新技術(shù)加速水運(yùn)工程智慧升級(jí)

文｜蘆志強(qiáng)、李薇

交通運(yùn)輸部“十三五”科技規(guī)劃將BIM技術(shù)推廣列入重點(diǎn)工作之一。目前，各省市對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用開展了相應(yīng)探索。水運(yùn)工程本身復(fù)雜性高、涉及專業(yè)眾多、標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，將BIM技術(shù)應(yīng)用于水運(yùn)行業(yè)，可以大大提高工程集成化程度，將引導(dǎo)水運(yùn)工程設(shè)計(jì)及管理方法發(fā)生重大變革，是對(duì)水運(yùn)工程建設(shè)領(lǐng)域發(fā)展的一次重大促進(jìn)和提升。

項(xiàng)目背景

寧波-舟山港梅山港區(qū)高樁碼頭項(xiàng)目擬新建5個(gè)專業(yè)化集裝箱泊位（6#～10#泊位）及相應(yīng)的配套工程，包括2個(gè)20萬噸級(jí)和3個(gè)15萬噸級(jí)泊位（碼頭水工結(jié)構(gòu)兼顧20萬噸級(jí)），碼頭岸線總長2150m，碼頭通過6座引橋與后方堆場相連，與后方陸域采用一座公路橋相連接，工程設(shè)計(jì)年通過能力430萬TEU。工程總投資79億元。

本項(xiàng)目工作范圍為6#、7#泊位（第1至第13結(jié)構(gòu)段）碼頭平臺(tái)、7#～8#引橋，包括工作范圍內(nèi)的地質(zhì)、電氣、給排水以及水上建構(gòu)筑物和主要工藝設(shè)備。

具體的BIM實(shí)施目標(biāo)，一是建立反映設(shè)計(jì)階段工程信息的設(shè)計(jì)BIM模型，包括結(jié)構(gòu)、地質(zhì)、給排水、電氣、裝卸工藝等各專業(yè)設(shè)計(jì)信息，能夠隨時(shí)查詢各專業(yè)不同構(gòu)件或設(shè)備的工程量、設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)變更等信息，為工程施工提供基礎(chǔ)BIM設(shè)計(jì)模型。二是通過數(shù)字化移交平臺(tái)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模型無損傳遞，并在施工階段不斷添加進(jìn)度、質(zhì)量、費(fèi)用等信息，用于指導(dǎo)施工建設(shè)，最終完成工程竣工模型，為打造智慧港口提供必要的數(shù)字資源。三是力爭提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量、施工管理水平、工程建設(shè)品質(zhì)。

基于全生命周期的BIM設(shè)計(jì)流程

本項(xiàng)目通過創(chuàng)建設(shè)計(jì)階段BIM模型，可達(dá)到復(fù)核二維設(shè)計(jì)成果，輔助深化設(shè)計(jì)方案，提前發(fā)現(xiàn)并解決復(fù)雜技術(shù)問題等目的。所建立BIM模型的專業(yè)包括：水工結(jié)構(gòu)、地質(zhì)、給排水、電氣和裝卸工藝等。

本項(xiàng)目模型層級(jí)共計(jì)分為五級(jí)，分別是：項(xiàng)目總裝、區(qū)域總裝、專業(yè)分裝、結(jié)構(gòu)組裝和模型文件（見圖1）。

