BIM 技術在三峽庫區深水靠船墩錨地設計中的應用

王海濱

（長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443002）

我國“十一五”期間已將BIM 技術列入國家戰略性前瞻性技術來研究。與建筑領域相比，BIM 在水運基礎設施的應用相對滯后。因此，對水運基礎設施BIM的應用進行整體把握并提出相應的行業應用推廣建議，對全面改變水運基礎設施領域信息化應用水平的滯后現狀具有重要意義。2016 年，交通運輸部將BIM 技術在交通建設行業的應用規劃為“十三五”期十大重大技術方向和技術政策之首。2017 年12 月，交通運輸部辦公廳發布“關于推進公路水運工程BIM 技術應用的指導意見”，在公路水運工程中大力推進BIM 技術的應用，提升公路水運工程建設品質，落實全生命期管理理念。

1 工程概況

三峽庫區舊州河錨地位三峽壩上歸州水道右岸（長江上游航道里程82.5～86.2km），主要建設5000 噸級危化品錨位8 個，每個錨位由2 個直立式靠船墩組成。每個錨位可滿足4 艘5000 噸級危化品船并靠，水工結構滿足風速小于6 級時8 艘5000 噸級普通貨船靠泊要求，配套建設電纜接岸棧橋、岸電設施、導助航設施等。

工程區域位于新華夏系第二隆起帶上，西有四川盆地，東有江漢平原，北北東向的新華夏構造在壩區北部被強大的緯向構造-秦嶺東西向構造帶所限制，淮陽山字型的西翼直插本區。錨地區域巖土層空間分布特征明顯，層位分布穩定，規律性較強。基巖各巖層呈互層狀伴隨，隨地形起伏較大，巖體內節理、裂隙發育，局部巖體破碎，大部分區域覆蓋層較薄，局部覆蓋層較厚。根據區域地質資料及鉆孔揭露，勘區主要為第四系沖積成因淤泥質土、坡積粉質黏土及侏羅紀（J2）泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、粉細砂巖等。

2 結構方案比選

根據工程區域地質條件，水工結構物基礎可采用鉆孔灌注樁，根據結構物規模、荷載大小選擇基巖作為樁基持力層。靠船墩型式在高樁墩臺結構和高樁框架結構兩種方案之間進行比較選擇。

圖1 3#錨位高樁墩臺結構剖面圖

方案一：靠船墩采用高樁墩臺結構，墩臺頂標高為164.0m，墩臺之上設置4 根鋼筋混凝土立柱；立柱頂設鋼筋混凝土平臺，平臺頂標高為179.0m；墩臺之下設9 根鉆孔灌注樁。方案二：靠船墩采用高樁框架式結構，樁基采用9 根灌注樁，施工水位以上采用8 根鋼立柱（內灌混凝土）；立柱頂部設置鋼平臺，頂高程為179m。兩種方案優缺點比較見表1。

表1 靠船墩結構方案對比表

從工程投資、工期保障、使用方便等方面考慮，采用方案一。靠船墩采用高樁墩臺結構，墩臺之上設置4根鋼筋混凝土立柱，墩臺之下設9 根鉆孔灌注樁，臨江側3 根樁基外設2 根鋼靠船構件和5 層系纜平臺；錨位緊鄰下游側系靠船墩上緣設置1 套岸電設施，主要包括導向架、電纜卷筒、接電箱平臺、限位浮箱和提升絞車；錨位岸電設施所需電纜通過電纜接岸棧橋由陸上接入系靠船墩頂部平臺，電纜接岸棧橋采用樁基架空結構，上部結構為實腹式鋼聯橋，基礎采用單根灌注樁。

3 總體設計

3.1 應用標準

2019 年，交通運輸部組織有關單位在總結大量國內水運工程信息模型應用經驗的基礎上，借鑒國內外相關標準，吸納水運工程信息模型應用先進技術，結合我國水運工程信息模型應用現狀和發展需求先后制定了JTS-T198-1-2019 水運工程信息模型應用統一標準、JTS-T198-2-2019 水運工程設計信息模型應用標準和JTS-T198-3-2019 水運工程施工信息模型應用標準三部水運工程信息模型標準，解決水運工程缺乏相應的信息模型標準的問題，推進信息模型在水運工程中的應用。

