陳猛，洋強(qiáng)，崔園園

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

0 引言

地面發(fā)電廠房工程具有工程體量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工技術(shù)難度大等特點(diǎn)，在施工過(guò)程中難免出現(xiàn)技術(shù)交底困難，施工管理不到位的現(xiàn)象。在實(shí)際施工過(guò)程中，為保證施工進(jìn)度，有多家分包商同時(shí)進(jìn)場(chǎng)，存在各家作業(yè)隊(duì)同時(shí)施工的情況，由于作業(yè)面狹小，可能出現(xiàn)施工干擾現(xiàn)象。同時(shí)，廠房水工建筑物種類繁多，工序復(fù)雜，各工序之間既相互聯(lián)系又相互制約，工序間的協(xié)同容易出現(xiàn)問(wèn)題或者不同專業(yè)之間對(duì)項(xiàng)目理解及溝通不暢，一旦出現(xiàn)供應(yīng)方與施工需求不匹配，便會(huì)造成窩工或材料堆積過(guò)大的問(wèn)題，給施工進(jìn)度帶來(lái)利影響，傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單圖表及數(shù)字模型難以對(duì)此進(jìn)行描述[1]。因此，應(yīng)用BIM技術(shù)，在項(xiàng)目建設(shè)前期，對(duì)水工建筑物信息進(jìn)行分類與整合，建立發(fā)電廠房三維信息模型，以圖片、模型以及動(dòng)畫(huà)等形式，以最直觀、最科學(xué)的方式表達(dá)建筑物的各類信息及施工工序，可有效地提高施工管理效率及管理水平[2-3]。

本文針對(duì)地面發(fā)電廠房工程施工管理中的問(wèn)題，簡(jiǎn)要說(shuō)明基于BIM技術(shù)可視化、參數(shù)化以及可模擬性等特點(diǎn)在發(fā)電廠房施工管理中的優(yōu)勢(shì)，提出基于BIM手段，提高發(fā)電廠房施工管理效率的方法，并詳細(xì)介紹BIM技術(shù)在地面發(fā)電廠房施工中技術(shù)交底、施工進(jìn)度控制及優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面的應(yīng)用，以達(dá)到廠房在建設(shè)過(guò)程中快速、準(zhǔn)確、詳細(xì)的動(dòng)態(tài)管控目的，實(shí)現(xiàn)地面發(fā)電廠房在整個(gè)建設(shè)周期中精細(xì)化、可視化的管理。

1 BIM概述

建筑信息模型(Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱BIM)起源于美國(guó)，是喬治亞理工大學(xué)Chuck Eastman教授最早提出的“一種基于計(jì)算的建筑描述”。隨著不斷地創(chuàng)新與發(fā)展，BIM發(fā)展成一種以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用相關(guān)軟件集成建筑工程中各種相關(guān)信息而建成的一個(gè)工程數(shù)據(jù)模型[4]。結(jié)合一系列相互影響的機(jī)制、流程和技術(shù)，形成“一種在整個(gè)建筑工程的全生命周期中，以數(shù)字格式管理必要設(shè)施設(shè)計(jì)和項(xiàng)目數(shù)據(jù)的方法”，是一種以CAD技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的從2D平面設(shè)計(jì)向3D立體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化的重要技術(shù)。它可以通過(guò)系統(tǒng)地將項(xiàng)目組件耦合在一起來(lái)確定并闡明建筑、結(jié)構(gòu)、管道與線路之間的關(guān)系[5]。

2 BIM技術(shù)在地面發(fā)電廠房施工管理的應(yīng)用

BIM技術(shù)在地面發(fā)電廠房施工管理中的應(yīng)用主要包括應(yīng)用層及管理層兩個(gè)層次，應(yīng)用層包含三維可視化技術(shù)交底、工程計(jì)量、進(jìn)度管控、設(shè)計(jì)優(yōu)化等內(nèi)容，管理層主要依托應(yīng)用層提供的數(shù)據(jù)信息作出決策，可有效提升工程的精細(xì)化管理程度，改善傳統(tǒng)管理模式下的痛點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)工程的降本增效[6]。主要應(yīng)用架構(gòu)如圖1所示。

