BIM技術在高樁碼頭樁基施工中的應用

陳瑩

摘 要：BIM技術在水運工程中應用尚屬于起步階段。依托國內某高樁梁板碼頭項目，對基于BIM技術的樁基碰撞檢驗和沉樁過程模擬應用進行研究，提前消除交叉和碰樁問題，保障樁基順利施工，可為同類型應用場景提供參考。

關鍵詞：Pile-Supported Wharf BIM 打樁 模擬

BIM（Building Information Modeling）中文一般翻譯為建筑信息模型，它是一個建設項目物理和功能特性的數字化表達，是為其從策劃、設計、施工、運維直至拆除的全生命期內所有決策提供科學依據的數據庫，是項目各參與方進行協同、交互、共享的信息資源平臺。

20世紀90年代初，設計行業經歷了從手工繪圖到甩掉圖板進行二維計算機繪圖的第一次信息技術變革，目前正在經歷從二維計算機繪圖轉為基于BIM技術進行項目全生命期綜合應用的第二次信息技術變革。BIM技術的研究與應用，將加快實現工程建設項目全生命周期的數字化、智能化，提高工程建設質量和安全，促進建管養的協調發展，它是工程建設向數字化、智能化、信息化發展的重要技術手段，是工程行業發展的必然趨勢。

BIM技術在水運工程行業起步相對較晚，目前尚無行業BIM技術規范和標準體系，應用案例也主要集中在設計階段和施工階段的單項或某幾項應用上。設計階段的應用主要有模型建立、模型核查、結構分析、成果優化、模型出圖、工程量計算等。施工階段的應用主要有可視化施工、工藝流程模擬、施工深化設計、碰撞檢驗、形象進度展示等。

依托國內某高樁梁板碼頭項目，對基于BIM技術的樁基碰撞檢驗和沉樁過程模擬應用進行研究。

1.工程概況

1.1 建設內容

本工程位于長江下游某港區，建設規模為1個40000噸級通用泊位、2個50000噸級通用泊位、1個50000噸級通用散貨泊位、1個2000噸級通用散貨泊位、1個1000噸級通用散貨泊位。

1.2 結構方案

通用泊位靠船裝卸平臺總長698.25m，寬35m；通用散貨泊位靠船裝卸平臺總長24 6.0 0m，寬30m。通用泊位靠船裝卸平臺通過3座引橋與岸相接，引橋從上游至下游寬度依次為12m、15m、15m。裝卸平臺和引橋均采用高樁梁板結構，其中平臺排架間距為8m，共91榀，排架基礎采用Ф1000PHC管樁，除下游側端部與一期碼頭相鄰排架采用2對4：1叉樁和6根直樁外，其余每榀排架設2對4：1叉樁和5根直樁；#1、#2引橋標準排架間距均為16m，#3引橋標準排架間距為12.5m，排架基礎采用Ф1000mmPHC管樁和Ф1000mm鉆孔灌注樁，每榀標準寬排架設3根樁。

本碼頭樁基工程量見表1。

1.3 沉樁方案

PHC管樁沉樁總體順序：安排三條打樁船同時打樁，按梯階式打樁。其中兩條打樁船沉設#1～#3泊位碼頭樁，另外一條沉設#6～#8泊位碼頭樁。本工程打樁船統計表見表2。

#1打樁船先打引橋樁，再施打碼頭平臺樁，由下游往上游沉樁施工（共422根），#2打樁船以碼頭中部排架為界，由下游往上游沉樁施工（共491根）。#3打樁船沉設#6～#8泊位碼頭樁，由上游往下游打，最后沉設鋼管防護樁（共264根）。

2.樁基碰撞檢驗

本工程打入樁數量多，布置較為復雜，易發生碰樁現象，在施工過程中常會導致斷樁，甚至造成機械設備損壞或人員傷亡。根據《港口工程樁基規范》和《高樁碼頭設計與施工規范》，應在施工前檢驗樁基是否存在碰撞。

樁基碰撞驗算通常采用公式法，計算兩根樁正位時的最小凈距，但公式法驗算工作量大，且樁的位置和碰樁情況并不直觀。利用CAD三維建模可以直觀地觀察和反應碰樁現象，但需要多次利用交集命令檢查相鄰兩根樁的碰撞情況，較為繁瑣，且無法快速、簡單求得相鄰樁基間的最小凈距。

