要倩雅 劉松宇 趙愷寧

(北京金河水務(wù)建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 102206)

隨著建筑行業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用的推進(jìn)，企業(yè)對(duì)BIM的需求日漸迫切。為積累BIM技術(shù)在水利行業(yè)的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和綜合實(shí)力，推動(dòng)管理與技術(shù)雙創(chuàng)革新，提升企業(yè)施工精細(xì)化管理，解決施工管理中的難題，將北京市南水北調(diào)配套工程河西支線中堤泵站項(xiàng)目作為BIM應(yīng)用示范工程，結(jié)合水利工程特點(diǎn)，總結(jié)出一套實(shí)施有效的BIM應(yīng)用點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在水利工程建設(shè)中的落地應(yīng)用。

1 工程概況

河西支線1號(hào)泵站位于大寧調(diào)蓄水庫(kù)中堤路西側(cè)，四湖一線循環(huán)泵站南側(cè)，名為中堤泵站，是北京市南水北調(diào)的配套工程。中堤泵站是河西支線工程梯級(jí)泵站的第1級(jí)提升泵站，將大寧調(diào)蓄水庫(kù)的水加壓提升至園博湖泵站。泵站采用全地下室廠房，占地面積11000m2，高23m，混凝土用量71000m3，鋼筋用量6800t。泵站設(shè)計(jì)流量10.0m3/s，共設(shè)置臥式離心泵6臺(tái)，4用2備，單泵設(shè)計(jì)流量2.5m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程36m，總裝機(jī)容量7500kW[1]。1號(hào)泵站工程總造價(jià)2.55億元，是北京市第一個(gè)基于BIM技術(shù)輔助水工泵站施工管理的水利項(xiàng)目。

2 BIM應(yīng)用點(diǎn)

2.1 三維模型

泵站出水管系統(tǒng)由主管、岔管及支管聯(lián)合組成。本工程岔管共計(jì)7套，直徑3m，采用Q345R鋼板制作，設(shè)計(jì)為“T”形，岔管加強(qiáng)梁系由1道正腰梁和2道斜腰梁構(gòu)成，見(jiàn)圖1。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，岔管出廠交付使用前，需要按《水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》(DL/T 5017—2007)進(jìn)行水壓試驗(yàn)。其目的是檢驗(yàn)岔管的設(shè)計(jì)、制造及安裝等強(qiáng)度，制作安裝的嚴(yán)密性，以及消除一定的焊接殘余應(yīng)力。水壓試驗(yàn)不僅能檢驗(yàn)焊縫是否滲漏水，也能驗(yàn)證設(shè)計(jì)、施工等是否符合安全質(zhì)量要求。

圖1 岔管圖紙及三維模型(單位：mm)

常規(guī)水壓試驗(yàn)裝置安拆需要焊接與切割工作，試驗(yàn)效率低；大口徑水壓試驗(yàn)密封面積大，加壓后裝置受力大，安全風(fēng)險(xiǎn)高；試驗(yàn)時(shí)，焊接切割浪費(fèi)材料、污染環(huán)境、試驗(yàn)成本高，數(shù)量較多的大口徑岔管水壓試驗(yàn)時(shí)尤為突出。

本項(xiàng)目通過(guò)三維模型構(gòu)建岔管水壓試驗(yàn)封堵裝置，模擬封堵裝置結(jié)構(gòu)，改造優(yōu)化出一套新型式的水壓試驗(yàn)封堵裝置。其原理是：在岔管內(nèi)設(shè)置鋼內(nèi)套管環(huán)形裝置，將岔管、鋼內(nèi)套管及封堵裝置組裝在一起，形成環(huán)形密封空間，減少密封面積和試驗(yàn)壓力，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。利用承插密封的可重復(fù)、快速安拆特點(diǎn)，對(duì)岔管封堵裝置進(jìn)行升級(jí)改造，使其具有承插口槽環(huán)，槽環(huán)內(nèi)設(shè)置橡膠圈，通過(guò)岔管與封堵裝置承插形成密封，提高水壓試驗(yàn)效率和安全性[1](見(jiàn)圖2、圖3)。通過(guò)三維模型可以直觀、立體地分析試驗(yàn)裝置的可靠性、合理性，便于加工前的校核和修正，使試驗(yàn)裝置加工一次成型，加工過(guò)程精準(zhǔn)高效，為水壓試驗(yàn)裝置實(shí)施提供了重要的技術(shù)保障。

圖2 水壓試驗(yàn)封堵裝置

圖3 水壓試驗(yàn)裝置組裝(單位：mm)1-頂部封堵悶頭；2-鋼管內(nèi)套筒；3-三梁岔管；4-支管封堵悶頭；5-底部封堵悶頭；6-排氣閥；7-壓力表；8-排氣閥；9-手拉葫蘆；10-密封膠圈；11-密封橡膠板；12-進(jìn)入孔

