BIM 技術(shù)在洋山四期水工碼頭中的應(yīng)用

胡 令

(中交三航局第二工程有限公司， 上海200122 )

當(dāng)前， BIM 技術(shù)已不僅僅局限于建筑工程，而是在橋梁、 鐵路、 公路、 電力設(shè)施、 港口碼頭等工程中均有應(yīng)用。 2010 年以來， BIM 技術(shù)在水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施中的應(yīng)用與日俱增。

王偉[1]在河內(nèi)航道設(shè)計(jì)中引入BIM 技術(shù)， 通過三維模型表達(dá)傳遞設(shè)計(jì)意圖， 設(shè)計(jì)參數(shù)、 三維設(shè)計(jì)模型、二維圖紙與工程量之間能夠?qū)崿F(xiàn)前后動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)， 當(dāng)設(shè)計(jì)方案發(fā)生變更時(shí)， 只須調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)， 圖紙及工程量即自動(dòng)隨之變化， 極大地減少了工作量。 陸晶晶等[2]在洋山四期集裝箱碼頭設(shè)計(jì)中運(yùn)用BIM 技術(shù)， 通過建模、 場(chǎng)地劃分、 堆場(chǎng)和布置、 管線布置和土建建模， 協(xié)調(diào)各工種，在施工的參數(shù)化、 可視化和協(xié)同性方面取得了顯著的成效。 蘆志強(qiáng)等[3]對(duì)高樁碼頭設(shè)計(jì)施工一體化BIM 技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了探索和總結(jié)。 通過多專業(yè)集成應(yīng)用、 各參與方協(xié)同應(yīng)用、 跨階段的綜合應(yīng)用， 以及針對(duì)性的平臺(tái)開發(fā)和工具開發(fā)， 實(shí)現(xiàn)了高樁碼頭建造各專業(yè)的協(xié)同、 信息模型的可視化和優(yōu)化， 并二次開發(fā)深入應(yīng)用。 結(jié)合實(shí)際需要開發(fā)了快速放置構(gòu)件、 樁基承載力自動(dòng)計(jì)算等程序和數(shù)字化移交平臺(tái)。

高樁碼頭工程施工過程中受約束條件與內(nèi)外環(huán)境變化的影響， 實(shí)際工程施工進(jìn)度、 工程成本與原定施工計(jì)劃不可避免地會(huì)產(chǎn)生偏差[4]。 如果不及時(shí)糾正， 將給工程帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)， 甚至使工期或成本超出合同規(guī)定[5]。

本文針對(duì)洋山四期Ⅱ標(biāo)段高樁碼頭的案例，闡述為提高港口工程設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量和效率而引入BIM 技術(shù)， 在港口工程施工的可視化施工、 碰撞檢查、 工程量計(jì)算、 施工組織設(shè)計(jì)等方面取得的顯著成果， 更具體的目標(biāo)是建立企業(yè)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)施工三維可視化、 成本數(shù)據(jù)管控精細(xì)化及質(zhì)量安全控制手段化等。

1 工程概況

本工程位于小洋山島最西面， 與已建洋山二期工程毗鄰， 是全自動(dòng)化集裝箱碼頭[6]。 將BIM技術(shù)應(yīng)用于洋山四期碼頭Ⅰ標(biāo)段， 即東端0 ～918 m的集裝箱碼頭作為試點(diǎn)段(圖1)。

本工程運(yùn)用BIM 技術(shù)存在以下難點(diǎn): 1)質(zhì)量方面， 預(yù)埋構(gòu)件位置高程以及沉樁、 現(xiàn)澆樁帽和構(gòu)件安裝等施工工序驗(yàn)收控制標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格， 各工序之間銜接緊密、 相互影響、 碰撞點(diǎn)較多；2)進(jìn)度方面， 安裝構(gòu)件數(shù)量大， 構(gòu)件類型多， 實(shí)際施工進(jìn)度與原定施工進(jìn)度計(jì)劃之間的差距很難在第一時(shí)間被察覺， 且質(zhì)量控制不好也會(huì)影響施工進(jìn)度； 3)成本方面， 參考傳統(tǒng)工程數(shù)據(jù)為設(shè)計(jì)提供的工程量清單， 本工程實(shí)際施工的工程量清單與實(shí)際成本基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相差甚大。

