陳 園

（水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 引言

BIM（Building information Modeling）是由 Chuck M.Eastman在1975年提出的一種集數(shù)字化、信息化于一體的新型建筑信息模型[1]，在實(shí)際的優(yōu)化設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、施工管理、工程咨詢等方面有廣泛的應(yīng)用[2]。

隨著B(niǎo)IM的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外對(duì)BIM越來(lái)越重視對(duì)其研究越來(lái)越多，在歐美國(guó)家尤其明顯。例如將BIM用于工程項(xiàng)目的智能化管理[3]；Kymmel提出將BIM作為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目構(gòu)建、規(guī)劃、施工、運(yùn)行、管理為一體的三維模型[4]；另外BIM還可用于進(jìn)行不確定性分析對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估[5～6]，進(jìn)而降低工程的成本，更加有效進(jìn)行管理。在21世紀(jì)初期BIM技術(shù)逐漸在我國(guó)開(kāi)始流行，雖然時(shí)間較短，但是對(duì)于BIM的研究發(fā)展速度還是較快[7～8]。2011年住建部明確要加強(qiáng)BIM在工程中的應(yīng)用[9]，陸續(xù)制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但是對(duì)于實(shí)際應(yīng)用，還是比較缺乏。

本文在此基礎(chǔ)上將BIM技術(shù)應(yīng)用于常見(jiàn)的面板堆石壩，研究其在面板堆石壩施工進(jìn)度管理中的應(yīng)用，為工程的實(shí)際建設(shè)提供理論依據(jù)。

2 模型建立

以某水利樞紐為工程基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行研究。該樞紐由水庫(kù)、廠房、輸水系統(tǒng)和附屬設(shè)施等組成。流域面積為124 km2，正常蓄水位為541.60 m，詳細(xì)特征水位見(jiàn)表1。混凝土壩高為101.9 m，面板堆石壩的壩面爬坡度均為1∶1.5。

表1 壩前特征水位

根據(jù)工程基礎(chǔ)信息對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行可視化模擬，進(jìn)而對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行管理。首先進(jìn)行BIM團(tuán)隊(duì)組織的構(gòu)建，BIM團(tuán)隊(duì)組織根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行安排和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)人力資源的最優(yōu)化。BIM團(tuán)隊(duì)主要由工程師、技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)、技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)、系統(tǒng)管理團(tuán)隊(duì)、數(shù)據(jù)維護(hù)團(tuán)隊(duì)、項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)管理團(tuán)隊(duì)等組成，BIM團(tuán)隊(duì)組織結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 BIM組織結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)工程地質(zhì)材料采用Civil 3D軟件進(jìn)行地形三維建模，見(jiàn)圖2。

圖2 三維地形圖

在地形圖的基礎(chǔ)上建立面板堆石壩三維模型，根據(jù)工程壩體內(nèi)材料的不同分為特殊墊層區(qū)、墊層區(qū)、堆石區(qū)、反濾層、壩面防護(hù)、防滲區(qū)等。根據(jù)情況將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)錄入BIM對(duì)應(yīng)軟件中，構(gòu)建模型。本項(xiàng)目需要土石挖方796萬(wàn)m3，混凝土澆筑29.8萬(wàn)m3、過(guò)渡料填筑9.4萬(wàn)m3、墊層料填筑量為4.9萬(wàn)m3、回填灌漿1.05萬(wàn)m3、碎石量為6.7萬(wàn)m3以及其他需要的材料。使用三維建模軟件創(chuàng)建的面板堆石壩BIM模型見(jiàn)圖3。

圖3 面板堆石壩BIM模型

3 施工進(jìn)度三維動(dòng)態(tài)模擬

根據(jù)工程施工的大致流程確定施工的關(guān)鍵路線及進(jìn)度表。在施工中壩體由不同部分組成，施工順序?yàn)閮?yōu)先進(jìn)行壩基開(kāi)挖，然后進(jìn)行截流和下趾板結(jié)構(gòu)的施工，下趾板施工完成后進(jìn)行下墊層和過(guò)渡區(qū)的填筑，然后進(jìn)行堆石體的填筑，堆石體優(yōu)先進(jìn)行大粒徑的塊石，然后礫石最后進(jìn)行砂石的填筑，在填筑的過(guò)程中需要混凝土進(jìn)行加固，填筑完成后進(jìn)行面板的澆筑，最后進(jìn)行周邊附屬設(shè)施的施工。具體見(jiàn)圖4。

圖4 簡(jiǎn)易施工流程圖

施工流程確定后進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)模擬，使用Navisworks軟件進(jìn)行面板堆石壩壩體的施工過(guò)程仿真模擬。在施工過(guò)程中壩面堆石采用平起法，使壩面可以相對(duì)平整的施工受力均衡。圖5為采用BIM技術(shù)進(jìn)行壩體澆筑預(yù)演過(guò)程。采用圖5預(yù)演方案進(jìn)行施工，按照?qǐng)D4施工流程圖進(jìn)行澆筑，在實(shí)際施工中將壩體切割為多個(gè)工作區(qū)域，同時(shí)進(jìn)行施工來(lái)提高施工效率。