2.2 BIM模型算量

傳統(tǒng)人工算量時(shí)要兼顧結(jié)構(gòu)圖、建筑平面圖、立面圖及大樣圖等，工作任務(wù)繁重，工作效率低，人員專(zhuān)業(yè)素質(zhì)要求高。在計(jì)算過(guò)程中，構(gòu)件扣減很容易出現(xiàn)重扣、漏扣和錯(cuò)扣等人為錯(cuò)誤。BIM模型算量通過(guò)畫(huà)圖或?qū)隒AD圖紙的方式建立建筑物的算量模型，根據(jù)內(nèi)置的計(jì)算規(guī)則實(shí)現(xiàn)自動(dòng)匯總出量，自動(dòng)扣減重復(fù)量，工程造價(jià)從業(yè)人員可以快速準(zhǔn)確地進(jìn)行算量、核量、對(duì)量工作。BIM模型算量可以讓我們從繁重的手工算量中解脫出來(lái)，讓計(jì)算機(jī)按照其規(guī)則進(jìn)行電算，達(dá)到快速精準(zhǔn)計(jì)算工程量的目的[2]。

2.3 三維場(chǎng)布

水利工程受地形地貌影響大，施工場(chǎng)地布置局限性強(qiáng)，因此如何利用好有限的空間，合理規(guī)劃場(chǎng)地布置是一個(gè)難以解決的痛點(diǎn)。傳統(tǒng)的平面布置無(wú)法展現(xiàn)地勢(shì)高差、人流車(chē)流交互和吊裝空間碰撞等問(wèn)題。因此，在施工前期，BIM工程師利用三維模型優(yōu)勢(shì)，在軟件中還原原始地形地貌，通過(guò)三維地形，可以對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行科學(xué)合理的布局。同時(shí)制作人流、車(chē)流行動(dòng)軌跡規(guī)劃圖，施工責(zé)任分區(qū)圖。實(shí)現(xiàn)以地形地貌構(gòu)造布置場(chǎng)區(qū)臨時(shí)建筑物，嵌入人流、車(chē)流行動(dòng)軌跡程序模擬場(chǎng)區(qū)運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)入塔吊、吊車(chē)模型避讓空間碰撞問(wèn)題。使場(chǎng)地布置實(shí)現(xiàn)三維的動(dòng)態(tài)模擬，讓場(chǎng)地布置更加系統(tǒng)與合理，解決了傳統(tǒng)二維場(chǎng)地布置的短板。

2.4 三維交底

施工技術(shù)交底能使施工人員詳細(xì)了解工程特點(diǎn)、技術(shù)質(zhì)量要求、施工方法與措施等，以便科學(xué)地組織施工。目前難以實(shí)現(xiàn)交底預(yù)期的主要原因是水工結(jié)構(gòu)異形多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多為非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，要求施工人員具有較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和空間想象力。為了解決這一難題，項(xiàng)目對(duì)復(fù)雜部位進(jìn)行三維交底。如利用模型將混凝土異形結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋進(jìn)行三維放樣。通過(guò)放樣，可以直觀地發(fā)現(xiàn)鋼筋的交叉碰撞問(wèn)題，便于提前修改下料尺寸，減少返工和浪費(fèi)，見(jiàn)圖4。對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)通過(guò)模型的位置、整體外觀、各部位拆分解析、重點(diǎn)部位突出標(biāo)注說(shuō)明等分步展示，再配合動(dòng)畫(huà)演示、二維碼三維模型輕量化查看、GIF動(dòng)圖演示等，使施工人員更加容易理解設(shè)計(jì)意圖，減少各級(jí)人員的溝通障礙，降低了工程返工造成的損失，間接提高了工程進(jìn)度與質(zhì)量。

圖4 鋼筋制安交底

2.5 三維模架

本項(xiàng)目水工泵站泵房頂板凈空高23m，屬于超過(guò)一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，施工前需要進(jìn)行模架受力計(jì)算。三維模架通過(guò)建立精準(zhǔn)模型，運(yùn)用模架軟件對(duì)模板與腳手架進(jìn)行三維模擬布置，并進(jìn)行受力計(jì)算。與傳統(tǒng)二維圖紙相比，計(jì)算受力點(diǎn)更加全面，能夠得到科學(xué)精準(zhǔn)的受力結(jié)果。通過(guò)模型與方案的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，通過(guò)電算快速、準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)出模板與腳手架的規(guī)格及用量，提高工作效率，減少材料浪費(fèi)，工程總體效率得到提高。三維模架技術(shù)很好地解決了超限模板支撐的難題(見(jiàn)圖5)。三維模架具有簡(jiǎn)單、快捷及參數(shù)化的特點(diǎn)。利用其特點(diǎn)，可以在投標(biāo)階段利用招標(biāo)圖紙建立模型，快速制定模架方案，使投標(biāo)施工組織設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理。再利用快速統(tǒng)計(jì)材料的規(guī)格與用量，使投標(biāo)階段報(bào)價(jià)更加精確合理。

