BIM 技術(shù)在京杭運(yùn)河大清河航道工程中的應(yīng)用

楊忠儉，董思遠(yuǎn)

（1.泰安市交通運(yùn)輸局 港航鐵路機(jī)場(chǎng)服務(wù)中心，山東 泰安 271000；2.山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

引言

BIM 技術(shù)是指在工程全生命周期內(nèi)，對(duì)其物理及功能特性進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，并以此進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)的過(guò)程。最初只應(yīng)用在建筑專業(yè)，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，BIM 技術(shù)已經(jīng)深入到各個(gè)工程領(lǐng)域。近幾年，BIM 技術(shù)在水運(yùn)航道工程設(shè)計(jì)中逐漸得到應(yīng)用。王飛等［1］將Civil 3D 應(yīng)用到航道疏浚工程中，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)航道BIM 正向設(shè)計(jì)。袁麗莎等［2］結(jié)合長(zhǎng)江南京下游12.5 m 深水航道工程，研究了BIM 技術(shù)在航道整治工程中的應(yīng)用。關(guān)于BIM技術(shù)在航道工程中的研究相對(duì)單一，未解決多項(xiàng)工程內(nèi)容的綜合應(yīng)用問(wèn)題。

1 工程概況

京杭運(yùn)河大清河航道位于泰安市東平縣境內(nèi)，其東連大汶河，西接?xùn)|平湖，是東平縣最大的排洪河道。大清河航道規(guī)劃等級(jí)三級(jí)，為山東省區(qū)域性重要航道。工程航道起點(diǎn)為彭集作業(yè)區(qū)，依次經(jīng)過(guò)G105 流澤大橋、G35 濟(jì)廣高速大橋、S250 王臺(tái)大橋后，大致沿正西向與東平湖湖區(qū)航道銜接，航道全長(zhǎng)32.86 km。工程主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括航道總體設(shè)計(jì)、疏浚工程、航標(biāo)工程、配套工程、專項(xiàng)工程等［3］。

2 設(shè)計(jì)階段BIM 技術(shù)的應(yīng)用

2.1 技術(shù)路線

本工程BIM 主要用到Autodesk 平臺(tái)的Civil 3D、Infraworks、Revit 等軟件。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）建立工程范圍內(nèi)實(shí)測(cè)地形模型（Civil 3D、Infraworks）。（2）航道橫斷面、縱斷面設(shè)計(jì)，護(hù)岸工程量、疏浚工程量統(tǒng)計(jì)，航道斷面圖批量出圖（Civil 3D）。（3）碼頭場(chǎng)地建模，場(chǎng)地土方工程量統(tǒng)計(jì)，港池開(kāi)挖圖紙出圖（Civil 3D），碼頭建模，碼頭主要尺寸圖紙出圖（Revit）。（4）管理區(qū)房建（Revit、Infraworks）。（5）最終成果展示（Infraworks）。主要技術(shù)路線見(jiàn)圖1。

圖1 本工程設(shè)計(jì)技術(shù)路線

2.2 地形模型建立

利用工程范圍內(nèi)實(shí)測(cè)電子地形圖，通過(guò)Civil 3D 軟件生成地形曲面。Civil 3D 軟件對(duì)于線性工程，如道路工程、航道工程有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以對(duì)曲面進(jìn)行掃略及放坡，生成帶狀的設(shè)計(jì)斷面。通過(guò)Infraworks 與衛(wèi)星圖片無(wú)縫結(jié)合后，可以獲取整個(gè)工程范圍的地形地貌、高程及坐標(biāo)，見(jiàn)圖2。

圖2 Infraworks 中的三維真實(shí)地形模型

2.3 疏浚工程

疏浚工程是航道工程的重要內(nèi)容，關(guān)系到是否能精確統(tǒng)計(jì)出土方量以及批量生成圖紙，是疏浚工程的核心內(nèi)容。主要設(shè)計(jì)流程：（1）首先用Civil 3D 軟件將CAD 中繪制的航道中心線直接進(jìn)行調(diào)用。（2）確定并繪制航道縱斷面。（3）根據(jù)橫斷面邊線與地形曲面的邏輯關(guān)系設(shè)計(jì)航道橫斷面。（4）沿航道中心線形成航道設(shè)計(jì)曲面。（5）土方量計(jì)算，Civil 3D 軟件可以識(shí)別不同曲面的直接關(guān)系，通過(guò)運(yùn)算準(zhǔn)確獲取航道土方的工程量，并且可以分析每一段航道土方疏浚情況。通過(guò)輸入不同的地層土質(zhì)，軟件可以得到不同土體類型的開(kāi)挖量。（6）航道出圖，Civil 3D 還支持用戶根據(jù)自身專業(yè)定制出圖格式，方便批量出圖，見(jiàn)圖3。