圖1 BIM技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用架構(gòu)

2.1 應(yīng)用層主要BIM應(yīng)用

2.1.1 可視化技術(shù)交底

技術(shù)交底是將設(shè)計(jì)要求以及施工措施貫徹落實(shí)到基層施工人員，是施工技術(shù)管理中重要的一部分，做好技術(shù)交底，是工程順利實(shí)施的前提。發(fā)電廠房工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多有異性結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的二維圖紙+文字說(shuō)明的形式很難將設(shè)計(jì)師意圖表達(dá)清楚，在交底過(guò)程中，容易出現(xiàn)交底不清楚或交底錯(cuò)誤的現(xiàn)象。基于BIM技術(shù)，以三維動(dòng)態(tài)模型，輔助項(xiàng)目管理人員對(duì)作業(yè)隊(duì)進(jìn)行施工交底，在交底過(guò)程中，根據(jù)整體+局部的形式，更加直觀地了解施工內(nèi)容，同時(shí)，也可加以動(dòng)畫(huà)，展現(xiàn)施工內(nèi)容的先后順序及各工序之間的交接問(wèn)題，可大大提高交底效率，確保工程順利實(shí)施。

2.1.2 施工進(jìn)度模擬

基于BIM技術(shù)，以三維信息模型為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)度計(jì)劃與構(gòu)成工程的部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)鏈接，通過(guò)模型及三維動(dòng)畫(huà)等多種形式直觀表達(dá)進(jìn)度計(jì)劃和施工過(guò)程，為工程項(xiàng)目的不同參與方直觀了解工程項(xiàng)目情況提供便捷的工具。通過(guò)形象直觀、動(dòng)態(tài)模擬的方式，了解施工階段過(guò)程和重要環(huán)節(jié)施工工藝，并將多種施工及工藝方案的可實(shí)施性進(jìn)行比較，為最終方案優(yōu)選決策提供支持。基于BIM技術(shù)對(duì)施工進(jìn)度可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)劃、跟蹤和控制，動(dòng)態(tài)地管制各種施工資源和場(chǎng)地，動(dòng)態(tài)跟蹤工程項(xiàng)目的實(shí)際進(jìn)度，并通過(guò)計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)找出項(xiàng)目進(jìn)度出現(xiàn)的偏差，并對(duì)工期的影響程度以及產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，制定相應(yīng)措施，做好趕工計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度的控制，保證項(xiàng)目如期進(jìn)行。

2.1.3 工程計(jì)量

由于廠房工程工程量大，施工工期長(zhǎng)，過(guò)程中涉及的計(jì)量與簽證是整個(gè)施工期的重難點(diǎn)。在施工過(guò)程中，以月、季度等為節(jié)點(diǎn)，定期維護(hù)與更新模型，動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)工程量計(jì)量情況，將統(tǒng)計(jì)出的工程量與設(shè)計(jì)工程量和現(xiàn)場(chǎng)簽發(fā)工程量相對(duì)比，提供一個(gè)完整準(zhǔn)確的工程量數(shù)據(jù)，避免后期因計(jì)量不規(guī)范或不完整而出現(xiàn)工程款少結(jié)、漏結(jié)的現(xiàn)象，減少施工單位經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.4 設(shè)計(jì)優(yōu)化

(1)圖紙審查

地下廠房工程涉及多個(gè)專業(yè)，各專業(yè)施工圖紙繁多，可達(dá)幾千張，由于各專業(yè)圖紙獨(dú)立設(shè)計(jì)、獨(dú)立交付，不同專業(yè)缺乏相應(yīng)的溝通交流，設(shè)計(jì)交付圖紙難免出現(xiàn)錯(cuò)、漏或碰撞現(xiàn)象。在項(xiàng)目建設(shè)初期，各專業(yè)建立BIM模型并將模型進(jìn)行整合，項(xiàng)目全過(guò)程借助BIM圖模聯(lián)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)圖紙交叉審核，提前發(fā)現(xiàn)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題并解決，減少圖紙錯(cuò)誤。圖紙審查流程如圖2所示。

