BIM 技術在海塘工程中的應用

宋葉青，孟成成，樊金甲，潘國華

（1.杭州交投建設工程有限公司，杭州 330100；2.中交第二航務工程勘察設計院有限公司，武漢 420100）

1 引言

建筑信息模型(Building Information Modelling,BIM)的概念是在20 世紀70 年代首次由美國喬治亞技術學院伊斯曼博士提出，他對BIM 的理解是：BIM 集成了建筑所有的幾何信息、單元性能和功能要求，將建筑項目全生命周期內的所有信息都集成到模型中，而且還包括建造過程、維護管理等過程信息[1，2]。

從BIM 的內涵來看，BIM 是一個存放建筑幾何、非幾何數據的數據庫。BIM 對建筑業的作用已得到了業界的廣泛認可，全國各省市相繼出臺BIM 技術推廣相關指導意見，全面推進BIM 技術全生命期應用。以提升公路水運工程建設品質為目標，交通運輸部于2017 年12 月發布《關于推進公路水運工程BIM 技術應用的指導意見》，該《意見》要求提升公路水運行業BIM 技術應用的廣度、深度，利用BIM 數據進行構件輔助制造，并建設一批公路、水運BIM 示范工程。

本文結合京杭運河浙江段三級航道整治工程杭州段（八堡船閘段）海塘工程，總結歸納了BIM 技術在水利水運工程設計和施工過程中的應用經驗，為BIM 技術在水利水運工程的全面應用提供參考。

2 工程概況及特點

項目位于浙江省杭州市錢塘江兩岸，為京杭運河浙江段三級航道整治工程杭州段的重要節點工程，主要建設內容包括：（1）標準塘加固工程，范圍覆蓋錢塘江兩岸共10.693 km；（2）防洪封閉海塘工程，范圍覆蓋錢塘江沿岸1.3 km。建設范圍共覆蓋錢塘江兩岸11.993 km。

該工程施工戰線長、管理難度大，施工內容多、范圍廣，并且錢塘江兩岸各區及預制廠多點均同時施工，施工和安全、質量、成本、進度管理難度大。工程在設計、施工過程中應用BIM技術，運用BIM 技術的可視化、協調性等特性，降低設計成果錯誤率，提高工程目標的可實施性。

BIM 技術在該項目中的應用主要體現在參數化建模、碰撞檢查、工程量清單復核、虛擬仿真漫游，以及可視化施工交底幾個方面，另外，本文在施工現場管理過程中將BIM、GIS（地理信息系統）以及視頻監控有機結合，建立基于BIM+GIS的視頻監控管理平臺，便于項目管理人員對項目進行實時有效管理。

3 BIM 技術在海塘工程中的應用

3.1 BIM 模型建立

BIM 模型的建立是最煩瑣、工作量最大的基礎工作，海塘加固工程各部位的構件具有數量多、種類少、結構型式相對簡單的特點[3]。

為提高設計質量和效率，本工程采用參數化協同設計方法。模型的建立采用中交第二航務工程勘察設計院有限公司研發的水運BIM 協同設計云平臺，該平臺以通用BIM 軟件為基礎，采用私有云模式部署[4]。參數化建模完成后，各構件均按照統一的建模標準命名、錄入信息和定義屬性（見圖1）。

圖1 新建丁壩BIM 模型

3.2 設計成果校核

傳統的設計方式，各專業設計圖紙采用二維設計方式匯總后，以二維設計圖紙為基礎進行設計會審，人為的失誤和疏忽很難避免，導致工程施工返工，浪費建設投資，影響施工進度。

運用BIM 技術復核設計成果，可以提升設計質量，在設計圖紙會審時可以通過碰撞檢查、虛擬仿真漫游等BIM 技術，及時發現設計圖紙中潛在的問題，可以檢查海塘加固工程所有構件尺寸、標高、位置的關系和協調性，從而優化工程設計。

3.2.1 碰撞檢查

應用基于BIM 技術的碰撞檢查功能，可檢查由設計原因引起的“錯、漏、碰、缺”等問題，提升設計質量。在工程建造前能夠依據設計成果建立的BIM 模型逐一地進行空間沖突分析，解決各專業細部沖突，根據檢查結果修改施工圖紙，減少施工返工，縮短施工時間。

