文件改編完成，模型代碼作為與平臺(tái)掛接確定模型身份的標(biāo)簽，每個(gè)模型代碼都具有參數(shù)唯一性。

3.4 族庫(kù)建立

為了能夠整體提升建模速度，真正實(shí)現(xiàn)快速建模，在建模過(guò)程中，將通用性較強(qiáng)的一些構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了參數(shù)化處理，建立了水運(yùn)工程通用構(gòu)件族庫(kù)。通過(guò)族庫(kù)的建立，避免了許多同類構(gòu)件的重復(fù)建模，進(jìn)而通過(guò)調(diào)整參數(shù)的方法快速獲得模型，大大提高了建模效率。在項(xiàng)目構(gòu)件模型族庫(kù)建立的同時(shí)建立了模型素材庫(kù)，素材庫(kù)內(nèi)容包含臨建模型素材庫(kù)、安防模型素材庫(kù)、船機(jī)設(shè)備素材庫(kù)，需要時(shí)隨時(shí)調(diào)取使用。為快速建模和應(yīng)用提供了方便。

4 BIM在施工中的應(yīng)用

4.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化

考慮設(shè)計(jì)優(yōu)化的需要，對(duì)有爭(zhēng)議的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行討論與比選。在塢口西側(cè)結(jié)構(gòu)調(diào)整方案優(yōu)化中，原方案為雙沉箱結(jié)構(gòu)，考慮到實(shí)際施工中開(kāi)挖放坡對(duì)塢口西側(cè)的華能熱電廠形成安全隱患，且施工作業(yè)面也相對(duì)狹小，傳統(tǒng)方式討論多次長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有結(jié)果。利用BIM技術(shù)可視化的優(yōu)勢(shì)顯示現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境，快速確定修改意見(jiàn)，準(zhǔn)確完成后續(xù)設(shè)計(jì)變更，通過(guò)過(guò)濾器功能篩選所需的構(gòu)件，導(dǎo)出構(gòu)件明細(xì)表，快速輸出設(shè)計(jì)變更工程量。

4.2 地形地質(zhì)查閱

將設(shè)計(jì)院提供的地勘數(shù)據(jù)分層剝離與整理，可在Civil3D中建立曲面，分層依次創(chuàng)建各類地質(zhì)結(jié)構(gòu)曲面，創(chuàng)建各地質(zhì)層實(shí)體模型。通過(guò)此種方式將海量的地勘數(shù)據(jù)直觀的展現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)快速計(jì)算土層工程量，由于地勘數(shù)據(jù)信息不連續(xù)，實(shí)際影響計(jì)算結(jié)果，采用將土層變化區(qū)的中點(diǎn)位置作為土層工程量的計(jì)算范圍的方法，得到較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

利用差集的方式計(jì)算分層實(shí)體體積，能較為準(zhǔn)確地計(jì)算得到干塢范圍內(nèi)開(kāi)挖的各土層模型，這是常規(guī)方式無(wú)法精確計(jì)算得到的。

4.3 插件開(kāi)發(fā)

1）Civil3D水深數(shù)據(jù)處理插件開(kāi)發(fā)

在實(shí)際施工過(guò)程中，第三方提供的水深測(cè)量數(shù)據(jù)基于某種因素考慮往往經(jīng)過(guò)特殊處理，形成水深處理軟件無(wú)法直接提取的水深數(shù)據(jù)，無(wú)法直接運(yùn)用計(jì)算。若進(jìn)行人工處理將帶來(lái)海量工作量，其中較為常見(jiàn)的為“大小數(shù)”情況（水深數(shù)據(jù)整數(shù)位和小數(shù)位為兩個(gè)獨(dú)立的文本數(shù)據(jù)），基于Civil3D進(jìn)行開(kāi)發(fā)的水深數(shù)據(jù)處理插件可批量進(jìn)行“大小數(shù)”“等大數(shù)”格式的水深數(shù)據(jù)處理，使其不受文本高度、距離、規(guī)則形式的影響，最終生成Civil3D可識(shí)別的水深數(shù)據(jù)，具體處理流程與效果見(jiàn)圖3。借助Civil3D可進(jìn)行挖泥拋石計(jì)算，水下質(zhì)量驗(yàn)收各項(xiàng)施工應(yīng)用等。