圖2 圖紙審查流程

(2)碰撞檢測(cè)

BIM模型的搭建，是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的一次“預(yù)演”，在模型建立的同時(shí)，也是一次完整的“三維校審”過(guò)程。在此過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)大量隱藏在設(shè)計(jì)中與專業(yè)配合緊密相關(guān)的問(wèn)題，或者屬于空間高度上的沖突，或者屬于不同專業(yè)間的沖突，尤其是管網(wǎng)工程，在傳統(tǒng)的二維圖紙單個(gè)專業(yè)審查過(guò)程中很難發(fā)現(xiàn)。通過(guò)BIM技術(shù)提供的碰撞檢查功能，利用Revit建立多專業(yè)三維模型，基于三維模型，可以很直觀地查看各管線之間的空間位置。同時(shí)，在Navisworks軟件中進(jìn)行整合，給定碰撞條件，在軟件中進(jìn)行碰撞檢查，最后將碰撞檢查結(jié)果輸出，將有沖突的位置在施工前進(jìn)行整改，減少項(xiàng)目施工變更，降低生產(chǎn)成本，加快施工進(jìn)度。

2.2 管理層主要BIM應(yīng)用

站在管理者的角度使用BIM技術(shù)來(lái)輔助項(xiàng)目建設(shè)管理，通過(guò)應(yīng)用層級(jí)反饋的信息記性分析與歸類，做好管理決策，然后對(duì)決策內(nèi)容進(jìn)行全過(guò)程的跟蹤，最后對(duì)決策的結(jié)果進(jìn)行反饋，主要包括質(zhì)量、進(jìn)度、安全等方面。這幾項(xiàng)內(nèi)容既相互獨(dú)立又相互統(tǒng)一，做好施工質(zhì)量，相應(yīng)地就減少了項(xiàng)目返工、缺陷處理的情況，節(jié)約了工期，也降低了成本?；贐IM技術(shù)，項(xiàng)目管理人員可有效掌控重難點(diǎn)及施工工序的交底工作，避免或減少出現(xiàn)因交底不徹底或工序施工錯(cuò)誤而導(dǎo)致的工程質(zhì)量問(wèn)題。針對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度管理反饋的進(jìn)度滯后情況，依據(jù)現(xiàn)有條件，站到整個(gè)項(xiàng)目的角度，最大化地做好設(shè)備、材料及人員的調(diào)配，然后再將相應(yīng)的措施，以BIM模型或動(dòng)畫(huà)的形式反饋至應(yīng)用層級(jí)。在項(xiàng)目實(shí)施重點(diǎn)部位，通過(guò)前期策劃及以往經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，找出安全重點(diǎn)防控部位，基于BIM+VR的形式，做好安全事故交底。

3 龍溪口航電樞紐工程地面發(fā)電廠房BIM管理的實(shí)現(xiàn)

以龍溪口航電樞紐工程地面發(fā)電廠房為例，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)全過(guò)程精細(xì)化管理。面向施工全過(guò)程動(dòng)態(tài)管理的要求，采用BIM技術(shù)，分層分塊建立廠房模型，基于動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)時(shí)進(jìn)展完善模型，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目重難點(diǎn)可視化，全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真施工進(jìn)度模擬，優(yōu)化施工設(shè)計(jì)，拓展基于BIM技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，提高地面發(fā)電廠房施工管理效率。

