蔣一波，高 艷，孫 君，朱晨輝，尚琦智

（1.江蘇淮陰水利建設(shè)有限公司，江蘇 淮安 223000；2.南通大學(xué)，江蘇 南通 226000）

建筑信息模型（Building Information Modeling,簡(jiǎn)稱BIM）是一種集成了工程的物理特征、功能特性和管理要素的工程全要素?cái)?shù)字信息化模型。它大大提高了建筑工程可視化和量化分析的可能性，能明顯提高工程施工及管理的效率［1-4］。目前，BIM技術(shù)在國內(nèi)建筑領(lǐng)域，已經(jīng)由基于單機(jī)的聚焦單點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用［5-9］，向基于網(wǎng)絡(luò)的全生命周期項(xiàng)目管理應(yīng)用轉(zhuǎn)變［10-12］，逐步實(shí)現(xiàn)以工程數(shù)字化為核心的工程全生命期管理，將為水利提質(zhì)增效和創(chuàng)新發(fā)展帶來機(jī)會(huì)。為了實(shí)現(xiàn)工程的全生命周期項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)管理，許多行業(yè)內(nèi)學(xué)者嘗試將BIM技術(shù)與移動(dòng)互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能AI、地理信息系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)進(jìn)行對(duì)接。作為BIM與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的重要技術(shù)之一，BIM+智慧建造是能較為明顯改觀常規(guī)施工現(xiàn)場(chǎng)各參建單位對(duì)于工程管理的交互方式、工作及管理模式等，能實(shí)現(xiàn)工程管理的一體化、信息化、智能化，是一種新穎的工程項(xiàng)目綜合管理模式，但目前在水利工程，尤其是功能性較多的綜合利用水利工程中的應(yīng)用較少。

漣水縣朱碼節(jié)制閘拆除重建工程位于漣水縣城北約5 km處的朱碼街道北側(cè)，工程總投資約10 001萬元。其功能主要包括：①屬于鹽河干流梯級(jí)控制工程，承擔(dān)著上游地區(qū)191.5 km2的排澇任務(wù)；②為漣東、漣中、漣西3個(gè)灌區(qū)蓄水，保證3個(gè)灌區(qū)農(nóng)田灌溉；③在排澇期和非排澇期利用余水進(jìn)行發(fā)電。因此，該工程屬于排澇、發(fā)電、灌溉多功能的綜合利用水利工程，工程采用閘站結(jié)合方案，由1座水電站和3孔節(jié)制閘組成，水電站設(shè)計(jì)發(fā)電流量32.4 m3/s，總裝機(jī)容量1 300 kW。為實(shí)現(xiàn)漣水縣朱碼節(jié)制閘拆除重建工程的項(xiàng)目科學(xué)高效組織實(shí)施，精細(xì)化管理，迅速發(fā)現(xiàn)圖紙遺漏、矛盾或錯(cuò)誤，動(dòng)態(tài)成本監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)“水利優(yōu)質(zhì)工程”目標(biāo)，有必要通過BIM技術(shù)虛擬建造工程、實(shí)施施工部署，通過其碰撞檢查找出具體設(shè)計(jì)問題，進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)方案，通過BIM+智慧工地系統(tǒng)實(shí)行數(shù)字化管控，提前預(yù)警、協(xié)同共享、施工工藝優(yōu)化及工程量驗(yàn)算。

以Revit等軟件對(duì)BIM建模，同時(shí)研發(fā)智慧建造信息化項(xiàng)目管理系統(tǒng)，形成BIM+智慧建造信息化系統(tǒng)，在施工質(zhì)量、安全、進(jìn)度等方面高標(biāo)準(zhǔn)的要求下，優(yōu)化工藝實(shí)施過程，增強(qiáng)施工效率，提升工程施工管理水平。