圖3 Civil 3D 生成的疏浚斷面/m

2.4 護(hù)岸工程

護(hù)岸工程的設(shè)計(jì)與灘地高程密切相關(guān)，在非規(guī)則斷面位置往往難以統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確的工程量。利用Civil 3D 中的“部件”功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以有效地解決這個(gè)問(wèn)題。“部件”指的是組成橫斷面的基本設(shè)計(jì)元素，Civil 3D 自帶的Subassembly Composer（部件編輯器）功能，通過(guò)可視化的編程界面和交互方式，不需要專業(yè)的編程語(yǔ)言便可設(shè)計(jì)各種復(fù)雜的橫斷面，很大程度上解決了設(shè)計(jì)人員不懂編程的難題。對(duì)于非規(guī)則斷面或?yàn)┑馗叱套兓暮蕉卧O(shè)計(jì)，其優(yōu)勢(shì)尤其凸顯。護(hù)岸結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)過(guò)程見(jiàn)圖4。

圖4 護(hù)岸設(shè)計(jì)流程

將設(shè)計(jì)好的部件導(dǎo)入到Civil 3D 中后，可以為護(hù)岸定義材質(zhì)，從而準(zhǔn)確得到護(hù)岸各分項(xiàng)工程量，也可以在Civil 3D 中進(jìn)行批量出圖。

2.5 碼頭工程

常規(guī)的碼頭設(shè)計(jì)存在方案可視化較差，多專業(yè)協(xié)調(diào)工作繁瑣，方案修改后帶來(lái)的圖紙變更工作量大等問(wèn)題。利用Revit 開(kāi)展碼頭正向設(shè)計(jì)可以有效解決上述設(shè)計(jì)問(wèn)題。（1）Revit 采用三維建模的設(shè)計(jì)理念，所有設(shè)計(jì)工作在三維模型上開(kāi)展，使得設(shè)計(jì)變得更加直觀，碼頭Revit 模型見(jiàn)圖5。（2）Revit 的核心是可以定義參數(shù)化的構(gòu)件，當(dāng)修改其中一個(gè)構(gòu)件時(shí)，所有同類型的構(gòu)件可以實(shí)現(xiàn)全部自動(dòng)更新。（3）Revit 提供多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，所有專業(yè)可以在同一個(gè)模型上進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，方案修改及時(shí)高效、專業(yè)協(xié)調(diào)方便快捷。Revit 所創(chuàng)建的模型不僅是三維的幾何模型，還是有效的參數(shù)化信息載體，可以方便傳遞到工程全周期的施工及運(yùn)維階段，模型建成后展示效果見(jiàn)圖6。

圖5 Revit 建立的碼頭模型

圖6 碼頭模型BIM 展示效果

2.6 配套工程

本工程管理區(qū)需配建辦公樓、倉(cāng)庫(kù)等建筑物，建筑采用Revit 建模。首先是建立建筑標(biāo)高軸網(wǎng)，然后進(jìn)行墻窗等系統(tǒng)族的建立，后面對(duì)細(xì)部結(jié)構(gòu)采用可載入族建模，最后進(jìn)行細(xì)表統(tǒng)計(jì)及出圖設(shè)置，管理區(qū)Revit 建模見(jiàn)圖7。模型建立完成后導(dǎo)入到Infraworks 軟件里進(jìn)行三維展示。Infraworks 里自帶一些常規(guī)模型，例如植物、車輛、道路設(shè)施等，直接調(diào)用不需要再通過(guò)Revit 建模，提高了設(shè)計(jì)效率，并且有很好的展示效果，見(jiàn)圖8。

圖7 維護(hù)基地管理區(qū)Revit 建模

圖8 維護(hù)基地管理區(qū)效果

3 結(jié)語(yǔ)

（1）結(jié)合京杭運(yùn)河大清河航道工程對(duì)BIM 技術(shù)在航道工程中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹，根據(jù)BIM 技術(shù)的可視化、參數(shù)化、協(xié)調(diào)化及一體化的特點(diǎn)，應(yīng)用BIM 軟件在航道疏浚工程、護(hù)岸工程、碼頭工程及配套工程進(jìn)行設(shè)計(jì)，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中可視化較差、工程量統(tǒng)計(jì)易出錯(cuò)、多專業(yè)協(xié)調(diào)工作繁瑣及方案出圖工作量大等問(wèn)題，在設(shè)計(jì)階段可以提高設(shè)計(jì)效率及設(shè)計(jì)質(zhì)量，有廣泛的工程應(yīng)用價(jià)值。（2）BIM 技術(shù)在內(nèi)河航道工程中的應(yīng)用還處于探索階段，目前尚未有標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)流程和應(yīng)用規(guī)范，軟件及設(shè)計(jì)平臺(tái)在水運(yùn)工程專業(yè)仍需優(yōu)化完善。（3）隨著BIM技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，在水運(yùn)工程領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，最終實(shí)現(xiàn)水運(yùn)工程全生命周期的BIM應(yīng)用。