基于BIM的流道模板施工技術

盧 杰，范浩威，馬定球

(廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東 東莞 523710)

流道是水工建筑物進出水系統的重要組成部分，為水工建筑物提供良好的進出水流態，對充分發揮效率和水力性能有著重要的作用。按流道形狀可以分為蝸殼形、肘形、鐘形、簸箕形、箱涵式、斜式等，流道在正向進水或側向進水方式下，都容易發生偏流、脫壁回流、旋渦等不良水流現象，從而影響到水流流態。由于異形流道模板制作難度大，若采用傳統的施工工藝靠經驗一邊拼裝一邊下料法，不但施工進度慢，材料浪費多，施工成本高，而且質量難以控制。為解決上述問題,通過在佛山市禪城區奇槎泵站等工程的探索應用，形成了一套基于建筑信息模型(Building Information Modeling，以下簡稱BIM)的流道模板施工技術，可為各種異型流道模板的制造提供借鑒。

1 工程概況

佛山市禪城區奇槎泵站工程任務是拆除舊奇槎水閘后新建奇槎排澇泵站、自排涵閘及引水站，同時對站前內涌、外江排洪渠及站區環境進行綜合整治和綠化提升。奇槎排澇泵站設計排水流量為48.0 m3/s，引水閘門設計引水流量為10 m3/s，總裝機容量為7 400 kW，安裝4臺1 800ZXB12-4.8型斜式軸流泵。泵站進口流道進口為矩形，進口底板高程為-3.80 m，頂部高程為-0.05 m，寬度為5.5 m，為方轉圓水工曲面。泵站出水流道出口為圓形，出口底部高程為-1.507 m，頂部高程為1.293 m，寬度為2.8 m，為圓轉方水工曲面。流道剖面示意見圖1。

圖1 流道剖面示意(單位：高程m)

2 技術原理

2.1 基本原理

利用BIM技術，形成流道模板三維空間實體模型，利用可視化界面，獲取加工構件詳圖，在工廠采用數控機床進行機械化切割配模；通過三維模擬技術交底，直觀地顯示流道模板的制作過程，提高工地現場拼裝速度。

2.2 理論基礎

利用Autodesk Revit及Computer Aided Design建立三維模型，利用Unigraphics NX進行有限元分析，利用徠卡測量儀器進行三維表面測量。

2.3 主要過程

2.3.1建模

按照進出水流道設計的尺寸及有關數據，利用BIM軟件建立三維模型，對模板支撐系統受力情況進行有限元分析，直觀顯示模型在施工過程中的應力應變分布情況，達到模板骨架支撐系統設計最優化的目的。

2.3.2虛擬切割與拼裝

模型按照不同受力面結合龍骨間距合理切割劃分網格，創建模板材料導入模型模擬拼裝成實體圖，直觀顯示出拼裝的誤差，對各塊模板進行編碼處理，提取明細表，以方便查找和定位，提高了后期拼裝的效率。

2.3.3模板制作與安裝

工廠采用數控機床根據模型圖數據進行機械化切割配模，結合受力計算及經濟考慮，選擇好面板、圓弧帶、內支撐骨架模板尺寸。由于每個骨架的直線段及轉角圓弧半徑均不同，故根據每個骨架尺寸和受力情況分別進行設計制作加工，制作好各種骨架后運送至工地現場進行拼裝，模板面板按照上下左右循環順序對稱均衡拼裝以消除累積誤差。

取干燥的具塞試管3支，分別編號為1、2、3，在1號試管（對照組）中加入5 mL乙醛（40%），2號試管中加入5 mL乙醛（40%）、0.1 g乙醛脫氫酶，3號試管中加入5 mL乙醛（40%）、0.1 g乙醛脫氫酶和1.0 g余甘果果肉，混勻蓋緊塞子，37℃放置10 h，然后測定乙醛含量。每組實驗均做3組平行實驗。

2.3.4吊裝及現場加固

采用吊車加平板運輸車對制造好的流道進行吊裝運輸，將流道模板安裝在預埋定位筋和預埋鋼筋上，焊結鋼筋配合法蘭螺絲緊固以防止在混凝土澆筑的過程流道模板發生位移，從而確保流道的安全性和穩固性。