2）Revit封包插件開(kāi)發(fā)

在方形沉箱模板參數(shù)化課題研究中，發(fā)現(xiàn)沉箱模板樣式繁多，通過(guò)插件能將常用的構(gòu)件參數(shù)化族像系統(tǒng)族一樣加載到工具欄中，大幅提升常用族調(diào)用的便捷性與靈活性。

本插件只需安裝一次，不需重復(fù)安裝，高效快捷，提升工作效率。

圖3 插件處理數(shù)據(jù)流程與成果Fig.3 Theprocessand resultsof dataprocessingby plug-in

4.4 場(chǎng)地布置

圖4為本項(xiàng)目進(jìn)行的拌合站、干塢、南岸臨建、北岸臨建等場(chǎng)布規(guī)劃模擬，在工地例會(huì)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)匯報(bào)演示過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)多處排布不合理問(wèn)題，會(huì)上借助真實(shí)的三維模型立即做出了修改與解決意見(jiàn)。充分體現(xiàn)了BIM在可視化方面的巨大優(yōu)勢(shì)。

圖4 場(chǎng)布規(guī)劃與應(yīng)用Fig.4 Planning and application of site layout

4.5 進(jìn)度推演

干塢底板施工異常復(fù)雜，常規(guī)方式無(wú)法合理科學(xué)有效對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行推演，為了能準(zhǔn)確把握施工細(xì)節(jié)情況，按天詳細(xì)編排進(jìn)度計(jì)劃，按工段劃分模型，直觀形象的在匯報(bào)會(huì)上進(jìn)行推演說(shuō)明，經(jīng)過(guò)討論發(fā)現(xiàn)多處生產(chǎn)與技術(shù)方面的問(wèn)題，并提出相應(yīng)調(diào)整方案。在北岸施工進(jìn)度模擬的基礎(chǔ)上，增加船機(jī)設(shè)備布置模擬，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)開(kāi)挖船機(jī)配置不合理，塢口南側(cè)設(shè)備工作面狹窄，斜坡段通道開(kāi)挖不經(jīng)濟(jì)等諸多問(wèn)題。推演效果見(jiàn)圖5。

圖5 相關(guān)進(jìn)度推演演示Fig.5 Relevant progressdeduction demonstration

BIM進(jìn)度推演需要有準(zhǔn)確的模型，有詳細(xì)計(jì)劃，與常規(guī)進(jìn)度匯報(bào)相比較，需要做更多的準(zhǔn)備工作。在建模的過(guò)程中即對(duì)施工結(jié)構(gòu)有了一定程度的了解，達(dá)到了熟悉圖紙的目的；在計(jì)劃編制過(guò)程中要求施工人員對(duì)工序間的前后邏輯關(guān)系把控更為嚴(yán)格，對(duì)每個(gè)部件的施工時(shí)間進(jìn)行合理安排。通過(guò)BIM這種手段迫使施工人員挖掘所主辦施工項(xiàng)目隱藏的各類風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，從而大大提高進(jìn)度管理水平。

4.6 720全景作業(yè)指導(dǎo)書(shū)

技術(shù)交底或指導(dǎo)書(shū)現(xiàn)階段常用的插入三維模型圖片或工藝視頻的方式，較之傳統(tǒng)的紙質(zhì)文字內(nèi)容已經(jīng)有很大的提升。通過(guò)采用制作更為簡(jiǎn)單、效果較好的720全景技術(shù)，將重要的技術(shù)要點(diǎn)以三維交互的方式呈現(xiàn)給被交底人，使其更形象地了解所施工內(nèi)容，對(duì)每一施工階段都進(jìn)行全景式的演示，同時(shí)在需要關(guān)注的部位增加文字、圖片說(shuō)明，進(jìn)行可交互式體驗(yàn)，形成720全景作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，配合現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底二維碼查詢的細(xì)節(jié)補(bǔ)充，增加交底的可閱讀性?？梢暬鳂I(yè)指導(dǎo)書(shū)具有可視化和交互性更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。圖6為項(xiàng)目制作的可視化作業(yè)指導(dǎo)書(shū)。

圖6 720全景沉箱模板支立作業(yè)指導(dǎo)書(shū)Fig.6 Work guide of 720°panoramic caisson template support

