BIM技術(shù)與智慧工地在內(nèi)河航道整治工程中運(yùn)用分析

◎ 廖瑾平 江西省贛中航道事務(wù)中心

由于整個內(nèi)河航道整治工程的耗時較長，極易受到外界環(huán)境等多方面因素的影響，因此就導(dǎo)致頻繁返工、成本難以管控等情況時有發(fā)生。隨著當(dāng)前社會對于內(nèi)河航運(yùn)的重視，使得航道工程整治作業(yè)要求不斷提高、規(guī)模不斷增大，若是仍沿用以往的施工方式，則無法滿足現(xiàn)階段的需要，相關(guān)人員需要朝著智慧化、自動化、信息化的方向發(fā)展。

1.工程概況

贛江新區(qū)樞紐-南昌段已大體達(dá)到Ⅲ級航道標(biāo)準(zhǔn)，該河段主要表現(xiàn)為枯水、水深不足等特性，在一定程度上限制了本地水運(yùn)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，依據(jù)當(dāng)前相關(guān)政策規(guī)定，擬計劃建設(shè)Ⅱ級航道贛州水尺-龍頭山樞紐段約400km。通過實(shí)地調(diào)查可知，該河段位于贛江下段，上至新干樞紐壩下，下道南昌姚灣，總長96km，包含天然航道龍頭山樞紐-南昌段35k m，新干樞紐-龍頭山樞紐61km，主要由炸礁、疏浚、筑壩、護(hù)岸等施工環(huán)節(jié)構(gòu)成，具體施工概況如表1。本工程總計投入資金余約76000萬元。

表1 工程施工概況

2.BIM技術(shù)在施工階段的應(yīng)用

2.1 模型劃分

通過對以往BIM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行分析可知，主要是將施工現(xiàn)場需要以及設(shè)計理念為基礎(chǔ)進(jìn)行方案設(shè)計，為充分凸顯BIM技術(shù)的全生命周期特性，保證工程量匯總、模擬施工、落實(shí)管控等環(huán)節(jié)的質(zhì)量，相關(guān)人員則需要參考施工進(jìn)度及使用工藝對現(xiàn)有模型進(jìn)行深化，盡可能保證得到的模型符合實(shí)際的建設(shè)需要。在分階段設(shè)計施工進(jìn)度方案時，需要保證各模型命名的一致性，以統(tǒng)一格式，并利用可視化編程模塊為其添加身份標(biāo)識、坐標(biāo)信息等，為工程檢驗(yàn)、管控工作提供便利。

2.2 模型創(chuàng)建及應(yīng)用

內(nèi)河航道整治工程需要技術(shù)人員利用BIM技術(shù)將樁基、航道、走向等因素以建模的方式直觀展現(xiàn)在人們面前。為有效解決當(dāng)前樁基數(shù)量多、沿岸走向多變等問題，技術(shù)人員可利用可視化編程模塊解決樁基模型放置混亂的問題，如圖1，可將鋼板樁、灌注樁模型等按照實(shí)際施工需要以特定的角度、間距進(jìn)行放置，具有與實(shí)際現(xiàn)場狀況等比還原、排列間隔均勻、搭接工作連貫等特點(diǎn)[1]。

圖1 利用可視化編程模塊自動放置樁模型

對于航道斷面多、過度不明顯等問題，技術(shù)人員可利用部件編輯器構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)航道，自動尋找護(hù)岸邊界高程及面積信息，完善現(xiàn)有的航道模型，做好后續(xù)的技術(shù)交底工作。以某河段為例，利用BIM技術(shù)在3D三角網(wǎng)格體積曲面建立對應(yīng)模型，可明確得到各不同性質(zhì)土石方量的數(shù)據(jù)，如表2，便于施工人員明確掌握3D土石方量分布現(xiàn)狀，如圖2，極大提升了斷面計算數(shù)據(jù)的精確度。

圖2 三維土石方量計算

表2 三維土方量高程分布表

以BIM模型為基礎(chǔ)，可創(chuàng)建出符合實(shí)際需要的施工設(shè)計仿真圖紙，并通過提前進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整已有的施工方案，避免出現(xiàn)各類返工問題。另外為充分展現(xiàn)出BIM技術(shù)的可視化特點(diǎn)，技術(shù)人員也可以利用VR設(shè)備及配套技術(shù)進(jìn)行深入體驗(yàn)，做好技術(shù)交底工作，保證施工人員可充分掌握作業(yè)重點(diǎn)、難點(diǎn)、要點(diǎn)。