本工程采用A u t o d e s k公司B I M系列軟件集中的R e v i t和Navisworks兩款軟件，利用碰撞檢查功能，可快速進行碰樁校驗，且可以測量相鄰兩根樁基間的最小凈距，保證相鄰樁基間的安全間距。#6～#8泊位樁基布置模型如圖1所示。

通過運行碰撞檢查命令，檢測出兩對樁基（C16/C17、E16/E17）之間發生了碰撞。碰撞檢查報告和碰撞示意圖分別見圖2、圖3。

隨后，通過調整樁身斜度，消除了兩對樁基間的碰撞問題。同時，借助Navisworks軟件，對優化后樁基凈間距進行測量，如圖4所示。

3.打樁過程模擬

3.1模擬目的

本工程工期緊，打入樁數量多，且要趕在汛期到來之前“搶水位”施工。因此，科學合理地安排打樁順序，避免打樁過程中出現“交叉”和“碰撞”等問題至關重要。

本工程應用Navisworks軟件，對樁基施工順序安排進行了前期模擬，并結合模擬結果對打樁順序安排進行優化，避免打樁過程中出現“碰樁”和“碰船”，保證了樁基施工的順利完成。

3.2軟件工具簡介

Navisworks軟件是一款用于分析、虛擬漫游及仿真和數據整合的全面校審和三維數據協同BIM解決方案的軟件。它的主要功能有模型整合、虛擬漫游、碰撞檢測、沖突檢測、4D/5D施工模擬、渲染、動畫制作和數據發布等。

T i m e L i n e r工具是N a v i s works軟件的一個功能模塊，它可以從外部導入施工進度計劃，并將進度計劃與模型構件關聯，以進行4D模擬，并將模擬結果導出為圖像和動畫。

3.3打樁模擬流程

3.3.1模型處理及載入

首先需要在Revit中對所有樁基模型添加軸號（樁號）參數，如圖5所示。可以通過二次開發插件進行參數的批量自動添加。參數添加完畢后，整個模型導出為“nwc”格式，并載入到Navisworks中，如圖6所示。

3.3.2進度文件導入

首先將樁基的施打時間安排錄入到P r oj e c t軟件，然后通過Navisworks的TimeLiner工具中的“數據源”選項卡將Project文件導入，并自動生成任務。隨后通過設置TimeLiner規則編輯器，利用“樁號”屬性將進度安排自動賦予每根樁基并綁定。若后續更改Project文件，只需點擊同步即可完成Navisworks中的全部更新。設置好的TimeLiner工具如圖7所示。

3.3.3打樁模擬

通過“配置”選項卡對模擬進行配置后，即可利用“模擬”選項卡對打樁過程進行模擬。利用模擬結果，直觀地展示和驗證打樁安排的合理性，對打樁順序安排進行優化，并再次進行模擬。過程中某時刻的打樁模擬情況如圖8所示。

4.結語

（1）利用BIM技術，可快速、直觀地校驗樁基碰撞情況，測量相鄰兩根樁基間的最小凈距，保證安全間距；

（2）利用Navisworks的TimeLiner模塊，對打樁過程進行事前模擬，有助于科學合理地安排打樁順序，避免打樁過程中出現“交叉”和“碰撞”等問題。

（3）BIM技術在水運工程中的應用尚屬于起步階段，應用案例主要集中在設計階段和施工階段的單項或某幾項應用上，實現全生命期的協同應用將是下一步的工作重點之一。

參考文獻：

[1]何關培.BIM總論[M].中國建筑工業出版社， 2011.

[2]劉松.水運基礎設施BIM協同設計云平臺及其應用實踐[J].中國港灣建設，2017，37（10）： 74-77

[3]倪寅.BIM技術在水運工程中的應用[J].水運工程，2018， （4）：128-133.

[4]鄒艷春，王煒正，賀軍昌.BIM技術在液化天然氣碼頭工程中的應用[J].水運工程，2017， （7）： 160-164

[5]王勇，張建平.基于建筑信息模型的建筑結構施工圖設計[J].華南理工大學學報（自然科學版），2013， （3）：76-82.

[6]劉慶.Autodesk Navisworks應用寶典[M].中國建筑工業出版社，2018.