李善超，袁 野

(江蘇省交通工程集團(tuán)有限公司，南京 226001)

九圩港船閘位于江蘇省南通市港閘區(qū)天生港鎮(zhèn)，上連通揚(yáng)、通呂兩大運(yùn)河和連申線，下接長江，是江蘇省“兩縱四橫”干線航道網(wǎng)中通揚(yáng)線的重要組成部分。2015年，九圩港二線船閘正式開工建設(shè)，其位于原一線船閘左側(cè)，兩船閘縱軸線相互平行，中心距為80 m，以下閘首下游面對齊布置，船閘范圍 3.378 km。船閘建設(shè)規(guī)模為(230×23×4.0)m(閘室長×口門寬×檻上最小水深)，為Ⅲ級通航建筑物，土建工程合同價(jià)為3.37億元。

1 BIM技術(shù)應(yīng)用路線

目前，國內(nèi)BIM技術(shù)的應(yīng)用主要局限于工業(yè)與民用建筑、市政等領(lǐng)域，其在水運(yùn)工程領(lǐng)域的應(yīng)用才剛剛起步[1]。船閘作為大型綜合單體通航建筑，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涉及專業(yè)多、實(shí)施周期長，且對施工組織和協(xié)調(diào)的要求高。BIM技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性及可出圖性等五大方面，通過真實(shí)性模擬和建筑可視化來更好地進(jìn)行項(xiàng)目溝通，讓項(xiàng)目各方了解工期、進(jìn)度、成本和環(huán)境等項(xiàng)目基本信息，將BIM技術(shù)引入船閘項(xiàng)目的施工和后期運(yùn)營維護(hù)中，對控制項(xiàng)目投資、增強(qiáng)管理的有效性、提高工程質(zhì)量及減少返工和浪費(fèi)等方面均有積極作用。基于BIM技術(shù)在工業(yè)及民用建筑領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，本文總結(jié)提出了船閘工程施工過程中BIM技術(shù)的基本應(yīng)用路線[2]，如圖1所示。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用情況

BIM技術(shù)在本項(xiàng)目中的應(yīng)用主要有以下幾點(diǎn)：參數(shù)化建模、圖紙審查與碰撞檢驗(yàn)、施工模擬與三維交底、方案優(yōu)化與比選、可視化進(jìn)度管理、工程量統(tǒng)計(jì)與審核、質(zhì)量安全管理等。

2.1 參數(shù)化建模

選用Autodesk Revit作為BIM核心建模軟件，對船閘結(jié)構(gòu)物進(jìn)行細(xì)化拆分(如圖2所示)，其模型拆分依據(jù)為分項(xiàng)工程單元?jiǎng)澐旨肮こ塘坑?jì)量清單。

圖2 閘首結(jié)構(gòu)拆分示意

利用Autodesk Revit“族”樣板文件，結(jié)合構(gòu)件截面尺寸信息創(chuàng)建出以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型的參數(shù)化族文件。其數(shù)據(jù)包含構(gòu)件尺寸、標(biāo)高、材質(zhì)和標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)等多種屬性，通過改變構(gòu)件屬性，對構(gòu)件進(jìn)行準(zhǔn)確定位，確保模型的精度。標(biāo)準(zhǔn)閘室墻“族”模型及其參數(shù)設(shè)置如圖3所示。

2.2 圖紙審查與碰撞檢驗(yàn)

船閘施工工序較為復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)與預(yù)埋件之間的碰撞問題是傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中的一大難題，而基于BIM技術(shù)的多專業(yè)協(xié)同及碰撞檢測能夠很好地解決這個(gè)問題。以三維BIM信息模型代替二維圖紙，可以解決傳統(tǒng)二維審圖中難想像、易遺漏及效率低等問題，在施工前快速、準(zhǔn)確、全面地檢查出設(shè)計(jì)圖紙中的錯(cuò)、漏、碰、缺問題，從而減少施工中的返工現(xiàn)象，以節(jié)約成本、縮短工期及保證建筑質(zhì)量。

鋼筋設(shè)計(jì)時(shí)，傳統(tǒng)的二維CAD出圖并不考慮鋼筋體積，故鋼筋與預(yù)埋件之間存在的碰撞問題是傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中難以解決的。通過Autodesk Revit對鋼筋進(jìn)行三維建模，同時(shí)利用Navisworks軟件對鋼筋及預(yù)埋件等模型進(jìn)行碰撞檢查。閘門軌道預(yù)埋件與格梗鋼筋的碰撞檢測及檢測報(bào)告如圖4所示。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)閘室墻“族”