2 研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線

2.1 研究?jī)?nèi)容

在BIM 設(shè)計(jì)階段， 依次要經(jīng)過建模、 施工模擬、 出圖模板設(shè)置、 施工圖導(dǎo)出和運(yùn)維階段應(yīng)用等主要過程。 綜合考慮運(yùn)維階段對(duì)BIM 模型管理的細(xì)度要求， 對(duì)碼頭施工環(huán)境、 土建、 機(jī)電及監(jiān)測(cè)各專業(yè)確定建模標(biāo)準(zhǔn)； 綜合考慮參數(shù)化建模的便捷性及后續(xù)軟件研發(fā)的便利性， 確定建模軟件；確定合理的建模范圍、 場(chǎng)景劃分原則、 模型參數(shù)、模型材質(zhì)等； 創(chuàng)建并形成符合運(yùn)維要求的高樁碼頭BIM 幾何模型和相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)(靜態(tài)參數(shù))， 為后續(xù)BIM 應(yīng)用提供基礎(chǔ)。 同時(shí)也做好人員部署與BIM 技術(shù)成果移交安排， 確保BIM 技術(shù)在施工模擬、 成本管控、 施工可視化和質(zhì)量控制化方面發(fā)揮出應(yīng)有的作用。

1)企業(yè)數(shù)據(jù)管理互聯(lián)網(wǎng)化。 建立企業(yè)數(shù)據(jù)庫并二次開發(fā)BIM 應(yīng)用模塊， 使得模塊與數(shù)據(jù)庫對(duì)接[7]。 現(xiàn)場(chǎng)管理人員可通過移動(dòng)端將現(xiàn)場(chǎng)信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫， 與BIM 模型及造價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。 企業(yè)總部及項(xiàng)目部可調(diào)取分析報(bào)告進(jìn)行監(jiān)控成本、 進(jìn)度管理， 形成先匯集數(shù)據(jù)、 再整理和分析數(shù)據(jù)， 而后利用分析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行成本管控的三步驟。

2)虛擬施工可視化。 利用Revit 軟件按施工藍(lán)圖精確建立BIM 三維模型。 實(shí)現(xiàn)審圖、 交底、 碰撞檢查可視化， 發(fā)掘設(shè)計(jì)施工過程中存在的問題。結(jié)合BIM 模型完成虛擬施工， 可事前反映施工難點(diǎn)和易漏的施工細(xì)節(jié)， 及時(shí)完善施工場(chǎng)地布局，分析與選擇最佳方案或進(jìn)行方案優(yōu)化[8]。 碼頭三維模型見圖2。

圖2 碼頭建模

3) 成本數(shù)據(jù)管控精細(xì)化。 利用BIM 模型與數(shù)據(jù)庫， 以數(shù)據(jù)粒度達(dá)到構(gòu)件級(jí)為管控對(duì)象， 根據(jù)時(shí)間、 空間、 工序關(guān)系等提取想要的成本基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(工程量、人材機(jī)消耗量、造價(jià)信息)[9]， 企業(yè)總部及項(xiàng)目部可高效、 快速地獲取各項(xiàng)目管理所需的信息和數(shù)據(jù)， 實(shí)現(xiàn)各部門間對(duì)數(shù)據(jù)的協(xié)同與分析， 實(shí)現(xiàn)精細(xì)化成本管控。

4)質(zhì)量安全控制手段化。 現(xiàn)場(chǎng)管理人員可在施工現(xiàn)場(chǎng)拍攝安全、 質(zhì)量相關(guān)照片上傳至數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中， 與BIM 模型相應(yīng)位置進(jìn)行關(guān)聯(lián)， 同時(shí)企業(yè)總部及項(xiàng)目部可利用該系統(tǒng)第一時(shí)間實(shí)現(xiàn)全局把控、 及時(shí)反饋并采取相應(yīng)措施[10]。

2.2 技術(shù)路線

BIM 技術(shù)在本工程應(yīng)用的技術(shù)路線分為施工前控制與施工中控制。 施工前控制主要由BIM 模型輔助圖紙會(huì)審、 三維可視技術(shù)、 碰撞檢查和管線設(shè)計(jì)優(yōu)化三大塊組成； 施工中控制主要由工程量計(jì)算與核對(duì)、 材料精細(xì)化管理、 施工監(jiān)管3 大塊組成。

BIM 技術(shù)應(yīng)用的期望目標(biāo)是: 提高項(xiàng)目精細(xì)管理水平、 提高工作效率及完善信息化管理流程。

3 BIM 技術(shù)在項(xiàng)目中的應(yīng)用成果

3.1 在輔助圖紙會(huì)審中的應(yīng)用

在洋山碼頭模型建立過程中， 利用BIM 技術(shù)中的三維可視化技術(shù)及虛擬施工技術(shù)， 累計(jì)發(fā)現(xiàn)圖紙疑問21 處， 在施工前及時(shí)修正錯(cuò)誤并準(zhǔn)備解決方案， 成功防范了工程誤差， 降低了風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 在技術(shù)交底中的應(yīng)用