圖5 BIM技術(shù)在壩體施工中的預(yù)演

Navisworks軟件對(duì)施工流程進(jìn)行自我檢查合格后開(kāi)始進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，若發(fā)現(xiàn)與前期導(dǎo)入的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范有誤差的話會(huì)有提醒，對(duì)于過(guò)大的誤差會(huì)停止進(jìn)程進(jìn)行修改后重新進(jìn)行模擬，具體模擬過(guò)程見(jiàn)圖6。

圖6 基于BIM技術(shù)的壩體三維動(dòng)態(tài)施工過(guò)程

根據(jù)圖6可知，BIM技術(shù)將各專業(yè)人員匯集在一起可以實(shí)現(xiàn)面板堆石壩的整個(gè)動(dòng)態(tài)施工，可以根據(jù)設(shè)定好的程序按照順序逐步進(jìn)行壩體的施工。在施工中不同顏色代表不同的部分，BIM技術(shù)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的進(jìn)行檢查并對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行反饋，當(dāng)出現(xiàn)較大的誤差可能影響安全時(shí)，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)的反饋出來(lái)進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)過(guò)多次的調(diào)整可使施工進(jìn)度及安全問(wèn)題達(dá)到整體最優(yōu)化，進(jìn)而可以節(jié)約工期提高施工效率。

4 采用灰色系統(tǒng)理論進(jìn)行評(píng)價(jià)

采用灰色系統(tǒng)理論對(duì)BIM技術(shù)在面板堆石壩施工的應(yīng)用進(jìn)行評(píng)價(jià)。BIM模型項(xiàng)目成熟度可以分為五個(gè)等級(jí)：初始級(jí)、可重復(fù)級(jí)、定義級(jí)、管理級(jí)、優(yōu)化級(jí)。隨著B(niǎo)IM信息的逐漸豐富和完善，項(xiàng)目的成熟度會(huì)逐漸增加，表明項(xiàng)目的預(yù)期成果與實(shí)際成果之間越來(lái)越接近。依據(jù)BIM成熟度模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，構(gòu)建BIM信息成熟度模型指標(biāo)評(píng)價(jià)體系見(jiàn)圖7。主要分為信息因素、組織因素和交互方式因素三大類，針對(duì)每類因素進(jìn)行細(xì)分。

圖7 BIM信息成熟度模型指標(biāo)評(píng)價(jià)體系

對(duì)于評(píng)價(jià)體系采用10分制，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。根據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)可以邀請(qǐng)一定數(shù)量的專家進(jìn)行打分組成一個(gè)矩陣，本項(xiàng)目邀請(qǐng)10位專家打分評(píng)價(jià)矩陣見(jiàn)表3。

表2 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表3 專家打分評(píng)價(jià)矩陣

由灰度及白化函數(shù)得出灰色模糊評(píng)價(jià)矩陣R，參考序列U0如下：

對(duì)U0進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，令分辨系數(shù)為0.5，可以得到關(guān)聯(lián)系數(shù)如下：

對(duì)關(guān)聯(lián)度進(jìn)行歸一化處理得出評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重集合為：W=(0.056,0.057,0.058,0.062,0.061,0.057,0.062,0.048,0.051,0.063）

模糊評(píng)價(jià)矩陣為：

系數(shù)調(diào)整矩陣A為：

最終得出評(píng)價(jià)系數(shù)為：

根據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)可知此項(xiàng)目在施工進(jìn)度管理上處于“管理級(jí)”，說(shuō)明BIM技術(shù)信息基本已經(jīng)滿足需要，但是在交流方式和平臺(tái)管理上，還不夠完善需要進(jìn)行進(jìn)一步的完善來(lái)達(dá)到“優(yōu)化級(jí)”。

5 結(jié)論

本文將BIM技術(shù)與仿真軟件結(jié)合應(yīng)用于面板堆石壩中對(duì)其施工進(jìn)度進(jìn)行管理研究，BIM可以很好地對(duì)面板堆石壩的施工進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，根據(jù)施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化處理，進(jìn)而提高施工的質(zhì)量和效率。

采用灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)法對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行評(píng)價(jià)得出評(píng)價(jià)系數(shù)為7.38，處于“管理級(jí)”，說(shuō)明BIM技術(shù)在此工程建設(shè)中理論已經(jīng)比較成熟，可以進(jìn)行應(yīng)用。在應(yīng)用中需要加強(qiáng)對(duì)BIM技術(shù)平臺(tái)的管理，使得工程建設(shè)效率達(dá)到最優(yōu)化。