圖4 閘門軌道與格梗鋼筋碰撞檢測及報(bào)告

2.3 施工模擬與三維交底

新建船閘位于一線船閘左側(cè)，其所在航道有長江北路高架跨越，地理位置特殊，施工場地布置較為困難。在施工準(zhǔn)備階段，利用Autodesk Revit對項(xiàng)目部駐地、拌和樓及鋼筋加工場地等構(gòu)件進(jìn)行三維建模，通過Infraworks平臺(tái)，將所有結(jié)構(gòu)物結(jié)合二維圖紙、GIS工具、光柵數(shù)據(jù)放置于真實(shí)地形之上，從而對場地進(jìn)行合理的規(guī)劃及模擬布置。

施工技術(shù)交底在實(shí)際施工中發(fā)揮著主導(dǎo)作用，傳統(tǒng)的施工交底是以文字配合CAD圖及表格的形式進(jìn)行，這種傳統(tǒng)的二維平面技術(shù)交底很難直觀清晰地表達(dá)復(fù)雜的施工方案?；贐IM技術(shù)的施工方案交底，可將施工流程以三維模型及施工動(dòng)畫模擬的方式直觀易懂地展現(xiàn)出來，有利于展示施工的先后順序以及特殊節(jié)點(diǎn)的說明處理。

閘室墻鋼護(hù)面施工方案制定中，將BIM模型成果整合進(jìn)方案，充分考慮材料利用、碰撞檢查和施工安全等問題，實(shí)現(xiàn)方案最優(yōu)化。其中，鋼護(hù)面制作胎架與胎架BIM模型對比如圖5所示，鋼護(hù)面吊裝動(dòng)畫模擬如圖6所示。

圖5 鋼護(hù)面制作胎架與胎架BIM模型對比

圖6 鋼護(hù)面吊裝動(dòng)畫模擬

2.4 施工方案優(yōu)化與比選

閘室墻底節(jié)施工方案主要有兩種：搭設(shè)鋼管支架施工和小型移動(dòng)模架施工，如圖7所示。通過BIM技術(shù)對兩種施工方案的施工流程及施工工藝建立參數(shù)化模型，然后針對人員、機(jī)械、材料和工期等四大方面對模型進(jìn)行細(xì)化分析，通過對比，小型移動(dòng)模架施工法比搭設(shè)鋼管支架施工法節(jié)約人工5人、工期2天及材料費(fèi)用約0.4萬元。

利用BIM技術(shù)可以對施工方案進(jìn)行及時(shí)的優(yōu)化，能夠從施工實(shí)際出發(fā)，切實(shí)有效地指導(dǎo)施工，同時(shí)提高了工作效率，降低了施工成本。

圖7 支架施工與移動(dòng)模架施工斷面對比

2.5 可視化進(jìn)度管理

船閘結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涉及專業(yè)多、施工工期長，施工進(jìn)度控制十分重要。傳統(tǒng)的橫道圖、網(wǎng)絡(luò)圖只能單一地表述進(jìn)度，可視化程度較低，用于進(jìn)度管理效率低下[3]。將傳統(tǒng)的進(jìn)度計(jì)劃與BIM技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)度管理的可視化。

通過Autodesk Revit將已建立的構(gòu)件模型導(dǎo)入Navisworks中，利用Navisworks中TimeLiner工具對施工過程進(jìn)行反復(fù)模擬，使可能出現(xiàn)的問題在模擬的環(huán)境中提前發(fā)生，然后逐一修改，并提前制定應(yīng)對措施，使進(jìn)度計(jì)劃和施工方案達(dá)到最優(yōu)。閘室墻底節(jié)施工進(jìn)度模擬如圖8所示。

圖8 閘室墻底節(jié)施工進(jìn)度模擬

2.6 工程量統(tǒng)計(jì)與審核

項(xiàng)目施工初期，利用Autodesk Revit軟件對船閘各構(gòu)件進(jìn)行參數(shù)化建模，建模完成后即實(shí)現(xiàn)了工程量的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，并且可以直接調(diào)取材料清單及工程量統(tǒng)計(jì)表。區(qū)別于傳統(tǒng)的工程量統(tǒng)計(jì)，它是通過魯班、廣聯(lián)達(dá)等算量軟件計(jì)算出來的[4]。那么通過對比該統(tǒng)計(jì)工程量與設(shè)計(jì)理論工程量，就能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)圖紙工程量存在的誤差，在項(xiàng)目實(shí)施初期及時(shí)更改，從而為施工預(yù)算提供數(shù)據(jù)支撐。

在項(xiàng)目施工過程中，需要頻繁地進(jìn)行工程量審核，期間涉及到大量的現(xiàn)場完成情況確認(rèn)和工程量的統(tǒng)計(jì)及計(jì)算工作。利用BIM模型中記錄的完成情況、現(xiàn)場簽證情況，計(jì)量人員可以快速對已完成的工程量進(jìn)行審核。標(biāo)準(zhǔn)閘室墻模型信息及工程量清單如圖9所示。