1 BIM+智慧建造信息化系統(tǒng)管理模式

在朱碼節(jié)制閘拆除重建工程中，引進(jìn)智慧工地管理平臺(tái)，以互聯(lián)網(wǎng)思維打造新型建設(shè)工地管理環(huán)境，通過將BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新一代信息技術(shù)應(yīng)用于水利工程建設(shè)管理，實(shí)現(xiàn)工地管理從依托于人的“經(jīng)驗(yàn)管理”“點(diǎn)式管理”到基于信息化的“科學(xué)管理”“不間斷管理”過渡，實(shí)現(xiàn)綠色、安全、高效、生態(tài)的工地管理狀態(tài)，并構(gòu)建綜合利用水利工程智慧建造的關(guān)鍵技術(shù)，打造綜合利用水利工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化和智能化管理模式。

2 基于BIM技術(shù)的朱碼節(jié)制閘拆除重建建模及方案優(yōu)化

在朱碼節(jié)制閘拆除重建工程施工過程中，BIM技術(shù)主要應(yīng)用在工程投標(biāo)、設(shè)計(jì)階段建模、施工過程部署、圖紙會(huì)審及優(yōu)化、沉浸式可視化技術(shù)交底、基于BIM施工模擬優(yōu)化、碰撞檢測(cè)、工程量測(cè)算、安全配置模型、安全分析交底等方面。

2.1 工程投標(biāo)

在朱碼節(jié)制閘拆除重建工程投標(biāo)階段，依據(jù)招標(biāo)文件要求，編制BIM應(yīng)用方案時(shí)可通過對(duì)主要結(jié)構(gòu)建模，并利用三維渲染動(dòng)畫，給人以真實(shí)感和直接的視覺沖擊，使投標(biāo)文件增色。

2.2 設(shè)計(jì)階段建模

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙并嚴(yán)格按照BIM標(biāo)準(zhǔn)體系搭建水工結(jié)構(gòu)、金結(jié)、建筑、MEP、幕墻等基礎(chǔ)模型（圖1），并由BIM負(fù)責(zé)人組織各專業(yè)負(fù)責(zé)人對(duì)其檢查，核對(duì)模型的合理性、完整性。

圖1 整體樞紐工程結(jié)構(gòu)模型建立

2.3 施工過程部署

（1）虛擬仿真。前期BIM策劃先行，讓項(xiàng)目建設(shè)更健康，項(xiàng)目部入場(chǎng)之初，通過BIM規(guī)劃，高效利用場(chǎng)地，建設(shè)花園化工地。

（2）臨建布置。通過虛擬布置確定場(chǎng)區(qū)內(nèi)加工廠等臨時(shí)設(shè)施，布置臨建系統(tǒng)裝置，響應(yīng)綠色施工要求。

（3）大型機(jī)械管理。通過建筑模型與場(chǎng)地的位置關(guān)系，方便確定塔吊等大型機(jī)械的布置方案（圖2），檢查群塔高度關(guān)系與碰撞情況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)布置有更直觀的把控。

圖2 利用BIM建模指導(dǎo)塔吊布置

2.4 圖紙會(huì)審及優(yōu)化

在構(gòu)建模型過程中，利用BIM技術(shù)的三維可視化并結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提前將圖紙存在的問題向設(shè)計(jì)單位反饋，及時(shí)優(yōu)化調(diào)整施工圖，有效縮短設(shè)計(jì)變更時(shí)間，加快施工實(shí)施進(jìn)度。

2.5 沉浸式可視化技術(shù)交底

為了解決傳統(tǒng)平面施工技術(shù)交底不夠直觀、接底人與交底內(nèi)容理解有偏差等問題，利用BIM可視化特點(diǎn)，進(jìn)行三維技術(shù)交底，提高交底內(nèi)容的直觀性和精確度。