3.1 BIM模型的建立

基于航電樞紐工程水工建筑物的設(shè)計(jì)資料，利用實(shí)體CAD技術(shù)及參數(shù)化實(shí)體建模技術(shù)，采用Revit三維建模工具，交互式創(chuàng)建水工建筑模型，包括土建、機(jī)電、設(shè)備安裝等專業(yè)，通過(guò)材質(zhì)編輯器，根據(jù)構(gòu)件屬性賦予相應(yīng)材質(zhì)，完善模型信息化數(shù)據(jù)，為下一步施工技術(shù)交底、施工進(jìn)度模擬及工程量計(jì)量等提供模型基礎(chǔ)。廠房模型如圖3所示。

圖3 地面發(fā)電廠房模型

3.2 基于BIM技術(shù)的可視化技術(shù)交底

3.2.1 分層分塊技術(shù)交底

地面發(fā)電廠房工程體量大，尤其是廠房底板及上下游胸墻混凝土，均為大體積混凝土施工。為保證混凝土澆筑效果，對(duì)廠房模型進(jìn)行合理的分層分塊劃分，并對(duì)每塊工程量進(jìn)行提取，在施工過(guò)程中，嚴(yán)格按照分層分塊原則進(jìn)行廠房混凝土澆筑。具體分層分塊見(jiàn)圖4。

圖4 廠房分層分塊模型

3.2.2 廠房止水施工技術(shù)交底

廠房止水布置在結(jié)構(gòu)縫位置，因廠房混凝土需分層分塊澆筑，止水布置錯(cuò)綜復(fù)雜，如對(duì)圖紙不熟悉，過(guò)程中很容易出錯(cuò)，根據(jù)止水平面布置圖，建立三維信息模型，在施工前進(jìn)行止水安裝預(yù)演，從而實(shí)現(xiàn)合理化、最優(yōu)化布置，防止出現(xiàn)返工現(xiàn)象，動(dòng)態(tài)監(jiān)控總體進(jìn)度，提高施工效率。在施工人員進(jìn)場(chǎng)時(shí)，通過(guò)三維可視化交底，全過(guò)程精細(xì)化指導(dǎo)施工，提高現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量。

3.2.3 副廠房模板加工技術(shù)交底

在模板施工前，采用BIM技術(shù)建立柱體三維信息模型，通過(guò)配模功能，設(shè)置模板規(guī)格及模板配置原則，實(shí)現(xiàn)柱體模板自動(dòng)生成，并輸出柱體配模圖紙，以確保模板的合理利用，減少材料損耗，同時(shí)根據(jù)模板配模模型，自動(dòng)輸出模板加工平面圖。所有模板均由木工依據(jù)輸出的圖紙，在木工棚內(nèi)加工預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地拼裝。

3.3 基于BIM技術(shù)的圖紙審查

3.3.1 通過(guò)主體構(gòu)筑物建模深化設(shè)計(jì)深度

通過(guò)建模保證模型的準(zhǔn)確度和深度，保證深化設(shè)計(jì)圖紙的出圖質(zhì)量和效率，利用建模軟件逆向設(shè)計(jì)，快速生成符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的用以指導(dǎo)施工的圖紙。

3.3.2 全專業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)同，錯(cuò)漏碰缺檢查標(biāo)準(zhǔn)及分階段報(bào)告

通過(guò)建立廠房土建三維信息模型及機(jī)電三維信息模型，在Navisworks軟件中進(jìn)行整合。基于BIM軟件碰撞檢查系統(tǒng)，給定碰撞條件，在軟件中進(jìn)行相關(guān)碰撞檢查、并生成碰撞檢查報(bào)告，對(duì)存在的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、設(shè)計(jì)遺漏、未交代的內(nèi)容、圖紙內(nèi)容細(xì)節(jié)上的沖突以及圖紙不完整、缺少的部分進(jìn)行檢查，及早發(fā)現(xiàn)和解決沖突和錯(cuò)誤，避免人力財(cái)力的大量浪費(fèi)。在本工程中，通過(guò)給定的參數(shù)進(jìn)行碰撞檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有沖突部位390余處，通過(guò)與設(shè)計(jì)溝通，全部完成調(diào)整，大大減少后期返工工作量，減少施工成本，有效地保證了施工工期。

