劉志強(qiáng)

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

1 項目概況

為進(jìn)一步優(yōu)化空港新城建設(shè)區(qū)域環(huán)境，防洪排澇，凈水提質(zhì)，在深圳市寶安區(qū)西北部空港新城建設(shè)區(qū)域建設(shè)大空港新城區(qū)截流河綜合治理工程。該工程區(qū)域地處珠江口東岸，臨近遠(yuǎn)東航運中心香港。

本項目主要建設(shè)內(nèi)容包括為截流河主河道1條，南、北連通渠共2條，截污閘站8座，節(jié)制閘5座，提升泵站2座，排澇泵站1座。項目工程規(guī)模大，專業(yè)協(xié)調(diào)接口多，綜合性程度高，是一個防洪治澇、改善水質(zhì)的綜合性水利工程。截流河整體效果如圖1所示，節(jié)制閘效果如圖2所示。

圖1 截流河整體效果

2 BIM應(yīng)用情況

2.1 應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件情況見表1。

圖2 節(jié)制閘效果

表1 應(yīng)用軟件情況

2.2 模型內(nèi)容

根據(jù)工程內(nèi)容，項目建立模型有提升泵站2個、截污閘站8個、節(jié)制閘5個、排澇泵站1個、河道1個等，涉及專業(yè)有水工、金結(jié)、巖土、電氣、建筑。以北連通渠節(jié)制閘水工專業(yè)模型為例，通過模型直觀的展示了北連通渠節(jié)制閘建成后的效果。通過建立模型，采用3dmax軟件實現(xiàn)模型結(jié)合[1]，對閘門零件細(xì)部處進(jìn)行細(xì)部處理，三維展現(xiàn)細(xì)部處結(jié)構(gòu)[2]，以確保細(xì)部處協(xié)調(diào)。項目施工技術(shù)人員用施工圖紙對照三維模型更容易理解掌握施工內(nèi)容。避免因?qū)D紙理解錯誤造成工期及成本損失[3]。地形地質(zhì)模型如圖3所示，三維配筋模型如圖4所示，北連通渠節(jié)制閘平面直升閘模型如圖5所示，閘門零件細(xì)部模型如圖6所示。

圖3 地形地質(zhì)模型

圖4 三維配筋模型

圖5 北連通渠節(jié)制閘—平面直升閘模型

2.3 應(yīng)用場景

2.3.1 技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)

(1)充分利用前期模型成果，通過三維深化設(shè)計，對圖紙進(jìn)行二次優(yōu)化，減少返工，加快施工進(jìn)度。

(2)方案模擬、可視化交底、算量配合方面深入運用BIM技術(shù)進(jìn)行輔助管理[4]，探索BIM平臺應(yīng)用，提高信息化管理水平。

圖6 閘門零件細(xì)部模型

(3)竣工模型最后作為竣工數(shù)據(jù)庫移交給業(yè)主，保證竣工模型與現(xiàn)實一致，為日后運維打好數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，做好施工到運維的三維數(shù)字資產(chǎn)傳遞工作[5]。

2.3.2 各階段應(yīng)用情況

BIM技術(shù)在施工階段的應(yīng)用，除了在前期策劃工作中利用BIM可視化的優(yōu)勢進(jìn)行優(yōu)化比選之外，也包括施工過程中的數(shù)據(jù)采集和整理[6]，例如在工程量統(tǒng)計和施工進(jìn)度模擬的技術(shù)應(yīng)用當(dāng)中，就需要采集現(xiàn)場實際工程量、材料消耗量、實際進(jìn)度情況并與模型構(gòu)件關(guān)聯(lián)，這些工作需要在整個施工過程中持續(xù)[7]。采集整理數(shù)據(jù)一方面為項目實施過程中及時掌握和調(diào)整方案策略提供資料，另一方面也為類似項目的策劃提供樣本和依據(jù)。

2.3.3 應(yīng)用BIM技術(shù)解決的問題

(1)大空港新城區(qū)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高，片區(qū)項目眾多且跨度長，邊界條件復(fù)雜，工程區(qū)域總體規(guī)劃難度大，采用BIM三維場地規(guī)劃解決[8]。

(2)工程區(qū)域范圍廣，陸域形成面積接近280萬m2，多線同步施工，多專業(yè)模型交叉多，采用BIM平臺及無人機(jī)把控施工進(jìn)度。

(3)大場地地基處理需根據(jù)地質(zhì)條件和荷載要求，分區(qū)分塊選擇相應(yīng)的地基處理方法，采用BIM化施工方案解決。

(4)淤泥層厚度變化大，清淤開挖標(biāo)準(zhǔn)不同，分為高程控制和土質(zhì)控制，創(chuàng)建三維地質(zhì)信息化模型，解決出圖和算量問題。

2.4 優(yōu)化場地布置

在場地規(guī)劃階段，場地的地貌、地質(zhì)、周圍交通道路情況都是影響布置方案的重要因素[9]。以項目六工區(qū)南節(jié)制閘為例，本項目南節(jié)制閘位于河道南端，地質(zhì)多為淤泥，施工難度大。施工過程中，因場內(nèi)交叉施工作業(yè)多，合理的場地布置可節(jié)約項目成本。

通過利用BIM技術(shù)提前進(jìn)行可視化分析，模擬場內(nèi)履帶吊、混凝土攪拌車、材料運輸車輛等的行進(jìn)路線以及車輛間的會車距離和材料堆放場地等[10]。通過分析總結(jié)場內(nèi)道路設(shè)置中的問題，從而擬定解決措施，保證了場地內(nèi)流通順暢。