運用Navisworks Manager 軟件中的軟碰撞和硬碰撞功能，結合一般施工流程，對海塘工程各區域分別進行碰撞檢查，發現Ⅰ區新建丁壩和Ⅱ區丁壩壩頭灌注樁之間的凈距不符合要求，設計圖紙中灌注樁之間的凈距都為零，而灌注樁施工時需要打設鋼護筒，鋼護筒的直徑一般比灌注樁的直徑大15～20 cm，需要灌注樁之間保持一定的凈距才可以滿足施工要求。經設計復核和驗算，將灌注樁之間的凈距改為15 cm（見圖2、圖3），保證了施工的順利進行，同時節約了混凝土用量2 600 m3，鋼筋用量324 t。

圖2 修改前的丁壩壩頭

圖3 修改后的丁壩壩頭

3.2.2 工程量復核

通過BIM 模型可以準確快速地獲得工程材料清單基礎數據，為施工企業制定精確材料計劃提供支撐，減少資源浪費，為實現限額領料、消耗控制提供技術支撐。

本項目運用二次開發的Revit 插件批量提取BIM 模型的工程量，按照工程量清單的格式要求，形成基于BIM 模型的工程量清單，與傳統的工程量清單進行對比，為工程材料采購、工程計量支付提供數據參考。統計結果發現原工程量清單存在少數漏項情況，2 種統計方法統計的已有條目的工程量在數量上大體相符。

3.3 施工技術應用

運用BIM 技術可以進行施工工藝模擬方面的應用，通過這些應用可以及時發現施工過程中的問題，更換施工方法或調整工程方案。

在項目初期，施工技術人員很難全面消化吸收施工組織設計和設計圖紙，領悟設計意圖。傳統的施工技術交底，主要以圖紙、文字的形式實現，施工技術交底很難將設計意圖準確傳遞，從而使施工技術交底流于形式。BIM 技術可以動態展示施工場地和施工技術，直觀地反映施工的關鍵工序和關鍵時間節點，重點突出施工要點、難點，準確傳遞設計意圖。

本工程灌注樁覆蓋了Ⅰ區和Ⅱ區的所有丁壩，在灌注樁施工技術交底過程中采用可視化預演和BIM 模型相結合的方式進行交底，與傳統交底方式相比更加準確傳遞了施工交底內容，為提高施工效率及質量，保障施工安全奠定了扎實的理論基礎。

3.4 施工管理應用

由于項目中的單位工程分布在錢塘江兩岸，施工場地廣、戰線長，施工管理困難，在現場施工管理過程中將BIM、物聯網以及GIS 等技術相互融合，建設數字化工地，進一步增強項目管理人員對施工現場的實時有效管理。

施工現場攝像頭數量達到50 多個，普通的視頻監控平臺很難準確表示每個攝像頭的位置，項目集成BIM 模型與現場視頻監控系統，提高了管理效率，減少了管理的人工工作量，進一步增加了管理透明度。項目管理人員在辦公室面對著電腦就能對現場施工質量安全及人員、機械情況進行全盤掌握，一邊是攝像頭中從工地傳過來的各個施工現場畫面，另一邊面對著電腦中的BIM 虛擬施工方案，通過對比發現某班組的工人是否按照方案要求施工。

4 結語

1）BIM 技術在海塘工程中的應用標準還未建立，本次應用實踐探索了BIM 技術在海塘工程設計和施工階段的相關應用點，取得了較好的效果。

2）BIM 技術在海塘加固工程設計中的應用可以減少設計誤差，具有廣泛的應用價值。

3）BIM 技術對提高設計施工效率、縮短工程工期、控制工程造價具有良好的作用。

4）BIM 與物聯網、GIS 等技術的無縫融合，將創造工程施工領域的新管理模式，有廣闊的市場前景。

5）BIM 技術在海塘工程項目中的深入應用，將帶動水利水運工程建設信息化管理水平的不斷提升，最終實現BIM 技術在水利水運工程項目中的全面應用。