圖5 三維模架模擬

2.6 BIM安全質(zhì)量管理平臺(tái)

現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量安全人員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后,通過(guò)手機(jī)獲取現(xiàn)場(chǎng)第一手?jǐn)?shù)據(jù)上傳到BIM質(zhì)量安全管理平臺(tái)。平臺(tái)收到數(shù)據(jù)后執(zhí)行質(zhì)量安全流程，將發(fā)現(xiàn)問(wèn)題推送給現(xiàn)場(chǎng)施工員、工點(diǎn)負(fù)責(zé)人及項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)?，F(xiàn)場(chǎng)施工員收到任務(wù)提醒后，立即通知施工隊(duì)伍整改落實(shí)。整改完畢后，現(xiàn)場(chǎng)施工員將整改的數(shù)據(jù)資料通過(guò)手機(jī)反饋給發(fā)現(xiàn)質(zhì)量安全問(wèn)題的發(fā)起人。由發(fā)起人現(xiàn)場(chǎng)檢查問(wèn)題整改情況，整改合格后，將問(wèn)題關(guān)閉，平臺(tái)將消息反饋給相關(guān)人，問(wèn)題解決。若整改不合格，現(xiàn)場(chǎng)施工員繼續(xù)整改，直至問(wèn)題解決。整個(gè)過(guò)程由現(xiàn)場(chǎng)施工員負(fù)責(zé)整改落實(shí)，區(qū)域負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)督促落實(shí)，項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)監(jiān)督檢查，職責(zé)清晰、流程精簡(jiǎn)、溝通便捷。通過(guò)平臺(tái)數(shù)據(jù)反饋，可以有針對(duì)性地管理項(xiàng)目問(wèn)題，使項(xiàng)目的管理能力得到提升。以上的管理手段與平臺(tái)相結(jié)合，很大程度上提高了質(zhì)量安全檢查工作的效率，留痕管控使問(wèn)題整改更加有效，質(zhì)量安全檢查工作流程也得到很好改善[3]。具體管理流程見(jiàn)圖6。

圖6 質(zhì)量安全管理流程

2.7 BIM定點(diǎn)巡視平臺(tái)

本項(xiàng)目主要危險(xiǎn)源為塔吊和施工臨時(shí)用電，是日常檢查的重要內(nèi)容，也是各方檢查的重點(diǎn)。經(jīng)過(guò)各方的幾次檢查，發(fā)現(xiàn)我們?nèi)粘z查的記錄過(guò)于形式化，記錄無(wú)過(guò)程的影響資料，檢查過(guò)程無(wú)法有效追溯。

為了避免安全生產(chǎn)管理的形式化，將安全工作腳踏實(shí)地地落實(shí)下去，利用BIM管理平臺(tái)，在項(xiàng)目的危險(xiǎn)源位置設(shè)置安全巡視點(diǎn)。巡視點(diǎn)通過(guò)管理平臺(tái)設(shè)定巡視頻次、巡視人及巡視的檢查項(xiàng)目，生成巡視點(diǎn)二維碼。巡視人必須攜帶手機(jī)到現(xiàn)場(chǎng)巡視點(diǎn)，通過(guò)掃碼來(lái)完成日常巡視檢查工作，巡視檢查內(nèi)容存入管理平臺(tái)，形成可追溯的數(shù)據(jù)資料。通過(guò)該方式，規(guī)范了檢查程序及處理流程，使安全管理不再流于形式，員工的執(zhí)行力和工作效率也得到了提高。

2.8 BIM資料管理平臺(tái)

施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管理通過(guò)BIM云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互，項(xiàng)目人員協(xié)同辦公。BIM云平臺(tái)采取“三端一云”的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。即移動(dòng)端、PC端及網(wǎng)頁(yè)端。移動(dòng)端利用手機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量安全數(shù)據(jù)的采集與應(yīng)用。PC端將收集上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與存儲(chǔ)。網(wǎng)頁(yè)端將質(zhì)量安全等數(shù)據(jù)匯總查看，動(dòng)態(tài)分析項(xiàng)目情況。各崗位將工程資料上傳至BIM平臺(tái)，保證資料詳盡地錄入到云數(shù)據(jù)模型中，作為檢查審計(jì)和責(zé)任追溯的依據(jù)。工程資料信息化使得資料調(diào)取和查閱更為快捷、真實(shí)，同時(shí)也避免了人為因素導(dǎo)致的資料遺失和損壞，保證了資料的完整性。將工程資料與構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使模型具有工程資料信息，建立了全方位的資料管理模式(見(jiàn)圖7)。數(shù)據(jù)一體化的資料存儲(chǔ)有利于工程資料的存檔與日后的調(diào)取應(yīng)用，為企業(yè)未來(lái)其他類(lèi)似項(xiàng)目提供寶貴借鑒經(jīng)驗(yàn)。