通過BIM技術(shù)，減少了場內(nèi)外臨時設(shè)施的變更，節(jié)約成本投入約20萬元，加快了主體工程的施工進(jìn)度。南節(jié)制閘BIM場布如圖7所示，南節(jié)制閘現(xiàn)場場布如圖8所示。

圖7 南節(jié)制閘BIM場布

圖8 南節(jié)制閘現(xiàn)場場布

2.5 施工進(jìn)度模擬，無人機(jī)進(jìn)度實施把控

由于本工程建設(shè)內(nèi)容多樣、專業(yè)交叉復(fù)雜、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高、區(qū)域內(nèi)同期工程干擾大，施工階段，全面應(yīng)用BIM技術(shù)對建設(shè)全過程進(jìn)行輔助與管控顯得十分必要[11]。

北樞紐位于截流河最北端，鄰近外環(huán)高速橋，地質(zhì)復(fù)雜，多為淤泥地質(zhì)，施工復(fù)雜且交叉施工多。通過全景航拍，實現(xiàn)基于無人機(jī)技術(shù)的信息化應(yīng)用，通過第三方平臺與移動端實時展示施工場景、施工進(jìn)度與施工安全管理的現(xiàn)狀，使項目相關(guān)人員能夠及時掌握項目動態(tài)，輔助對工程建設(shè)的全過程監(jiān)督[12]。BIM平臺進(jìn)度追蹤管理如圖9所示，北樞紐無人機(jī)航拍進(jìn)度追蹤如圖10所示。

2.6 施工方案模擬與優(yōu)化

工程范圍廣，以北排澇泵站為例，排澇泵站基底高程-12.38m，工程通過利用BIM技術(shù)輔助施工，進(jìn)行總體工籌策劃、可視化交底、大型設(shè)備吊裝路線模擬，根據(jù)項目施工組織設(shè)計[13]，利用BIM技術(shù)反饋施工方案中存在的潛在問題，通過各項數(shù)據(jù)的對比與模擬，分析不同方案的優(yōu)缺點，從而選擇更優(yōu)的施工方案，提高施工方案質(zhì)量，節(jié)約溝通交流時間，加快施工效率。基坑施工模擬如圖11所示，電動機(jī)安裝模擬如圖12所示。

圖9 BIM平臺進(jìn)度追蹤管理

圖10 北樞紐無人機(jī)航拍進(jìn)度追蹤

圖11 基坑施工模擬

通過利用BIM技術(shù)，工程排除90%圖紙錯誤，減少10%的現(xiàn)場施工返工；整體節(jié)約材料約120萬元，縮短工期41 d，節(jié)省建造費用總額450萬元。

2.7 三維地質(zhì)信息化模型

本工程淤泥在場地內(nèi)呈廣泛連續(xù)分布，灰色，飽和，流塑狀為主，在河道內(nèi)呈灰黑色，飽和，流塑，含較多腐殖質(zhì)和少量生活垃圾。項目開工至今，施工過程中，涉及土方隊伍多，導(dǎo)致工程量審核難度大，為解決這一難題，通過利用civil3D軟件，基于獨立開發(fā)的Civil3D部件庫，生成河道模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步生成6.37 km的截流河地形曲面，從而計算出不同土質(zhì)層的工程量。通過civil3D軟件的應(yīng)用，實現(xiàn)同一數(shù)據(jù)模型，設(shè)計施工一體化應(yīng)用，大大提高了土方概算、預(yù)算、結(jié)算的速度和精確度，實現(xiàn)全過程成本控制[14]。六工區(qū)方格網(wǎng)土方施工如圖13所示，六工區(qū)河道模型如圖14所示。

圖12 電動機(jī)安裝模擬

圖13 六工區(qū)方格網(wǎng)土方施工

圖14 六工區(qū)河道模型

3 應(yīng)用創(chuàng)新

創(chuàng)新性地把civil3D軟件應(yīng)用到了生態(tài)景觀河道的施工中，基于獨立開發(fā)的Civil3D部件庫，建立河道模型，實現(xiàn)三維出圖和水文特性分析，基于獨立開發(fā)的二次開發(fā)插件集，模擬各已完成土方結(jié)算的地形曲面，進(jìn)行土方結(jié)算三維算量復(fù)核[15]。

通過對本工程的BIM規(guī)劃和管理，將全專業(yè)的BIM模型整合校對，并在施工過程中實時根據(jù)項目的實際施工結(jié)果，更新原始的設(shè)計模型，使模型包含項目整個施工過程的真實信息，包括本工程建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等各專業(yè)相關(guān)模型大量、準(zhǔn)確的工程和構(gòu)件信息，這些信息能夠以電子文件的形式進(jìn)行長期保存，形成竣工模型。土方結(jié)算三維算量復(fù)核如圖15所示。

圖15 土方結(jié)算三維算量復(fù)核

4 結(jié)論

BIM模型與相關(guān)計算軟件的結(jié)合在實踐中展現(xiàn)了其高效的建模、計算能力，在本項目BIM應(yīng)用過程中起到了至關(guān)重要的作用。采用BIM技術(shù)進(jìn)行施工模擬，可視化交底，碰撞檢查，確保施工的準(zhǔn)確性和可行性，提高了項目質(zhì)量和效率?；谛畔⒒芾砥脚_，實現(xiàn)施工過程中進(jìn)度、質(zhì)量、安全、協(xié)調(diào)等全過程動態(tài)管理，改變傳統(tǒng)項目管理模式，縮短項目工期，控制項目成本、提升項目質(zhì)量。實施團(tuán)隊在現(xiàn)有軟件基礎(chǔ)上，進(jìn)行了二次開發(fā)，使其更貼合水利項目本身特點，快速體現(xiàn)在成果中。