圖9 標(biāo)準(zhǔn)閘室墻模型信息及工程量清單

2.7 質(zhì)量與安全管理

建筑施工是一套復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，通常包含多道工序且相互之間關(guān)系復(fù)雜，直接影響著項(xiàng)目施工的進(jìn)程[5]。通過BIM的3D模擬平臺(tái)模擬工程施工，對整個(gè)過程中的施工安全進(jìn)行可視化管理，當(dāng)現(xiàn)場質(zhì)量與安全問題發(fā)生時(shí)，通過手機(jī)對質(zhì)量安全內(nèi)容進(jìn)行拍照、錄音和文字記錄，并關(guān)聯(lián)至模型?；谲浖谱詣?dòng)實(shí)現(xiàn)手機(jī)與電腦數(shù)據(jù)同步，以文檔圖釘?shù)男问皆谀Ｐ椭姓宫F(xiàn)，從而協(xié)助生產(chǎn)人員對質(zhì)量安全問題進(jìn)行處理。通過對BIM信息模型的應(yīng)用，可建立有效的預(yù)防機(jī)制，提前規(guī)范施工人員的安全生產(chǎn)行為，促使人員、機(jī)械、材料和環(huán)境始終保持安全的狀態(tài)，并持續(xù)改進(jìn)，不斷推動(dòng)企業(yè)在安全生產(chǎn)過程中的規(guī)范化建設(shè)。其中，閘室墻底節(jié)龍門架沉浸式漫游模擬如圖10所示。

圖10 閘室墻底節(jié)龍門架沉浸式漫游模擬

3 BIM應(yīng)用展望

現(xiàn)階段BIM技術(shù)在船閘工程中的應(yīng)用并不成熟，尤其在船閘施工方面，還沒有形成統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，故本文僅是對BIM技術(shù)引入船閘施工階段的探索性研究。關(guān)于施工階段BIM技術(shù)的應(yīng)用內(nèi)容，目前尚未得到充分的挖掘，未來其在船閘施工中的應(yīng)用，可重點(diǎn)關(guān)注以下內(nèi)容：

(1) 設(shè)計(jì)與施工對接

推動(dòng)設(shè)計(jì)與施工之間的數(shù)據(jù)對接，利用BIM技術(shù)改變傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)模式，進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，并導(dǎo)出三維設(shè)計(jì)圖紙、三維模型。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段利用BIM技術(shù)進(jìn)行多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，提前發(fā)現(xiàn)各專業(yè)之間銜接方面的問題，以減少項(xiàng)目后期的變更。

(2) BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與各種社會(huì)活動(dòng)的融合，是虛擬與現(xiàn)實(shí)的融合。利用BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，通過虛擬模型對船閘結(jié)構(gòu)物及智能設(shè)備進(jìn)行空間定位和實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以為船閘的各類檢修及維護(hù)提供直觀有效的支撐[6]。

(3) 建模標(biāo)準(zhǔn)

BIM的建模標(biāo)準(zhǔn)是BIM技術(shù)發(fā)展過程中的關(guān)鍵，現(xiàn)階段船閘工程BIM模型缺少相應(yīng)的建模標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致各種族信息參數(shù)雜亂無序，因此，有必要整合建模信息制訂船閘工程BIM模型的建模標(biāo)準(zhǔn)。

(4) 軟件優(yōu)化與更新

基于建模需求，及時(shí)對軟件進(jìn)行優(yōu)化與更新，從而推動(dòng)建立更加適合船閘專業(yè)技術(shù)人員的操作平臺(tái)。

4 小結(jié)

(1) 依托九圩港二線船閘工程，將BIM技術(shù)初次應(yīng)用到船閘工程施工領(lǐng)域，總結(jié)提出了BIM技術(shù)在船閘施工中的應(yīng)用路線。

(2) 通過參數(shù)化建模、圖紙審查與碰撞檢驗(yàn)、施工模擬與三維交底等7項(xiàng)應(yīng)用，分別闡述了BIM技術(shù)在船閘施工方面所取得的技術(shù)與管理方面的創(chuàng)新。

(3) 突破了船閘工程傳統(tǒng)的CAD圖紙二維施工模式，解決了設(shè)計(jì)圖紙與實(shí)際施工之間的沖突，縮短了建設(shè)工期，在提升工作效率的同時(shí)施工質(zhì)量也得到了有效的保障。

基于BIM技術(shù)進(jìn)行船閘項(xiàng)目全壽命周期管理[7]，將大大提高船閘的使用壽命，同時(shí)為后續(xù)船閘的運(yùn)營維護(hù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。