2.3 多源模型輕量化集成及應(yīng)用

在開展實(shí)際作業(yè)期間，技術(shù)人員可利用無人機(jī)設(shè)備對整個工程全貌進(jìn)行拍攝，通過設(shè)定控制點(diǎn)、規(guī)劃飛行路線保證獲取數(shù)據(jù)的精確性，并以三角測量的方式對獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、計算，組建實(shí)際施工現(xiàn)場作業(yè)模型，保證分區(qū)規(guī)劃的科學(xué)性及合理性，為后續(xù)區(qū)域搬移、現(xiàn)場管理、工程量計算等環(huán)節(jié)的推進(jìn)提供可靠參考。該項(xiàng)目工程中主要利用了國產(chǎn)BIM瀏覽器建立了對應(yīng)的輕量化平臺，并使用配套的編輯器對現(xiàn)場模型進(jìn)行深入優(yōu)化，在一定程度上避免出現(xiàn)模型變形、空洞等情況。并利用光柵化處理工具在GIS底圖上添加對應(yīng)坐標(biāo)，使用地圖瓦片服務(wù)中的地圖服務(wù)坐標(biāo)系將GIS底圖、BIM模型、實(shí)景模型等各文件的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，最終繼承得到網(wǎng)頁端多源模型，為后續(xù)的智能管控打下基礎(chǔ)[2]。

3.BIM技術(shù)與智慧工地在內(nèi)河航道整治工程中的具體應(yīng)用

3.1 混凝土動態(tài)監(jiān)管

技術(shù)人員可充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢對原材料的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、傳輸，數(shù)據(jù)平臺將以此為基礎(chǔ)對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、整合，并自動生成信息報表，為管理人員的工作提供便利。以智慧工地為方式，可對材料的入場時間、材料混合比例、拌勻時間、實(shí)驗(yàn)結(jié)論等環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，保證對整個攪拌過程進(jìn)行動態(tài)監(jiān)管。另外，運(yùn)輸車輛及混凝土物料之間存在關(guān)聯(lián)性，技術(shù)人員可通過調(diào)閱運(yùn)輸車輛的接料量、運(yùn)輸時長、使用部位等內(nèi)容，使得混凝土建材可在接料、運(yùn)輸期間進(jìn)行溯源。此外，混凝土施工部位及用量之間也存在一定的線性關(guān)系，施工人員可通過精確配比計算明確由于配料錯誤導(dǎo)致澆筑工作不到位的具體區(qū)域，并自動計算出最佳作業(yè)時間，保證混凝土施工質(zhì)量。

3.2 施工過程實(shí)施監(jiān)管

對于實(shí)際施工現(xiàn)場無法有效監(jiān)管的問題，管理人員可利用門禁卡、電子護(hù)欄、車輛記錄儀、智能安全裝置、AI識別自動抓拍等先進(jìn)設(shè)備對在場工作人員進(jìn)行全過程管理。并利用移動布控球、傳感及定位裝置等對車輛及船只進(jìn)行實(shí)時管理，從線上進(jìn)行遠(yuǎn)距離管控。使用環(huán)境檢測體系對噪聲、揚(yáng)塵等污染廢棄物進(jìn)行檢測，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的分析、挖掘。當(dāng)出現(xiàn)揚(yáng)塵問題時，可自動開啟噴霧作業(yè)，保證粉塵與水霧形成沉淀，達(dá)到環(huán)保目的。施工人員也可以利用配套的收集軟件對工程質(zhì)量進(jìn)行拍攝，定期開展安全巡檢活動，保證內(nèi)河航道整治工作的智能化。

3.3 施工環(huán)節(jié)協(xié)同管理

在BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的基礎(chǔ)上，為保證內(nèi)河航道整治工作的管理水平，全體參建人員需要充分發(fā)揮智慧平臺的優(yōu)勢，整合手機(jī)軟件開展線上辦公。智慧工地平臺涵蓋了合約管理、檔案管理、設(shè)備管理、應(yīng)急管理科技創(chuàng)新、等多種功能，可保證各類信息數(shù)據(jù)得到共享，落實(shí)線上審批流程作業(yè)，在一定程度上促進(jìn)了管理工作效率的提高。對于現(xiàn)階段安全施工管理工作不到位等情況，利用智慧工地平臺可從源頭對引發(fā)風(fēng)險隱患的因素進(jìn)行管控，加強(qiáng)新進(jìn)員工的入職教育力度，保證管理質(zhì)量的顯著提高。

3.4 施工工序線上報驗(yàn)