2.6 基于BIM施工模擬優(yōu)化

在開展的“提高圓弧翼墻鋼筋保護(hù)層一次驗(yàn)收合格率”QC小組活動(dòng)中，應(yīng)用BIM模型深度優(yōu)化模板設(shè)計(jì)，指導(dǎo)施工生產(chǎn)，提高成品質(zhì)量檢測(cè)合格率。在施工中提前運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)工程實(shí)體進(jìn)行精準(zhǔn)建模，并虛擬施工，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整施工安排，如對(duì)基礎(chǔ)和防滲鋼板樁進(jìn)行三維精細(xì)化樁位放樣，模擬現(xiàn)場(chǎng)施工，用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施以消除空間誤差。

2.7 碰撞檢測(cè)

利用BIM技術(shù)，對(duì)機(jī)電管線進(jìn)行綜合排布，使其科學(xué)合理。進(jìn)行三維可視化交底，在如圖3所示的虛擬建筑物內(nèi)部漫游，了解各個(gè)構(gòu)件信息、設(shè)備位置關(guān)系、空間關(guān)系、施工順序等，提高施工人員對(duì)圖紙的理解。

圖3 虛擬建筑物內(nèi)部漫游

2.8 工程實(shí)體準(zhǔn)確算量

BIM模型創(chuàng)建后，可以準(zhǔn)確快速計(jì)算工程量，提升施工工程量計(jì)量的精度與效率。與傳統(tǒng)的根據(jù)圖紙計(jì)算工程量的方式相比，在異形構(gòu)件工程量計(jì)量中尤為突出。

2.9 安全配置模型

給出依據(jù)BIM技術(shù)建立的外排腳手架配置安全模型，明確步距、立桿間距、剪刀撐配置等關(guān)鍵參數(shù)，并進(jìn)行腳手架穩(wěn)定性驗(yàn)算，確保施工有序推進(jìn)。

2.10 模型安全分析交底

依托BIM模型進(jìn)行“四口五臨邊”危險(xiǎn)性較大的危險(xiǎn)源分析，生成分析報(bào)告，三維動(dòng)態(tài)安全交底，讓一線作業(yè)人員了解和掌握作業(yè)面的安全注意事項(xiàng)，提高生產(chǎn)作業(yè)人員的安全意識(shí)，保障施工的安全。

2.11 傳統(tǒng)施工工藝優(yōu)化

朱碼節(jié)制閘拆除重建工程水電站進(jìn)水流道為大尺寸異形漸變截面，傳統(tǒng)模板施工工藝多為木模板及磚模，其施工時(shí)間長(zhǎng)、成本高，且施工精度控制較困難。利用BIM+3D打印技術(shù)（圖4），指導(dǎo)泵站流道異形鋼模板設(shè)計(jì)、加工及安裝，并利用三維模型對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行技術(shù)交底，有效提高了施工效率和施工質(zhì)量。

圖4 水電站異形結(jié)構(gòu)組合式鋼模板虛擬施工及現(xiàn)場(chǎng)拼裝

3 BIM+智慧建造管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1 BIM+智慧建造管理平臺(tái)框架

為實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度線上管理、質(zhì)量安全云端信息同步、圖紙規(guī)范信息云端查詢等管理措施，改變以往傳統(tǒng)項(xiàng)目管理模式，使數(shù)字化管理深入項(xiàng)目常態(tài)化管理，朱碼節(jié)制閘拆除重建工程施工初期，便搭建BIM云端管理平臺(tái)，通過分配項(xiàng)目管理人員權(quán)限，依托專業(yè)的BIM+智慧建造管理平臺(tái)，以“智慧工地大數(shù)據(jù)中心”為數(shù)據(jù)集成樞紐，以終端BIM模型信息為核心，使構(gòu)件動(dòng)態(tài)信息、項(xiàng)目資料信息、進(jìn)度信息、質(zhì)量安全信息、商務(wù)信息等集成大數(shù)據(jù)文件，可供各參建方按權(quán)限、按需求實(shí)時(shí)獲取，實(shí)時(shí)掌握項(xiàng)目動(dòng)態(tài)，也使項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)永久的保存下來。

