BIM 技術在船閘工程建設中的應用

魏玲

（棗莊市港航和機場建設發展中心，山東 棗莊 277800）

船閘工程具有涉及專業多、施工周期長、交叉施工多、協調工作量大等特點，施工難度與復雜程度相對較高?，F將廣泛應用于工程建設領域的BIM 技術引入船閘工程建設管理中，對優化施工組織設計、減少返工與整改、提高工程質量和生產效率、節約成本和縮短工期等具有重要作用。

1 項目概況

擬建船閘建設標準為Ⅱ級，與現有船閘軸線距離89 米，有效尺度為230 米×23 米×5 米（長度×寬度×門檻水深），設計年單向通過能力2900 萬噸，上游引航道采用“直線進閘、曲線出閘”，兩閘共用引航道；下游引航道采用“曲線進閘、直線出閘”，與原船閘分設引航道，下游靠船墩布置在兩閘引航道之間，兩閘共用靠船墩。項目主要建設內容包括船閘主體工程、上下游導靠航建筑物、上游導航段橋梁改建、跨兩線船閘交通橋及防洪大堤退建等配套和附屬設施。

2 項目特點與控制目標

2.1 項目特點分析

（1）工期緊張。項目計劃工期36 個月，要完成土地征遷、棄土區選用、管理區臨時堤防建設與拆除、工程施工、交工驗收、船閘調試等工作，與水利、國土等部門協調工作量大，建設內容多，施工周期長。

（2）施工難度大。項目包括水工、電氣、金屬結構、堤防、橋梁、房建等多個專業；一線船閘與擬建船閘共用下游引航道，施工的同時不能影響正常通航，施工空間狹窄；混凝土結構物高度為十至二十米，存在大量的大體積混凝土施工和高大模板安裝與拆裝；項目分成兩個標段，交叉施工較多。

引入BIM 技術將為工程項目信息化提供有力的技術支持，使得項目建設實現可視化、信息協同化，促進項目建設質量和管理水平的提升[1]。

2.2 項目控制目標

以施工圖為基礎，通過對工程數據信息進行三維立體建模和模擬分析，向參建單位提供直觀、可視的模擬施工場景，在一定程度上克服了二維圖紙的抽象性造成的參建各方的識圖差異，促進各方對項目信息的了解和認同，有利于統一交流意圖，減少審閱時間；通過模擬工程施工過程，預測可能存在的問題，提前考慮調整方案和應對措施，避免返工造成的人財物浪費，為開展施工圖繪審、工程量復核、施工方案編制、施工現場監測等提供高效的技術支撐。

3 BIM 技術在船閘施工中的應用

3.1 總體實施方案

結合船閘工程的重點難點分析，利用 Revit、3dMax等建模軟件對閘門、閘室、閘首、浮式系船柱等復雜結構進行3D 建模，利用Navisworks、Lumion6.0 進行碰撞檢測、4D 模擬施工、應力分析（見圖1）、動畫演示等，建立可視的施工流程與施工情境，輔助調整優化設計方案，提高項目數字化水平。

圖1 閘室結構與閘門應力分析

尤其是重點工藝工序、新型施工工藝及交叉施工，制定專項施工方案是保證工程順利實施的基本條件。通過對施工過程進行精細化模擬，檢測施工工序、高程控制、作業時間與空間等是否準確合理，對工程中可能出現的影響工程質量的因素以及可能存在的安全隱患進行分析，實現通過BIM 輔助調整和完善施工方案的目的[2]。

3.2 具體應用實例

3.2.1 閘室墻浮式系船柱施工

結合閘室墻施工，浮式系船柱采用可組裝的鋼支模施工法，定制的內芯模板外緣線與鋼構件內緣線一致，通過鋼構件與內芯鋼模的可靠連接，且與墻身大模板連成整體（見圖2），進而實現一次性澆筑，實現與閘室墻身同時施工。浮式系船柱槽處結構較薄，精度要求高，工程建成后浮式系船柱上下不順暢是常見的質量通病。

圖2 浮式系船柱鋼模板

通過Revit 精細化建模，并進行三維可視化模擬和受力驗算，采用組合式定型鋼模板，搭配定型支撐架定位可拆卸鋼木結構定位系統，提高了模板安裝精度，優化了施工工藝，解決了浮式系船柱質量通病[3]。施工完成后，與傳統鋼模結構相比，單段墻體進度加快3 天，節省工期36 天，費用大為減少。

3.2.2 下游靠船墩施工

下游導航及靠船建筑物設計方案中，一線船閘與新建船閘共用下游靠船墩，原靠船墩全部拆除后重建。原設計采用土圍堰進行干地施工，但是由于施工期間要保證正常通航，且圍堰緊鄰船閘下閘首泄水區域，對土圍堰臨水側沖刷嚴重，很容易淤塞航道，存在較大安全隱患。為降低施工期間對一線船閘的正常運行影響，通過Revit 建模和Lumion 三維模擬對新建25#墩身（緊臨原靠船墩）結構尺寸進行了建模分析和對比優化，擋水圍堰采用土圍堰外側加單排鋼板樁進行防水加固（見圖3），保證了干地施工的同時防止土圍堰坍塌淤塞航道。按照調整后的施工方案組織施工，比原方案節約工期30 天。

圖3 鋼板樁圍堰模型

3.2.3 跨閘交通橋設計變更

跨閘交通橋設計功能為船閘管理處場區內道路，供管理區內部使用。橋梁設計荷載等級為公路二級，采用鋼筋混凝土連續箱梁結構。按照原設計方案計劃采用貝雷梁或吊籃組織施工，編制施工方案時通過BIM 技術進行輔助驗證，發現上述方案將造成一線船閘通航凈高不足，存在嚴重通航安全隱患，若考慮施工期間安全則需停航3 個月。鑒于停航施工將造成韓莊運河段斷航的重大影響，兼顧船閘正常運行和施工期間不影響通航的基本要求，將具備通車功能的現澆鋼筋混凝土橋變更為人行鋼結構橋。調整后的方案費用節余原概算一半，工期大大縮短[4]。

3.2.4 優化土方開挖方案

船閘主體基坑開挖土方量大，閘首開挖深度最大高差接近19 米，分層開挖深度、場內運輸路線、挖運土石方平衡等對成本和效率影響很大。通過利用無人機+Civil 3D，借助Civil3D、Revit 明細表進行船閘主體結構深基坑土方開挖量計算、平衡土方挖填調配、配合完成專項施工方案的編制，促進實現施工組織合理化，效益最大化。同時利用場地漫游，合理規劃運輸路線，減少了倒運次數和運距，大大減少了施工成本。

3.2.5 輔助復核施工圖

在準備閘首門檻施工方案時，通過Revit 檢查發現了圖紙標高存在相互矛盾的問題，后經設計單位確認及時進行了標高調整，將圖紙差錯提前予以糾正，避免了返工造成的經濟和時間損失，保證了船閘主體工程實體質量和如期完工。

4 總結

利用BIM 技術集成3D 模型與數據信息輔助項目建設是未來水運工程的發展趨勢。本文簡要介紹了BIM技術在船閘工程建設中的應用，在一定程度上體現了BIM 技術的價值和作用，為未來類似項目的建設提供參考[5]。同時，BIM 技術是一個系統工程，要注重對BIM標準框架體系的構建與完善，流程和標準需要在實踐中逐步完善，以利于最大程度發揮BIM 技術的應用價值。