BIM技術在干塢施工中的應用實踐

劉建，姜南岸

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

0 引言

在港口施工領域，干塢工程一直都以結構復雜、工序繁多著稱，借助BIM技術強大的可視化優勢，創建包含完整信息的建筑三維模型，根據工程項目的具體需求進行各項應用，極大程度地避免了施工過程中因施工人員對干塢圖紙理解不充分、對施工環境考慮不周全而導致的各種工程問題，相較傳統設計施工方法有著無可比擬的優勢[1-8]。

1 工程概況

本項目分為陸上沉管預制干塢建設和水上設施建設兩部分。沉管預制干塢包含：東、西2個塢室，塢室內長480 m，北側寬135 m，南側寬74.7 m。東、西塢室由中隔岸壁對稱分開，各自獨立，兩塢室的南側各設置1個塢口用于沉管出運。水上設施包括臨時圍堰1座，系纜墩5座，舾裝墩2座，上料碼頭1座，防波堤2座。

2 BIM應用策劃

本項目BIM應用共分3個階段實施，第1階段為干塢模型及相關標準、管理流程建立，第2階段為符合本工程施工需要的基于BIM模型的各項應用研究，第3階段是BIM施工管理平臺的建設與應用，同時兼顧智慧工地建設與BIM+應用研究，應用策劃圖具體見圖1。

2.1 軟件的選擇

經過優化比選，選擇Autodesk公司的BIM解決方案，其沿用CAD的一貫操作方式，上手容易、操作簡單方便，在國內發展也最為迅速，群眾基礎最為廣泛，無論是學習成本還是應用成本方面，都比較適合施工單位使用。針對于工程中不同結構，采用對應的軟件進行建模。

圖1 BIM應用策劃圖Fig.1 BIM application planning diagram

2.2 體系與制度建設

在體系建設方面，總項目部設立了BIM中心，主要負責BIM管理，應用點研究；各工區設立了BIM小組，主要負責創建BIM模型，添加指定的BIM信息，根據需求完成各項BIM應用。利用BIM技術，輔助施工人員及時發現與解決現場問題。

2.3 BIM應用目標點

1）干塢BIM模型建立方法研究

以Revit為主要建模軟件，建立包括止水、臨時圍堰、防波堤、中和岸壁、塢口、塢壁、底板、臺座等干塢主體結構，同時建立如鋼筋加工場、混凝土拌合站、辦公生活區等干塢外配套設施；配合Civil3D進行開挖、基礎模型以及周圍環境模型搭建，建立通用構件族庫、參數化構件庫、船機設備素材庫。通過模型表現軟件完成優化模型視覺效果以及制作相關工藝動畫等工作。

2）BIM模型應用研究

分別從施工現場平面規劃、碰撞檢查及深化設計、工程量計算與統計、施工組織動態模擬、鋼筋排布與下料優化、虛擬施工、可視化交底及出圖等8個方面進行深度研究與應用。

3 BIM模型搭建

3.1 項目級建模標準的編制

本次BIM模型搭建以大連灣海底隧道項目沉管預制干塢為建模主體，該項目具有結構復雜、構件數量多、建模難度大的特點。在項目開始之初先后編制確定了《BIM技術應用管理辦法》、《大連灣海底隧道項目建設期BIM發展規劃》、《大連灣海底隧道項目沉管預制干塢建設BIM應用方案》，根據施工圖建模要求又調整實施了《干塢施工圖模型建模實施細則》。形成一套完整的BIM應用實施管理辦法。

3.2 項目模型搭建

項目建模范圍主要包括沉管預制干塢、臨時圍堰、防波堤等結構，其各結構形式復雜多變，經圖紙分析，采用設計平面圖作為建模底圖并輔助橫縱斷面圖進行建模，同時根據兩者關系補充繪制斷面60余處。在模型整合方面，先后建立建筑模型、地形模型、措施模型、臨建模型及周邊環境模型，以Revit 0點為坐標原點，將不同結構通過鏈接的方式完成模型組裝。

在初設階段主要通過精度較高的模型搭建發現圖紙中存在的錯、漏、碰、缺，形成問題匯總以便及時與設計進行溝通解決；施工圖階段更加細化模型并注重模型功能性，力求將更多能夠使用的信息添加至模型中滿足各類應用。