3.2 BIM+智慧建造管理平臺(tái)功能

（1）完善水利工程標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件庫。朱碼節(jié)制閘拆除重建工程是水利界較早使用BIM+智慧工地云管理平臺(tái)的工程，其平臺(tái)尚有許多不完善之處，如：軟件中水利專業(yè)術(shù)語缺乏，標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件庫尚未完善。為此，研發(fā)人員前期與軟件研發(fā)人員進(jìn)行深入對(duì)接，在使用過程中根據(jù)水利工程施工及管理特點(diǎn)不斷對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化完善，并基于朱碼節(jié)制閘工程不斷完善水利工程專用構(gòu)件庫，使之初步適應(yīng)水利工程建設(shè)。

（2）數(shù)據(jù)共享，多方協(xié)調(diào)?；贐IM+智慧建造管理平臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)人員通過手機(jī)端實(shí)現(xiàn)施工圖紙、規(guī)范及施工現(xiàn)場(chǎng)基本情況等資料數(shù)據(jù)的共享，建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位實(shí)現(xiàn)三方協(xié)同管理。

（3）生產(chǎn)進(jìn)度精細(xì)化管理。基于平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)進(jìn)度信息的互聯(lián)互通，實(shí)時(shí)讀取進(jìn)度信息，與BIM模型建立關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度信息的三維可視化，施工管理人員可詳細(xì)地看到施工任務(wù)完成情況、延期情況、延期原因、任務(wù)負(fù)責(zé)人等信息，從而實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)控制。

（4）質(zhì)量管理可追溯性。圖5給出了BIM+智慧建造管理平臺(tái)系統(tǒng)質(zhì)量管理與控制界面?，F(xiàn)場(chǎng)的施工管理人員使用手機(jī)客戶端將現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量問題記錄并反饋到BIM模型中的相應(yīng)位置，相關(guān)責(zé)任人可通過管理平臺(tái)第一時(shí)間處理反應(yīng)的問題，并定期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

圖5 BIM+智慧工地管理系統(tǒng)質(zhì)量管理與控制界面

（5）安全管控應(yīng)用。安全管理模塊與質(zhì)量管理模塊相同，現(xiàn)場(chǎng)的施工管理人員使用手機(jī)客戶端將現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量安全問題記錄并反饋到BIM模型中的相應(yīng)位置，短信推送給相關(guān)責(zé)任人第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并處理反應(yīng)的問題。

（6）VR沉浸式虛擬安全教育。使用BIM-VR安全體驗(yàn)系統(tǒng)，通過項(xiàng)目BIM模型結(jié)合虛擬危險(xiǎn)源，讓體驗(yàn)者走進(jìn)真實(shí)的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中；通過沉浸式、互動(dòng)式體驗(yàn)讓體驗(yàn)者得到更深刻的安全意識(shí)教育，提升全員安全意識(shí)水平。

（7）勞務(wù)實(shí)名制管理。結(jié)合BIM系統(tǒng)、可穿戴智能安全帽、人員進(jìn)出口閘道機(jī)和GIS系統(tǒng)，建立基于物聯(lián)網(wǎng)的勞務(wù)實(shí)名制系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，通過人臉識(shí)別、身份證錄入等手段，杜絕代打卡、卡丟失、補(bǔ)卡頻率高現(xiàn)象，確保人員數(shù)據(jù)真實(shí)；人員身份信息自動(dòng)采集，做到人員進(jìn)出方便，出勤記錄可追溯性強(qiáng)；做到用工情況統(tǒng)計(jì)、用工超時(shí)報(bào)警，保障并提高務(wù)工人員及項(xiàng)目的安全性；還可以對(duì)施工工人進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)人員的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