通過BIM 技術(shù)的三維模型對(duì)施工中的重點(diǎn)、難點(diǎn)和工藝復(fù)雜的施工區(qū)域?qū)崿F(xiàn)可視化預(yù)演， 便于現(xiàn)場(chǎng)管理人員了解工藝流程和運(yùn)轉(zhuǎn)情況， 并對(duì)施工過程中可能發(fā)生的問題做提前關(guān)注與預(yù)警。圖3 為樁帽施工節(jié)點(diǎn)動(dòng)畫示意。

圖3 樁帽施工工藝動(dòng)畫節(jié)選

3.3 在成本控制中的應(yīng)用

利用BIM 技術(shù)， 建立自動(dòng)形成的預(yù)算模型，并統(tǒng)計(jì)工程量。 利用BIM 技術(shù)模型計(jì)算的工程量與甲方提供的清單工程量， 分析和估算現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工時(shí)所需的工程量。 并在施工后將施工中實(shí)際使用量與上述工程量進(jìn)行 “多算” 對(duì)比， 可以快速發(fā)現(xiàn)清單缺漏項(xiàng)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際實(shí)施情況，為成本管控提供數(shù)據(jù)支撐， 實(shí)現(xiàn)材料精細(xì)化管理。 BIM 技術(shù)的成功應(yīng)用， 為本工程節(jié)省成本56. 5 萬元。

3.4 碰撞檢查和管線綜合優(yōu)化

通過運(yùn)用多專業(yè)集成應(yīng)用平臺(tái)對(duì)預(yù)埋管線進(jìn)行碰撞檢查[11](圖4)。 本工程共發(fā)現(xiàn)碰撞點(diǎn)61 個(gè)，其中孔洞8 個(gè)、 碰撞點(diǎn)53 個(gè)。 通過BIM 技術(shù)的碰撞檢測(cè)， 使得施工進(jìn)度得以保證， 避免了材料浪費(fèi)和二次施工， 為企業(yè)減少了損失。

圖4 供水管與排水管碰撞檢查

3.5 進(jìn)度控制

通過BIM 技術(shù)所建立的三維模型， 將時(shí)間、空間、 造價(jià)與信息結(jié)合在一起， 可查看整個(gè)建造過程中造價(jià)曲線隨時(shí)間變化的具體數(shù)值， 也可在當(dāng)前時(shí)間段內(nèi)查看造價(jià)情況， 方便現(xiàn)場(chǎng)采購、 周轉(zhuǎn)及工程時(shí)間節(jié)點(diǎn)安排[12]。 將BIM 模型與施工進(jìn)度計(jì)劃及實(shí)際施工進(jìn)度進(jìn)行關(guān)聯(lián)， 制作進(jìn)度模擬動(dòng)畫， 通過顏色的變化及時(shí)發(fā)現(xiàn)工期的延誤， 在后續(xù)的施工中進(jìn)行管控調(diào)整， 共縮短關(guān)鍵線路施工時(shí)間12 d。

4 結(jié)語

1)基于BIM 技術(shù)的施工管理， 各崗位生產(chǎn)線生產(chǎn)管理都基于同一模型， 工程量數(shù)據(jù)、 材料數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、 統(tǒng)一， 數(shù)據(jù)透明化、 數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)模式實(shí)時(shí)共享， 對(duì)于計(jì)劃與實(shí)際花費(fèi)進(jìn)行比較， 實(shí)現(xiàn)短周期、 全過程對(duì)資金風(fēng)險(xiǎn)以及盈利目標(biāo)的控制。BIM 技術(shù)的應(yīng)用為所有管理決策提供了數(shù)據(jù)支撐，項(xiàng)目管理可細(xì)化到構(gòu)件級(jí)， 達(dá)到精細(xì)化水平。

2)BIM 模型建立完成時(shí)， 相應(yīng)的工程量就已經(jīng)生成， 不僅能及時(shí)準(zhǔn)確地提供工程量數(shù)據(jù)， 還減少了重復(fù)計(jì)算的工作。 BIM 模型上傳數(shù)據(jù)庫，項(xiàng)目其他人員能夠快速準(zhǔn)確地調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)， 提高工作效率。 同時(shí)相應(yīng)的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)問題通過三維可視化查找出來， 并通過碰撞檢查找出相應(yīng)碰撞點(diǎn)， 縮短了差錯(cuò)時(shí)間。

3)BIM 技術(shù)的成功實(shí)施， 使公司及項(xiàng)目信息化管理流程得以完善， 信息化管理需要的大量數(shù)據(jù)都可以從BIM 系統(tǒng)中獲取。 企業(yè)總部及項(xiàng)目部得到的數(shù)據(jù)都是真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)施工情況的， 真正做到動(dòng)態(tài)管理， 全局把握。