圖7 資料協(xié)同應(yīng)用

2.9 BIM存儲(chǔ)平臺(tái)

將二維碼放在現(xiàn)場(chǎng)的好處有三個(gè)。首先，現(xiàn)階段智能手機(jī)的普及率已經(jīng)非常高了，任何人在現(xiàn)場(chǎng)都可以通過(guò)掃描二維碼獲取自己想要的信息。其次，二維碼的內(nèi)容不是一成不變的，是可以通過(guò)平臺(tái)實(shí)時(shí)更新的，這既節(jié)約了之前實(shí)體內(nèi)容更換的成本，又減少了更新內(nèi)容、重復(fù)布置的時(shí)間浪費(fèi)，甚至可能一次布置好后，能用到工程結(jié)束。第三，二維碼所能承載的內(nèi)容體量很龐大，承載方式也非常多，不僅是文字，圖片、視頻、網(wǎng)頁(yè)鏈接都可以通過(guò)掃碼得到，之前不能或不易在現(xiàn)場(chǎng)中放置的內(nèi)容也變得可以實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)二維碼我們可以將很多的內(nèi)容放到現(xiàn)場(chǎng)，供人查閱。例如工程資料中的施工方案，就可以為現(xiàn)場(chǎng)的施工員、技術(shù)員、監(jiān)理員提供施工與檢查的依據(jù)，在各方產(chǎn)生施工分歧的時(shí)候，可以查閱。施工技術(shù)交底與安全教育則可以更快捷方便地為工人做交底與教育，更關(guān)鍵的是，工人可以實(shí)時(shí)查閱。各個(gè)施工段的圖紙也可以通過(guò)這種形式放于現(xiàn)場(chǎng)各施工段，這樣就解決了帶紙質(zhì)圖紙不方便的問(wèn)題，又不用擔(dān)心圖紙過(guò)大，無(wú)法全部下載到手機(jī)。

二維碼不僅可以放置資料，也可以承載施工工藝動(dòng)畫(huà)與輕量化的三維模型，通過(guò)BIM建模可以幫助施工人員更好地理解工程，解讀施工步驟，通過(guò)新的信息化方式構(gòu)造信息化工程。

2.10 BIM設(shè)備維護(hù)平臺(tái)

泵站運(yùn)行時(shí)主要靠水泵、電機(jī)、電動(dòng)閥門(mén)等設(shè)備來(lái)發(fā)揮作用。泵站運(yùn)行涉及的設(shè)備種類(lèi)繁多，操作復(fù)雜。利用二維碼信息承載量大和信息獲取方式簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，將設(shè)備的使用說(shuō)明書(shū)、維修操作手冊(cè)等電子文檔和影像資料集成到二維碼中，各級(jí)人員可以通過(guò)手機(jī)掃碼來(lái)獲取所需資料，解決現(xiàn)場(chǎng)調(diào)取紙質(zhì)及電子檔案效率低的問(wèn)題。日常維護(hù)人員通過(guò)掃描二維碼來(lái)填寫(xiě)日常維護(hù)記錄，將數(shù)據(jù)方便快捷地傳入后臺(tái)保存，也便于管理者的日常檢查與監(jiān)管。當(dāng)然，由于工業(yè)軟件與工程軟件之間存在著格式轉(zhuǎn)換問(wèn)題，我們需要在不損壞模型信息的情況下進(jìn)行格式互轉(zhuǎn)，目前的DWG與OBJ格式并不能完好地轉(zhuǎn)換模型信息，要想將BIM技術(shù)全面推行，還需要等待更加好用的通用格式[4]。

3 結(jié) 語(yǔ)

本項(xiàng)目基于BIM技術(shù)對(duì)水工泵站施工管理進(jìn)行研究，建立了以BIM應(yīng)用為載體的項(xiàng)目信息化管理系統(tǒng)，通過(guò)BIM模型與BIM各類(lèi)管理平臺(tái)的應(yīng)用，解決了項(xiàng)目管理難題，克服了薄弱點(diǎn)，提升了項(xiàng)目管理能力，提高了施工質(zhì)量，降低了管理成本，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理奠定了基礎(chǔ)。整個(gè)實(shí)施過(guò)程操作性強(qiáng)，在建筑領(lǐng)域具有一定的落地性和可復(fù)制的借鑒意義。