內(nèi)河航道正式施工期間存在極多的隱蔽施工區(qū)域，相關(guān)人員需要有針對性地對各施工要點(diǎn)進(jìn)行控制。綜合現(xiàn)場實(shí)際施工需要，設(shè)計人員可預(yù)先對管理平臺上的環(huán)節(jié)劃分、工作流程進(jìn)行提前安排，保證BIM模型、BIM輕量化平臺及智慧工地管理系統(tǒng)的融合使用，并利用配套軟件對實(shí)際遇到的各類隱蔽問題進(jìn)行反饋、上報，以視頻、圖片的方式保證信息真實(shí)性，自動生成表格、填報具體位置，保證各項(xiàng)報驗(yàn)工作全部可在線上完成，提升內(nèi)河航道整治工作的自動化、電子化[3]。落實(shí)工序報驗(yàn)環(huán)節(jié)的主要優(yōu)勢在于以下幾點(diǎn)。第一，以模型命名作為確定信息內(nèi)容的主要參照，保證各報驗(yàn)部位與BIM模型之間的緊密聯(lián)系，并通過BIM輕量化平臺進(jìn)行直觀展示。第二，利用不同顏色對模型區(qū)域進(jìn)行區(qū)分，可使施工人員更為直觀地掌握尚未施工、正在施工、結(jié)束施工的區(qū)域，便于相關(guān)人員把握整體作業(yè)效率。第三，以點(diǎn)選部件的方式，使得監(jiān)管人員可直接掌握具體的工程部位、作業(yè)流程、相關(guān)責(zé)任人等信息，提升整治工作的溯源水平。第四，通過調(diào)整進(jìn)度條可直觀了解施工順序流程，為管理人員的工程跟進(jìn)提供條件。與以往的4D進(jìn)度模擬相比，此方式具有自動、實(shí)時的特點(diǎn)，可保證BIM模型在進(jìn)度管控、質(zhì)量管理等環(huán)節(jié)充分發(fā)揮其使用優(yōu)勢。

3.5 施工數(shù)據(jù)實(shí)時管理

在進(jìn)行灌注樁施工作業(yè)期間應(yīng)保證其連續(xù)性。相關(guān)人員需要首先利用各類BIM建模軟件及可視化編程軟件創(chuàng)建模型，明確各項(xiàng)工程數(shù)據(jù)，并上傳至處理平臺上。利用差分定位技術(shù)對打樁機(jī)安裝位置進(jìn)行導(dǎo)航，保證施工精確性。施工人員可利用基礎(chǔ)儀器組合法、諧振音叉?zhèn)鞲屑夹g(shù)，將成孔及泥漿檢測相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至平臺進(jìn)行進(jìn)一步處理，保證對整個灌注樁施工作業(yè)進(jìn)行全面管理。對于混凝土建材有效使用率等問題，相關(guān)人員則需要將反應(yīng)混凝土及鋼筋結(jié)構(gòu)抗壓、抗折能力的數(shù)據(jù)經(jīng)由物聯(lián)網(wǎng)傳輸至管理平臺，保證各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均可做到有據(jù)可查，確保整體檢測流程的源頭可溯性，保證工程材料質(zhì)量的可靠性[4]。

3.6 落實(shí)施工重點(diǎn)

通過利用BIM以及智慧工地技術(shù)對項(xiàng)目進(jìn)行深入分析，可確定具體的施工流程、工藝等建設(shè)要素，對于部分演變速度較緩的航道，應(yīng)盡量保證一次到位；對于流速大、演變快、周遭情況復(fù)雜、常發(fā)生淤塞的航道應(yīng)首先掌握可能影響施工正常推進(jìn)的具體原因，再確定施工方式。護(hù)岸施工以護(hù)腳-削坡-鋪反濾層、護(hù)面的流程推進(jìn)。拋壩施工則應(yīng)首先對后開工的堤壩開展作業(yè)，由下游逐漸推進(jìn)至上游，避免發(fā)生上游丁壩產(chǎn)生挑流回淤問題影響下游航道安全，如在主流區(qū)作業(yè)，則需要保證先修整上游第一條丁壩，再進(jìn)行后續(xù)下游丁壩的施工。在對丁壩進(jìn)行整改時，若是縱斷面形狀是由壩根向壩頭逐漸加深，則需要采用壩根向壩頭延伸的方式進(jìn)行作業(yè)，反之則需要先向壩根拋石50m左右，再由壩頭向壩根處延伸作業(yè)。若丁壩縱斷面呈現(xiàn)中間深、兩側(cè)淺的形態(tài)，則需要以壩根、壩頭同時向中間施工的方式進(jìn)行作業(yè)。

4.結(jié)論

綜上而言，BI M技術(shù)具有協(xié)調(diào)性、可視化等多方面的優(yōu)勢，極大提升了內(nèi)河航道整治工作質(zhì)量。相關(guān)人員需要以大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)為主，對整體施工流程進(jìn)行創(chuàng)新，可極大提升施工現(xiàn)場的工作、決策、管理速度，使得管理平臺朝著物聯(lián)網(wǎng)端與管理端協(xié)同作業(yè)的方向發(fā)展。內(nèi)河航道整治工程與以往的房屋建設(shè)工作存在極大差異，為保證最終成效，相關(guān)人員需深挖實(shí)際工程建設(shè)需要，發(fā)揮BIM技術(shù)的周期性特點(diǎn)，與智慧工地技術(shù)進(jìn)行充分結(jié)合，保證管控工作的全面性及高效性，使得內(nèi)河航道整治工程具備智慧化、可視化特質(zhì)。