勞務(wù)實(shí)名制系統(tǒng)還可以直觀地展示出施工現(xiàn)場(chǎng)各工種、各承包隊(duì)伍工人的年齡分布等信息，便于進(jìn)行一些社會(huì)化數(shù)據(jù)的分析，有助于改善施工項(xiàng)目勞務(wù)工人的考勤管理、安全管理、工資管理、后勤管理，提高項(xiàng)目勞務(wù)用工管理能力，保障勞務(wù)工人和企業(yè)的利益，促進(jìn)建筑企業(yè)的勞務(wù)用工健康發(fā)展。

（8）建筑物位移沉降觀測(cè)。在BIM模型中，布置位移觀測(cè)點(diǎn)，導(dǎo)入監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，生成監(jiān)測(cè)曲線。有利于掌握建筑物位移情況，超過閾值時(shí)自動(dòng)報(bào)警提醒，保證工程建設(shè)安全。

（9）高支模支架安全監(jiān)測(cè)。通過高支模監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高大模板立桿軸力、立桿傾斜、模板沉降、立桿位移受力狀態(tài)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控，避免安全事故的發(fā)生。

（10）塔吊監(jiān)控。塔吊是建筑工地上最常用的一種起重設(shè)備，而塔吊設(shè)備也是安全施工所關(guān)注的重中之重。本項(xiàng)目共采用了2臺(tái)塔吊，并在塔吊安裝過程中引進(jìn)塔吊監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括風(fēng)速報(bào)警、防傾斜、禁行區(qū)域設(shè)置保護(hù)、多塔吊的防碰撞、制動(dòng)控制、塔吊黑匣子等多種功能。對(duì)每一臺(tái)塔吊，系統(tǒng)都對(duì)其幅度、高度、附近風(fēng)速、吊鐘、力矩比、荷載比、轉(zhuǎn)角和傾角進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且在BIM平臺(tái)中可以實(shí)時(shí)查看。同時(shí)，各塔吊的操作人員和設(shè)備信息也錄入到系統(tǒng)中，方便隨時(shí)查看。

（11）環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。傳統(tǒng)施工工地現(xiàn)場(chǎng)，揚(yáng)塵噪聲問題嚴(yán)重，又缺乏有效的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和定量化監(jiān)管手段，傳統(tǒng)的人工目測(cè)等手段并不能滿足項(xiàng)目要求。為此，本項(xiàng)目在施工現(xiàn)場(chǎng)，專門設(shè)置有環(huán)境檢測(cè)儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量、溫度濕度和噪聲音量，同時(shí)，項(xiàng)目平臺(tái)用圖表的方式直觀展示環(huán)境監(jiān)測(cè)狀況，并且對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析。當(dāng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)施工項(xiàng)目在揚(yáng)塵或者噪聲方面超過許可閾值時(shí)，會(huì)發(fā)布“科學(xué)施工”的預(yù)警信息，及時(shí)通知施工相關(guān)負(fù)責(zé)人落實(shí)整改措施。本平臺(tái)還與自動(dòng)噴淋裝置結(jié)合，當(dāng)揚(yáng)塵大過閾值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)噴淋，有效降低空氣中的揚(yáng)塵，保護(hù)環(huán)境。

4 結(jié)語

本文以漣水縣朱碼節(jié)制閘拆除重建工程為例，通過應(yīng)用BIM+智慧工地協(xié)同平臺(tái)，以BIM模型為載體，在朱碼項(xiàng)目管理中有效提高了項(xiàng)目的整體管理能力，加速項(xiàng)目信息化的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字建筑，符合國家倡導(dǎo)的節(jié)能、環(huán)保、生態(tài)建筑，在資源優(yōu)化、成本控制、勞務(wù)管控、綠色施工等方面起到了積極作用，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目精益化建造、智能化管理。同時(shí)，依托朱碼節(jié)制閘拆除重建工程BIM+智慧工地應(yīng)用，深化研究了水利工程的智慧建造。