圖1 模型裝配層級(jí)關(guān)系圖

圖2 項(xiàng)目協(xié)同工作組織流程圖

三維協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)施是一個(gè)系統(tǒng)工程，在設(shè)計(jì)過程中各專業(yè)間配合密切，因此有頻繁的數(shù)據(jù)交互，對(duì)成果共享程度要求較高。本項(xiàng)目三維模型以“模型文件—結(jié)構(gòu)組裝—專業(yè)分裝—區(qū)域總裝—項(xiàng)目總裝”順序依次按照參考方式進(jìn)行裝配，在項(xiàng)目開始前，應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)工作環(huán)境的基礎(chǔ)上按照上述規(guī)則進(jìn)行任務(wù)分解。隨后各專業(yè)成員即可在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下進(jìn)行三維協(xié)同設(shè)計(jì)，各專業(yè)可根據(jù)權(quán)限調(diào)用、查看自己及相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)資料。各相關(guān)專業(yè)完成設(shè)計(jì)（或設(shè)計(jì)的里程碑階段）后，進(jìn)行模型的總裝和綜合檢查，如有問題則反饋信息至相關(guān)專業(yè)進(jìn)行修改，然后再次進(jìn)行綜合檢查，直至沒有問題檢出。對(duì)確認(rèn)無誤的綜合BIM模型進(jìn)行固化，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行二維圖紙的抽取和工程數(shù)量的統(tǒng)計(jì)。（見圖2）。

通過對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行軸網(wǎng)的設(shè)置，可以對(duì)基點(diǎn)、坐標(biāo)與標(biāo)高進(jìn)行統(tǒng)一管理，使模型各結(jié)構(gòu)段各構(gòu)件有準(zhǔn)確定位（見圖3）。針對(duì)重復(fù)性較強(qiáng)的預(yù)制構(gòu)件、現(xiàn)澆樁帽、現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)及附屬設(shè)施等構(gòu)件，建立了元件庫（見圖4）。

圖3 碼頭第一結(jié)構(gòu)段軸網(wǎng)示意圖

圖4 元件庫示意圖

在模型建立過程中，為實(shí)現(xiàn)快速高效建模，基于MicroStation利用MVBA語言進(jìn)行二次開發(fā)，編寫了快速放置模型的實(shí)用程序。利用放置模型程序通過軸網(wǎng)定位可實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)批量放置元件，避免了大量重復(fù)性無意義工作。同時(shí)，制定碼頭所有構(gòu)件的編碼規(guī)則，定義每一個(gè)構(gòu)件在模型中的唯一ID與編碼。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的識(shí)別、查詢以及屬性賦予功能，為全生命周期BIM管理創(chuàng)造必要條件。

深化模型 優(yōu)化方案

本項(xiàng)目對(duì)水工結(jié)構(gòu)、地質(zhì)、給排水、電氣和裝卸工藝5個(gè)專業(yè)模型整合成總裝模型（見圖5），進(jìn)行整體檢查，核對(duì)各專業(yè)成果在平面、立面、剖面位置是否一致，以消除設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的不統(tǒng)一等錯(cuò)誤問題。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行各專業(yè)之間和全專業(yè)之間碰撞沖突檢查，并根據(jù)碰撞結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，得出優(yōu)化方案（見圖6）。

在建立完成的三維模型基礎(chǔ)上抽取二維圖紙（見圖7）。通過將樁基結(jié)構(gòu)模型與地質(zhì)模型相結(jié)合，可以直觀表示樁基在各個(gè)土層中的入土深度，方便進(jìn)行測量、查看、校核及優(yōu)化（見圖8）。本項(xiàng)目利用結(jié)構(gòu)和地質(zhì)模型，開發(fā)了樁基承載力自動(dòng)計(jì)算程序，內(nèi)置于BIM工作平臺(tái)中，可用于沉樁的施工配合全過程。

圖5 模型渲染效果圖

模型搭建完畢，需對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)（樁、樁帽、節(jié)點(diǎn)、縱橫梁等）進(jìn)行三維配筋，通過配筋軟件可對(duì)構(gòu)件進(jìn)行三維配筋模型的建立，配筋結(jié)構(gòu)直觀可見，鋼筋量統(tǒng)計(jì)方便快捷（見圖9）。

本項(xiàng)目通過BIM模型提取相應(yīng)部位工程量，對(duì)設(shè)計(jì)階段的工程量及施工階段的工程量復(fù)核提供輔助參考，提交工程量清單復(fù)核表。采用C#語言編寫程序，對(duì)碼頭與引橋進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，并導(dǎo)出。工程量表單見表1。