2.3.5模板驗收及混凝土澆筑

流道模板驗收合格后進行混凝土澆筑。

3 施工流程及操作要點

3.1 施工流程

施工準備→BIM建模→受力分析→虛擬切割及編碼→數控制造→骨架及面板拼裝→吊裝運輸→現場安裝加固→聯合驗收→混凝土澆筑→混凝土養護→拆模驗收。

3.2 操作要點

3.2.1運用BIM技術建模

1) 流道模型建摸

利用軟件建立三維模型圖，設計支撐系統，復核計算支撐系統受力情況；在滿足施工要求前提下，結合經濟因素及受力分析，最終確定裝訂面板、圓弧帶以及支撐骨架。進水流道模型示意見圖2。

圖2 進水流道模型示意

模型導進UG軟件，進入高級仿真模塊，基于當前部件新建FEM和仿真進行3D四面體網格劃分，指派材料輸入木材，進水流道模型指派材料示意見圖3；對模型進行約束，進水流道模型固定約束示意見圖4；輸入荷載，進水流道模型輸入受力示意見圖5；計算求解，導出結果報告查看變形圖及數值，進水流道模型變形示意見圖6。

圖3 進水流道模型指派材料示意

圖4 進水流道模型固定約束示意

圖5 進水流道模型輸入受力示意

圖6 進水流道模型變形示意

2) 流道模型分解

BIM軟件revit新建公制體量，根據各個斷面尺寸創建二維草圖，選取各個草圖放樣融合成實體模型，進水流道斷面數據見表1；進水流道斷面示意見圖7；進水流道實體示意見圖8。

表1 進水流道斷面數據 mm

圖7 進水流道斷面示意

圖8 進水流道實體示意

3.2.2虛擬切割與編碼

1) 概述

虛擬切割流道模板為重要關鍵技術，模板表面曲線弧度較大，表面面板能否彎曲成型，計算分割每1塊拼板的安裝尺寸，每塊拼板之間的預留縫細，直接影響了整個流道質量的好壞。

2) 模板切割提取數據

在模型體量中，依據結構受力分析結果，確定模板龍骨間距及面板板條尺寸，形成實體圖，給所有嵌板1個獨立標記，提取明細表。進水流道模型切割示意見圖9；進水流道骨架示意見圖10。

圖9 進水流道模型切割示意

圖10 進水流道骨架示意

3.2.3模板制造與安裝

根據模擬切割提取的數據，通過數控機床進行骨架及面板的加工，接著在操作平臺上進行骨架及面板拼裝，模板面板按照上下左右循環順序對稱均衡拼裝。流道現場放樣測量示意見圖11；流道骨架面板裝訂示意見圖12。

圖11 流道現場放樣測量示意

圖12 流道骨架面板裝訂

4 質量控制措施

4.1 建模

根據施工藍圖尺寸繪制流道模板三維骨架圖，與原設計圖進行對比復核；合理分布龍骨間距，通過UG軟件進行有限元法分析，保證龍骨穩定性。

4.2 制造與拼裝

數控機床下料時重復核對數據正確后進行加工，制作好的流道模板統一編碼、分類堆放保管，面板拼裝時，保證面板材料兩端擱放在龍骨骨架上，模板面板按照上下左右循環順序對稱均衡拼裝以消除累積誤差，保證誤差值在1.5mm以內。

4.3 現場安裝

流道模板現場安裝時，通過測量儀器進行流道軸線放樣，尺寸復核無誤后進行流道安裝。流道質量標準應符合《水工混凝土施工規范》(SL 677—2014)的規定。

5 效益

5.1 經濟效益

與邊拼裝邊下料的傳統施工方法比較，基于BIM的流道施工技術不但縮短施工工期，節省材料，而且改善了施工作業環境，保障了作業人員安全，杜絕事故發生。經驗法與信息化施工技術效益分析比較見表2。

表2 效益分析比較

5.2 社會效益

解決了流道的施工難題，使得水泵運行時，水流流態平穩，不發生偏流等不良水流現象。流道模板的提前完工，意味著建筑物整體提前發揮效益，讓當地百姓受益，有利于社會可持續發展。

6 結語

此施工技術適用于異形混凝土結構木模板施工，在水利工程異形流道木模板施工中具有更好的效益，根據其可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性、先進性及科學性等特點，結合異形流道模板的制造安裝進行成本、精度和進度控制。與傳統施工方法相比，基于BIM的流道模板施工技術形成的實體外觀質量好，結構安全可靠，為同類流道的施工積累了一定施工經驗，值得推廣。