為充分優化模型體量與規范建模，創建“大海隧干塢建模樣板.rte”項目樣板，同時要求新建模型組類別選擇“常規模型”，對于自建族樣板選擇“公制常規模型類模版”。對于同種構件包含多種類型的必須應用參數化族進行整合，從而有效降低模型體量20%左右。

沉管預制干塢模型見圖2。

圖2 沉管預制干塢模型Fig.2 The model of immersed tube prefabricated dry dock

3.3 模型代碼確定與錄入

模型代碼確定與錄入，其重要性不亞于模型的建立，在項目模板建立之初，即在項目參數模塊中新建如工程名稱，單位工程、子單位工程、分部工程、分項工程、編號里程號等各類參數。對于模型代碼的確定，則充分參照分部分項劃分等文件改編完成，模型代碼作為與平臺掛接確定模型身份的標簽，每個模型代碼都具有參數唯一性。

3.4 族庫建立

為了能夠整體提升建模速度，真正實現快速建模，在建模過程中，將通用性較強的一些構件的結構尺寸進行了參數化處理，建立了水運工程通用構件族庫。通過族庫的建立，避免了許多同類構件的重復建模，進而通過調整參數的方法快速獲得模型，大大提高了建模效率。在項目構件模型族庫建立的同時建立了模型素材庫，素材庫內容包含臨建模型素材庫、安防模型素材庫、船機設備素材庫，需要時隨時調取使用。為快速建模和應用提供了方便。

4 BIM在施工中的應用

4.1 設計優化

考慮設計優化的需要，對有爭議的設計方案進行討論與比選。在塢口西側結構調整方案優化中，原方案為雙沉箱結構，考慮到實際施工中開挖放坡對塢口西側的華能熱電廠形成安全隱患，且施工作業面也相對狹小，傳統方式討論多次長時間沒有結果。利用BIM技術可視化的優勢顯示現場實際環境，快速確定修改意見，準確完成后續設計變更，通過過濾器功能篩選所需的構件，導出構件明細表，快速輸出設計變更工程量。

4.2 地形地質查閱

將設計院提供的地勘數據分層剝離與整理，可在Civil3D中建立曲面，分層依次創建各類地質結構曲面，創建各地質層實體模型。通過此種方式將海量的地勘數據直觀的展現出來，同時快速計算土層工程量，由于地勘數據信息不連續，實際影響計算結果，采用將土層變化區的中點位置作為土層工程量的計算范圍的方法，得到較為準確的數據。

利用差集的方式計算分層實體體積，能較為準確地計算得到干塢范圍內開挖的各土層模型，這是常規方式無法精確計算得到的。

4.3 插件開發

1）Civil3D水深數據處理插件開發

在實際施工過程中，第三方提供的水深測量數據基于某種因素考慮往往經過特殊處理，形成水深處理軟件無法直接提取的水深數據，無法直接運用計算。若進行人工處理將帶來海量工作量，其中較為常見的為“大小數”情況（水深數據整數位和小數位為兩個獨立的文本數據），基于Civil3D進行開發的水深數據處理插件可批量進行“大小數”“等大數”格式的水深數據處理，使其不受文本高度、距離、規則形式的影響，最終生成Civil3D可識別的水深數據，具體處理流程與效果見圖3。借助Civil3D可進行挖泥拋石計算，水下質量驗收各項施工應用等。

2）Revit封包插件開發

在方形沉箱模板參數化課題研究中，發現沉箱模板樣式繁多，通過插件能將常用的構件參數化族像系統族一樣加載到工具欄中，大幅提升常用族調用的便捷性與靈活性。

本插件只需安裝一次，不需重復安裝，高效快捷，提升工作效率。

圖3 插件處理數據流程與成果Fig.3 Theprocessand resultsof dataprocessingby plug-in

4.4 場地布置

圖4為本項目進行的拌合站、干塢、南岸臨建、北岸臨建等場布規劃模擬，在工地例會上進行動態匯報演示過程中，發現多處排布不合理問題，會上借助真實的三維模型立即做出了修改與解決意見。充分體現了BIM在可視化方面的巨大優勢。

圖4 場布規劃與應用Fig.4 Planning and application of site layout

4.5 進度推演

干塢底板施工異常復雜，常規方式無法合理科學有效對施工進度進行推演，為了能準確把握施工細節情況，按天詳細編排進度計劃，按工段劃分模型，直觀形象的在匯報會上進行推演說明，經過討論發現多處生產與技術方面的問題，并提出相應調整方案。在北岸施工進度模擬的基礎上，增加船機設備布置模擬，發現基礎開挖船機配置不合理，塢口南側設備工作面狹窄，斜坡段通道開挖不經濟等諸多問題。推演效果見圖5。