表1 碼頭工程量統(tǒng)計(jì)表

圖6 樁基碰撞檢查圖示

圖7 設(shè)計(jì)二維抽圖圖紙

讀取信息 綜合管理

為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)施工一體化BIM應(yīng)用，在設(shè)計(jì)階段BIM模型創(chuàng)建完成后，通過數(shù)字化移交平臺(tái)將設(shè)計(jì)模型無損傳遞到施工階段。數(shù)字化移交平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)“讀”和“寫”兩種功能，即讀取設(shè)計(jì)模型所有相關(guān)信息，寫入施工過程中的進(jìn)度、質(zhì)量、費(fèi)用等管理信息，通過設(shè)置一定的崗位權(quán)限和流程，集成BIM模型、進(jìn)度、質(zhì)量、圖紙、人員等信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)施工一體化BIM應(yīng)用。移交平臺(tái)具體功能如下：

綜合查詢。通過選擇功能模塊的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和查詢條件，將查詢結(jié)果顯示在模型中，支持模糊查詢、復(fù)合查詢。針對(duì)模型可實(shí)現(xiàn)整體模型查詢、專業(yè)模型查詢、典型構(gòu)件和典型節(jié)點(diǎn)查詢。同時(shí)可將查詢的列表、文檔、報(bào)表、圖紙等信息進(jìn)行下載與打印，還可將文檔進(jìn)行歸檔。

圖8 三維地質(zhì)模型與樁基交互圖示

圖9 三維地質(zhì)模型與樁基交互圖示

圖10 數(shù)字化平臺(tái)進(jìn)度管理查詢結(jié)果

進(jìn)度管理。通過計(jì)劃開始時(shí)間、計(jì)劃完成時(shí)間、實(shí)際開始時(shí)間及實(shí)際完成時(shí)間四個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，將BIM設(shè)計(jì)模型與施工進(jìn)度緊密相連。批量導(dǎo)入時(shí)間數(shù)據(jù)，選擇查詢時(shí)間節(jié)點(diǎn)與構(gòu)件日期屬性，查詢所得結(jié)果可顯示已完成構(gòu)件以及落后于計(jì)劃完成的構(gòu)件，并可進(jìn)行相關(guān)施工進(jìn)度分析（見圖10）。

質(zhì)量管理。數(shù)字化平臺(tái)質(zhì)量管理包括沉樁偏差管理、上部結(jié)構(gòu)（預(yù)制構(gòu)件、樁帽、面層、附屬設(shè)施）安裝偏差管理、碼頭水工建筑物的變形觀測以及樁基檢測管理。通過現(xiàn)場施工情況與BIM模型錄入信息的比對(duì)，以報(bào)警彈窗與高亮模型顯示方式反饋偏差信息，可提高質(zhì)量檢查效率與準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目質(zhì)量可控。

費(fèi)用管理。通過錄入構(gòu)件信息，可查詢施工作業(yè)模型中已完成構(gòu)件工程量信息，并自動(dòng)統(tǒng)計(jì)工程量清單，形成報(bào)表。同時(shí)，將滿足合同約定的計(jì)量、計(jì)價(jià)規(guī)范要求的價(jià)格測算分?jǐn)傊粮魇┕?gòu)件，利用工程量統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)不同時(shí)期進(jìn)度款參考值，為進(jìn)度款支付提供決策支持。

BIM在水運(yùn)工程高樁碼頭項(xiàng)目中的應(yīng)用，是BIM在水運(yùn)行業(yè)的一次新的突破。目前，BIM在水運(yùn)行業(yè)應(yīng)用還處于起步階段，隨著BIM在水運(yùn)行業(yè)的普及范圍逐步擴(kuò)大，如何縮短項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量、降低建設(shè)和運(yùn)維成本，將成為發(fā)展新階段需要考慮的問題。同時(shí)，從設(shè)計(jì)階段向施工階段移交模型的數(shù)字化平臺(tái)，也將為模型從建設(shè)階段向運(yùn)營階段的移交給予指導(dǎo)。