BIM技術(shù)在沿海高樁碼頭監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

◎ 胡文高 中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司

一些沿海位置的環(huán)境條件相對(duì)特殊，在碼頭工程中多采用的是高樁碼頭，為提升整個(gè)的施工建設(shè)水平，工程人員在實(shí)際的施工過(guò)程中需加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，利用BIM技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)模型建設(shè)、數(shù)據(jù)分析、安全預(yù)警等控制，達(dá)到對(duì)高樁碼頭施工的三維可視化監(jiān)測(cè)，及時(shí)進(jìn)行各類施工問(wèn)題的處理。BIM技術(shù)在高樁碼頭監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了信息化管理，對(duì)于提升施工建設(shè)管理效率與質(zhì)量有著重要的意義。

1.BIM技術(shù)的基本概述

BIM技術(shù)下，計(jì)算機(jī)三維數(shù)字技術(shù)是基礎(chǔ)，為發(fā)揮此技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，相關(guān)人員需在實(shí)際的施工過(guò)程中，根據(jù)前期所掌握的各種工程信息與數(shù)據(jù)，進(jìn)行建筑模型的構(gòu)建，在此模型中，實(shí)現(xiàn)了各種信息、數(shù)據(jù)的集成與整合，為工程的設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)維管理提供了協(xié)同作業(yè)環(huán)境，再加上信息技術(shù)的應(yīng)用，使得施工過(guò)程中，各個(gè)參與主體都能夠在此模型中開展更為專業(yè)化的設(shè)計(jì)、施工交流。BIM技術(shù)作為一種新的建筑工程技術(shù)，其在很多工程領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，在沿海高樁碼頭工程中，BIM技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)施工全過(guò)程的監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步保障工程建設(shè)施工作業(yè)的順利進(jìn)行。

2.沿海高樁碼頭的特征及BIM監(jiān)測(cè)的建模優(yōu)勢(shì)

2.1 高樁碼頭的特征

與一般的工程項(xiàng)目相比，沿海高樁碼頭的施工難度更大，在實(shí)際的施工建設(shè)過(guò)程中，對(duì)于精確性、容錯(cuò)性的要求相對(duì)較高，這主要是由于碼頭的振動(dòng)幅度與橋梁等普通的建筑物有著明顯的區(qū)別，結(jié)構(gòu)變形的概率相對(duì)較低，產(chǎn)生的震動(dòng)表現(xiàn)出振幅小、頻率快的特征，對(duì)于精度的要求非常高。在碼頭面板上的相應(yīng)設(shè)施或者車輛出現(xiàn)明顯的運(yùn)動(dòng)時(shí)，振幅會(huì)在其運(yùn)動(dòng)作用力下有所增強(qiáng)，由于部分傳感器安裝在水下，液體傳播頻率會(huì)對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集與傳輸產(chǎn)生直接的影響，在一些特殊條件下甚至?xí)斐煞浅Ｒ?guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，為保障碼頭施工作業(yè)的順利進(jìn)行，專業(yè)人員需及時(shí)剔除異常的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，避免這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)工程施工所造成的不利影響。

2.2 BIM技術(shù)的建模優(yōu)勢(shì)

在沿海高樁碼頭施工作業(yè)開始之前，相關(guān)人員需結(jié)合前期所獲得的各種信息與數(shù)據(jù)，利用BIM技術(shù)的參數(shù)化智能構(gòu)建模型，通過(guò)三維模型的構(gòu)建來(lái)實(shí)現(xiàn)各種工程信息的交互，將高樁碼頭的采集終端、線纜序號(hào)、安放位置等加以數(shù)字化、可視化呈現(xiàn)。

2.2.1 建模規(guī)則

在建模過(guò)程中，BIM模型的最終形成實(shí)現(xiàn)了單個(gè)模型構(gòu)件單元從概念化到具體化的處理，由于不同的構(gòu)件在高樁碼頭中具有不同的作用，在實(shí)際的模型建設(shè)過(guò)程中，需嚴(yán)格根據(jù)其精細(xì)度要求來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的建模與設(shè)計(jì)。根據(jù)BIM模型對(duì)精細(xì)程度的定義標(biāo)準(zhǔn)，在高樁碼頭的施工建設(shè)過(guò)程中，將現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境劃分為兩個(gè)等級(jí)，碼頭整體、設(shè)備終端、線纜等要素則要參照LOD300標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境需參照LOD200標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 編碼規(guī)則

沿海高樁碼頭的施工建設(shè)難度相對(duì)較大，在模型構(gòu)建的過(guò)程中，需建立專門的BIM編碼規(guī)則，對(duì)整體與設(shè)備設(shè)施進(jìn)行編碼，編碼是后續(xù)管理的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)模型編碼，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與BIM模型系統(tǒng)的有效結(jié)合，相關(guān)人員在后續(xù)的施工建設(shè)過(guò)程中，可以直接在模型中進(jìn)行相應(yīng)設(shè)備設(shè)施信息的查詢，比如，位置信息的獲取等。

高樁碼頭整體檢測(cè)系統(tǒng)中，主要為碼頭整體結(jié)構(gòu)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，前者主要包含了碼頭面板、橫梁與縱梁、基樁與叉樁，而后者主要包含了各類傳感器，比如，位移、振動(dòng)、應(yīng)變與加速度傳感器。

圖1 三維地質(zhì)生成示意

3.BIM技術(shù)在沿海高樁碼頭監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

3.1 協(xié)同設(shè)計(jì)