3.4 基于BIM的進(jìn)度管理

根據(jù)施工安排，以月為單位制定廠房施工進(jìn)度計(jì)劃，在每月月末根據(jù)實(shí)際進(jìn)度更新模型，動(dòng)態(tài)掌控施工進(jìn)度完成情況，對(duì)出現(xiàn)滯后的倉(cāng)位，分析未完成的原因并制定相應(yīng)的趕工措施；對(duì)超前完成的倉(cāng)位，合理調(diào)整下一月施工進(jìn)度計(jì)劃。通過(guò)三維信息模型，可直觀地了解每月計(jì)劃倉(cāng)位布置情況，分析計(jì)劃的合理性，同時(shí)通過(guò)現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備的驗(yàn)算分析，確保計(jì)劃的可行性。

3.5 基于BIM的工程量統(tǒng)計(jì)

地面發(fā)電廠房的工程量計(jì)量與簽證是影響整個(gè)項(xiàng)目經(jīng)營(yíng)的關(guān)鍵，根據(jù)建立的三維信息模型，根據(jù)目前施工形象及擬施工計(jì)劃，自動(dòng)輸出工程量，并根據(jù)輸出的工程量進(jìn)行混凝土下料。

3.6 基于BIM的創(chuàng)新應(yīng)用

本項(xiàng)目在廠房尾水流道異性模板的設(shè)計(jì)及安裝過(guò)程中，引進(jìn)了基于BIM技術(shù)的“移動(dòng)式手術(shù)”之后進(jìn)行預(yù)制加工。

基于BIM技術(shù)，建立尾水流道三維信息模型，設(shè)計(jì)并制作尾水流道模板，為方便施工，將尾水流道模板設(shè)計(jì)為拼裝式小模板，拼裝組成，每塊模板設(shè)有編號(hào)，在安裝過(guò)程中可根據(jù)編號(hào)進(jìn)行快速安裝。模板的拆分在軟件中設(shè)計(jì)，為確保設(shè)計(jì)合理性，在軟件中進(jìn)行多次預(yù)拼裝試驗(yàn)，確保模板設(shè)計(jì)的可行性。軟件將最終的設(shè)計(jì)結(jié)果輸出，生成模板安裝平面圖、模板加工圖、模板材料明細(xì)清單等，模型輸出的精確圖紙及材料明細(xì)，可幫助項(xiàng)目更好地進(jìn)行材料控制，有助于及時(shí)開(kāi)展材料集中采購(gòu)，避免浪費(fèi)，同時(shí)在安裝過(guò)程中，可根據(jù)預(yù)拼裝演示進(jìn)行交底，提升模板安裝速度。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)岷江龍溪口航電樞紐工程地面發(fā)電廠房工程，提出基于BIM技術(shù)的地面發(fā)電廠房全過(guò)程精細(xì)化施工管理措施。

(2)基于設(shè)計(jì)圖紙，建立廠房參數(shù)化信息模型，結(jié)合BIM可視化、參數(shù)化、可模擬性等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)廠房異性結(jié)構(gòu)快速、準(zhǔn)確地交底，并對(duì)廠房施工進(jìn)度進(jìn)行全過(guò)程可視化動(dòng)態(tài)管控，提高了施工管理效率及管理水平。

(3)基于建立的BIM模型，采用逆向設(shè)計(jì)思維進(jìn)行圖紙深化，同時(shí)通過(guò)模型整合，完成模型碰撞檢測(cè)，對(duì)有沖突的部位進(jìn)行圖紙優(yōu)化。

(4)基于BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)并制作了一種可快速用于廠房尾水異性流道施工的模板，通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)，多次對(duì)模板進(jìn)行預(yù)拼裝，驗(yàn)證模板實(shí)施的可行性，提高了尾水流道的施工效率。