圖5 相關進度推演演示Fig.5 Relevant progressdeduction demonstration

BIM進度推演需要有準確的模型，有詳細計劃，與常規進度匯報相比較，需要做更多的準備工作。在建模的過程中即對施工結構有了一定程度的了解，達到了熟悉圖紙的目的；在計劃編制過程中要求施工人員對工序間的前后邏輯關系把控更為嚴格，對每個部件的施工時間進行合理安排。通過BIM這種手段迫使施工人員挖掘所主辦施工項目隱藏的各類風險點，從而大大提高進度管理水平。

4.6 720全景作業指導書

技術交底或指導書現階段常用的插入三維模型圖片或工藝視頻的方式，較之傳統的紙質文字內容已經有很大的提升。通過采用制作更為簡單、效果較好的720全景技術，將重要的技術要點以三維交互的方式呈現給被交底人，使其更形象地了解所施工內容，對每一施工階段都進行全景式的演示，同時在需要關注的部位增加文字、圖片說明，進行可交互式體驗，形成720全景作業指導書，配合現場技術交底二維碼查詢的細節補充，增加交底的可閱讀性?？梢暬鳂I指導書具有可視化和交互性更強的優勢。圖6為項目制作的可視化作業指導書。

圖6 720全景沉箱模板支立作業指導書Fig.6 Work guide of 720°panoramic caisson template support

4.7 工藝模擬

工藝模擬演示是BIM應用無法回避的問題，通過動畫演示模擬復雜工藝施工流程與相關關鍵點，直接又有效。在實際應用中，利用自建BIM模型與網絡下載的各類素材基本可以完成模型及場景的搭建，其真正的難點在于機械動畫的綁定調整，渲染效果的把控及克服頻繁的方案修改，這是制約工藝模擬完成的最大問題。

不同于其他工藝模擬，在制作前，主管部門要求工區提供工藝模擬的視頻交底，標明需要工藝演示的重點部位，針對交底中的內容，雙方又對其中的部分細節進行反復調整，形成終稿。制作過程中，通過在視頻中添加文字、圖例的方式，使單一的動畫演示內容更加豐富與直觀；圖7為咬合樁工藝模擬，通過利用后期剪輯軟件剪輯視頻，減少了渲染時間，明顯提高了內容修改的靈活性，150 s的咬合樁工藝模擬動畫累計消耗50 h制作完成，建模、動畫、渲染、后期、剪接出片等工作可由1人獨立完成。

圖7 咬合樁工藝模擬Fig.7 Processsimulation of occlusal pile

4.8 鋼筋自動下料

與傳統CAD手工翻樣相比。廣聯達鋼筋下料軟件，可以對鋼筋進行翻樣，進而可以對鋼筋下料進行快速計算，選擇最快的下料方案。人工智能可以給出正確的意見，但仍需要結合現場實際鋼筋下料方案進行對比分析。

4.9 參數化模板

建立參數化模板庫，由于工區預制沉箱的特殊性，最適合建立參數化模板庫，可以通過驅動沉箱的長寬高，來驅動模板的大小，實現實時關聯。參數化模板庫的建立為以后項目部模板的建立節省大量的時間，也是一項長期并一勞永逸的工作。使用參數化模板建模能快速生成單片模板樣式，直觀地查看模板構造結構，三維交底更加方便快捷。通過參數化設置，能隨著實際沉箱大小的變化來變更模板的大小，為模板的拼裝提供便利。

5 BIM應用價值分析

將工程管理各方面的傳統與BIM解決辦法分析比對，BIM技術在項目管理溝通、工作效率、可視化程度、標準化、精細化程度等方面都有明顯提升，且如進度推演等方面能發揮較大作用，相較于傳統管理方法推廣應用價值顯著，基于本項目BIM應用價值點總結見表1。

6 結語

通過首次將BIM技術管理運用到干塢建設管理中，根據項目的實際需求合理篩選價值點并推廣應用，取得了良好的效果。通過前期技術的籌備與規劃、制度的建設與落實，為BIM技術在項目上的推廣與落實提供了可靠保障。BIM技術的發展正逐漸改變傳統的思維與施工方式，讓過去復雜繁瑣的工作變得更加簡單準確，同時也為高難度高精度工程施工提供了傳統方式無法比擬的直觀性與準確性。