4.7 工藝模擬

工藝模擬演示是BIM應(yīng)用無(wú)法回避的問(wèn)題，通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示模擬復(fù)雜工藝施工流程與相關(guān)關(guān)鍵點(diǎn)，直接又有效。在實(shí)際應(yīng)用中，利用自建BIM模型與網(wǎng)絡(luò)下載的各類素材基本可以完成模型及場(chǎng)景的搭建，其真正的難點(diǎn)在于機(jī)械動(dòng)畫(huà)的綁定調(diào)整，渲染效果的把控及克服頻繁的方案修改，這是制約工藝模擬完成的最大問(wèn)題。

不同于其他工藝模擬，在制作前，主管部門要求工區(qū)提供工藝模擬的視頻交底，標(biāo)明需要工藝演示的重點(diǎn)部位，針對(duì)交底中的內(nèi)容，雙方又對(duì)其中的部分細(xì)節(jié)進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，形成終稿。制作過(guò)程中，通過(guò)在視頻中添加文字、圖例的方式，使單一的動(dòng)畫(huà)演示內(nèi)容更加豐富與直觀；圖7為咬合樁工藝模擬，通過(guò)利用后期剪輯軟件剪輯視頻，減少了渲染時(shí)間，明顯提高了內(nèi)容修改的靈活性，150 s的咬合樁工藝模擬動(dòng)畫(huà)累計(jì)消耗50 h制作完成，建模、動(dòng)畫(huà)、渲染、后期、剪接出片等工作可由1人獨(dú)立完成。

圖7 咬合樁工藝模擬Fig.7 Processsimulation of occlusal pile

4.8 鋼筋自動(dòng)下料

與傳統(tǒng)CAD手工翻樣相比。廣聯(lián)達(dá)鋼筋下料軟件，可以對(duì)鋼筋進(jìn)行翻樣，進(jìn)而可以對(duì)鋼筋下料進(jìn)行快速計(jì)算，選擇最快的下料方案。人工智能可以給出正確的意見(jiàn)，但仍需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鋼筋下料方案進(jìn)行對(duì)比分析。

4.9 參數(shù)化模板

建立參數(shù)化模板庫(kù)，由于工區(qū)預(yù)制沉箱的特殊性，最適合建立參數(shù)化模板庫(kù)，可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)沉箱的長(zhǎng)寬高，來(lái)驅(qū)動(dòng)模板的大小，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)。參數(shù)化模板庫(kù)的建立為以后項(xiàng)目部模板的建立節(jié)省大量的時(shí)間，也是一項(xiàng)長(zhǎng)期并一勞永逸的工作。使用參數(shù)化模板建模能快速生成單片模板樣式，直觀地查看模板構(gòu)造結(jié)構(gòu)，三維交底更加方便快捷。通過(guò)參數(shù)化設(shè)置，能隨著實(shí)際沉箱大小的變化來(lái)變更模板的大小，為模板的拼裝提供便利。

5 BIM應(yīng)用價(jià)值分析

將工程管理各方面的傳統(tǒng)與BIM解決辦法分析比對(duì)，BIM技術(shù)在項(xiàng)目管理溝通、工作效率、可視化程度、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化程度等方面都有明顯提升，且如進(jìn)度推演等方面能發(fā)揮較大作用，相較于傳統(tǒng)管理方法推廣應(yīng)用價(jià)值顯著，基于本項(xiàng)目BIM應(yīng)用價(jià)值點(diǎn)總結(jié)見(jiàn)表1。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)首次將BIM技術(shù)管理運(yùn)用到干塢建設(shè)管理中，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際需求合理篩選價(jià)值點(diǎn)并推廣應(yīng)用，取得了良好的效果。通過(guò)前期技術(shù)的籌備與規(guī)劃、制度的建設(shè)與落實(shí)，為BIM技術(shù)在項(xiàng)目上的推廣與落實(shí)提供了可靠保障。BIM技術(shù)的發(fā)展正逐漸改變傳統(tǒng)的思維與施工方式，讓過(guò)去復(fù)雜繁瑣的工作變得更加簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，同時(shí)也為高難度高精度工程施工提供了傳統(tǒng)方式無(wú)法比擬的直觀性與準(zhǔn)確性。