沿海高樁碼頭的施工過(guò)程中，如果利用BIM技術(shù)，可以充分實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)，在Revit中，協(xié)同設(shè)計(jì)主要是通過(guò)工作集、模型鏈接、Revit server跨區(qū)域協(xié)同來(lái)實(shí)現(xiàn)的。沿海高樁碼頭的施工作業(yè)極為復(fù)雜，如果針對(duì)的是其中相對(duì)小型、專業(yè)較少的項(xiàng)目，一般可以通過(guò)工作集協(xié)同設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)；對(duì)于大型、專業(yè)較多的項(xiàng)目，多采用的是雙向鏈接與工作集相結(jié)合的方式。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要保障協(xié)同模式的選擇符合施工要求，相關(guān)人員必須要充分考慮不同施工專業(yè)之間所存在的關(guān)系，比如，在高樁碼頭施工過(guò)程中，電氣、給排水等存在空間位置方面的交叉性與協(xié)調(diào)性，一般在協(xié)同時(shí)采用工作集方式。

3.2 地形

BIM技術(shù)在沿海高樁碼頭施工中的應(yīng)用還可以充分發(fā)揮此技術(shù)在地形處理方面的優(yōu)勢(shì)。BIM技術(shù)下，三維地形包含了二維地形圖像三維地形曲面的轉(zhuǎn)換、無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的處理方式，這些技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，存在著不同的優(yōu)缺點(diǎn)，需結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)加以選擇。比如，三維地形曲面處理技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，生成的三維曲面中，數(shù)據(jù)處理工作量非常大；無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用可以清晰、準(zhǔn)確地反映地物的外觀、位置與高度等信息，測(cè)量精度相對(duì)較高。

雖然利用地形圖所生成的三維地形曲面具有非常高的精度，但是，卻難以進(jìn)行現(xiàn)狀建筑物的反饋。無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)下，無(wú)人機(jī)點(diǎn)云可以生成相應(yīng)的三維模型，不僅可以清晰地反映地物地貌，還能夠?qū)⑺骄扰c垂直精度控制在合理的范圍內(nèi)，在實(shí)際的測(cè)繪工作中，測(cè)量精度的控制極為困難。隨著BIM技術(shù)的出現(xiàn)，BIM技術(shù)可以與無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)加以有效結(jié)合，為相關(guān)人員提供全面、可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)方案確定時(shí)，可以以三維地形曲面與無(wú)人機(jī)點(diǎn)云作為設(shè)計(jì)依據(jù)，保障設(shè)計(jì)精度。

3.3 地質(zhì)

當(dāng)前的碼頭工程建設(shè)中，雖然市場(chǎng)上陸續(xù)出現(xiàn)了各種的三維地質(zhì)建模軟件，但是，這些軟件在具體的應(yīng)用過(guò)程中，卻難以保持良好的互通性，而BIM技術(shù)的應(yīng)用恰好可以有效避免這些問(wèn)題。在沿海高樁碼頭監(jiān)測(cè)過(guò)程中，BIM技術(shù)要發(fā)揮其作用，需通過(guò)鉆孔族的構(gòu)建來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)Revit軟件來(lái)生成實(shí)體，如圖1所示。

3.4 參數(shù)化族構(gòu)件

沿海高樁碼頭的施工建設(shè)過(guò)程中，涉及到的構(gòu)件族相對(duì)較多，參數(shù)化的構(gòu)件設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員不僅僅需要滿足模型創(chuàng)建的基本要求，還需要考慮到后續(xù)參數(shù)應(yīng)用的便捷性、靈活性等因素。比如，以樁基工程為例，在參數(shù)化的構(gòu)件設(shè)計(jì)過(guò)程中，樁徑、樁長(zhǎng)、斜度與轉(zhuǎn)角等屬性的應(yīng)用較多，在相應(yīng)構(gòu)件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需通過(guò)諸多臨時(shí)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)常用屬性的參數(shù)化，當(dāng)后續(xù)進(jìn)行樁基特征統(tǒng)計(jì)時(shí)，可以直接調(diào)用前期樁基的常用屬性信息。因此，BIM技術(shù)的這種功能與特征使得在進(jìn)行樁基族的設(shè)計(jì)時(shí)，考慮各個(gè)參數(shù)的具體類型，比如，包含了實(shí)例參數(shù)與共享參數(shù)。

3.5 模型后處理

模型后處理是沿海高樁碼頭監(jiān)測(cè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，碰撞檢查、工程量統(tǒng)計(jì)、二維圖紙生成、三維模型展示等都是其中的處理工序，這些環(huán)節(jié)的存在使得整個(gè)的施工過(guò)程能夠得到更為合理有效的管理與控制。工程量統(tǒng)計(jì)的過(guò)程中，BIM技術(shù)可以自動(dòng)提取模型中各個(gè)構(gòu)件的屬性參數(shù)，最終以表格的形式顯示圖元信息，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還需要進(jìn)行明細(xì)表的設(shè)計(jì)，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目信息的自動(dòng)提取與統(tǒng)計(jì)。

圖紙生成的過(guò)程就是對(duì)模型加以二維剖切的過(guò)程，在Revit中，圖紙功能與傳統(tǒng)CAD的布局功能有著高度的相似性，在實(shí)際的應(yīng)用中，可以依據(jù)圖框與圖紙比例，對(duì)視圖比例加以適當(dāng)?shù)目s放。

4.結(jié)束語(yǔ)

沿海高樁碼頭工程項(xiàng)目的增多是水運(yùn)事業(yè)發(fā)展的直接表現(xiàn)，由于這類項(xiàng)目屬性的特殊性，在實(shí)際的工程建設(shè)施工過(guò)程中，相關(guān)人員往往需利用BIM技術(shù)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的施工監(jiān)測(cè)，充分發(fā)揮BIM技術(shù)在各個(gè)工程階段的可視化、模擬化與協(xié)調(diào)性優(yōu)勢(shì)，保障工程建設(shè)項(xiàng)目的順利實(shí)施。