大水位差深水靠船墩設計與其他建筑設計存在較大差別，靠船墩主體結構分為上、下部結構。下部結構主要由樁基、鋼橫撐、鋼縱撐等組成，構件形式較為簡單。上部結構相對復雜一點，包括靠船構件、系纜平臺以及岸電設施的導向架、電纜卷筒、接電箱平臺、限位浮箱和提升絞車等。由于Autodesk 設計平臺開放性強、有較多的配套軟件和對象庫，核心建模軟件Revit 其他有關軟件與有很好的交互性[3]。結合靠船墩結構的特點，Autodesk 可以滿足BIM 設計需要，完成項目設計工作。同時Autodesk 平臺也存在對大體量模型的支持能力不足和Revit建模軟件在復雜曲面的造型能力不足的問題，但是考慮到靠船墩結構整體上來說比較方正，還可以利用Autodesk 公司的Inventor 軟件對有比較復雜的曲面結構的系船柱進行建模，通過BIM 交換功能轉換成Revit族使用，可以有效解決上述問題。

3.2 總平面圖布置

本工程BIM 設計主要包含有：總平面布置、導助航設施、水工建筑物、岸電設施、碰撞檢查和工程量計算。總平面布置包括錨泊方式展示和平面布置方案。通過結合衛星云圖和精確的勘測地形對工程平面布置進行了可視化模擬。如圖2 所示，勘測資料導入BIM 建模軟件后生成三維地形，用模型線繪制出結構輪廓，統一各專業項目基點。此文件被存為項目中心文件，各專業將在此文件基礎上進行BIM 設計。

圖2 舊州河錨地總平面布置

3.3 水工建筑物

不同于傳統建筑專業可直接使用大量BIM 建模軟件的內部系統族，水工建筑物BIM 設計包含了大量不規則結構建模。為了準確的包含所有的設計信息，在進行BIM 設計之前，對水工結構進行了構件級分解。為了適應設計的多樣性和族文件的延伸應用，對所有構件進行了參數化建模。參數化的族可以根據需要直接通過修改數值來對模型進行修改。所有的構件組導入中心文件，根據需要進行模型搭建，形成最終的結構模型。與此同時也建立起了一個屬于本項目的小型族庫和材質庫，并在中心文件中進行共享，方便各專業進行使用和材質統一。

圖3 水工結構構件分解

利用Inventor 對岸電浮箱軌道架進行三維設計，并輸出adsk 格式的族文件，再加載到Revit 軟件之中，為本工程提供搭建BIM 模型的族文件。

3.4 碰撞檢查

通過BIM 模型進行三維可視化設計，直觀地反應出由于想象能力的不足所帶來的細節碰撞，提高設計效率和工程量統計精確度。可有效減少設計修改帶來的各專業間溝通時間和信息丟失。

在圖4 中可見，墩臺的平面設有限速靠泊標志、岸電電纜卷筒、提升絞車和鋼爬梯出口。通過以水工結構為基礎的中心文件，各個專業在進行設計時直接避免不必要的結構碰撞，減少設計返工時間，使各專業之間的協同設計更有效率。除了直觀的碰撞，結構內部的碰撞通過專業軟件進行檢查，通過檢查報告找到碰撞構件進行設計優化，碰撞檢查如圖5 所示。

圖4 3#錨位靠船墩俯視圖

圖5 碰撞檢查

3.5 后續設計及應用

本項目BIM 設計以總平面布置為基礎，水工建筑物為結構中心文件，方便各專業同時進行設計。通過使用BIM 平臺，在設計階段直接規避常見設計問題，提高專業間溝通效率，有效減少信息傳遞的流失，從而起到提高設計質量的效果。設計階段BIM 模型因為包含膨大的數據，所以可以在施工圖設計階段對模型進行精細化的分解，將整個項目分解到最小的組成構件，再根據實際施工方案進行拼接。通過運用BIM 模型對實際施工流程進行一次數字化模擬，可以有效地幫助發現實際施工中可能會出現的困難點。同時，運用Navisworks Manage 結合Project 軟件，可以對項目進行施工進度（4d）和費用（5d）模擬，賦予各構件工期及造價屬性，可以進行施工進度就費用工程模擬，通過直觀的對比，控制施工進度、費用。

在施工期間，利用BIM 管理平臺，可讓業主方、設計方、施工方、監理方僅通過移動設備對項目進行進度、費用問題管理。同時在施工現場，通過移動設備，發現問題及時上報，即時解決，大大減少了時間成本，從而加快項目施工進度。

4 結語

本文結合三峽庫區深水靠船墩結構特點的特點，選擇Autodesk 作為主力平臺進行三維建模，為了提高效率，引入BIM 的參數化建模思想，分析并設計場景的參數化建模思路，提出了庫區深水靠船墩參數化建模方法，實現了集成可視化交互、信息交互、交互建模以及分析應用的一體化空間的三維可視化場景。

通過對深水靠船墩模型的構建與應用，結合其他真實水運工程場景具有結構復雜和種類多樣的特點，后續仍有包括場景要素的參數化建模、BIM 模型與多源數據的融合等問題需要進一步展開研究。