BIM在維護(hù)疏浚工程中的運(yùn)用研究

李?yuàn)W

摘? 要：隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，疏浚工程也被提出了更為嚴(yán)格的要求。文章闡述了維護(hù)疏浚工程中BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)思路與改進(jìn)情況，著重探討了該技術(shù)在工程中的運(yùn)用方法，旨在為相關(guān)工作人員提供理論性的參考意見(jiàn)，確保BIM技術(shù)的實(shí)用性與科學(xué)性，為工程效率的提升奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：BIM;維護(hù)疏浚工程;運(yùn)用

中圖分類(lèi)號(hào)：U616 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）11-0169-02

Abstract： With the development of market economy and science and technology， dredging engineering has been put forward more stringent requirements. This paper expounds the design idea and improvement of BIM technology in maintenance and dredging engineering， and emphatically probes into the application method of this technology in the project， in order to provide theoretical reference for the relevant staff， so as to ensure the practicability and scientificalness of BIM technology， and lay a good foundation for the improvement of engineering efficiency.

Keywords： BIM; maintenance dredging project; application

引言

所謂BIM技術(shù)，即是利用現(xiàn)代化手段將工程項(xiàng)目中的有關(guān)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行三維建模，更為直觀(guān)具體的將內(nèi)容展現(xiàn)出來(lái)，為工程的設(shè)計(jì)提供科學(xué)的參考依據(jù)。BIM技術(shù)需要依托數(shù)字計(jì)算構(gòu)成幾何圖像，具有可視性、共享性、統(tǒng)一性及優(yōu)化性等特點(diǎn)，在疏浚工程中能發(fā)揮其自身優(yōu)勢(shì)，確保項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

1 設(shè)計(jì)思路與計(jì)算方法

1.1 CIVIL3D設(shè)計(jì)思路

使用BIM技術(shù)應(yīng)用于疏浚工程的思路為：

第一步，將項(xiàng)目的底邊線(xiàn)、邊坡、中心線(xiàn)以及底高程等各相關(guān)參數(shù)擬定完畢。

第二步，利用上一步驟中的參數(shù)建立三維模型，直觀(guān)清晰的觀(guān)察工程項(xiàng)目。

第三步，修正其中的各項(xiàng)參數(shù)，確保符合安全標(biāo)準(zhǔn)。

第四步，將修正的參數(shù)利用建模進(jìn)行直觀(guān)化的比對(duì)分析，探討是否滿(mǎn)足施工要求，若有出入可在模型中修改。

第五步，通過(guò)系統(tǒng)模型進(jìn)行工程量的預(yù)算。

第六步，在二次開(kāi)發(fā)的前提下批量出圖。

1.2 CIVIL3D計(jì)算方法

CIVIL3D計(jì)算方法主要可分為三種：

其一，棱形算法。表達(dá)公式為V=■（S1+■+S2），其中S1前一個(gè)樁號(hào)的材質(zhì)類(lèi)型面積，S2為后一個(gè)樁號(hào)的材質(zhì)類(lèi)型面積，L為橫斷面間距，V為體積。

其二，平面端算法。類(lèi)似于棱形算法，平面端面積這一算法是將S1覆蓋的面積與S2覆蓋的面積相加除以2，再與橫斷面間距L相乘求得體積V。表達(dá)公式為V=■（S1+S2），其中S1為前一個(gè)樁號(hào)的材質(zhì)類(lèi)型面積，S2為后一個(gè)樁號(hào)的材質(zhì)類(lèi)型面積，L為橫斷面間距，V為體積[1]。

其三，組合體積計(jì)算法。這種方法適用于兩個(gè)曲面材質(zhì)，對(duì)于道路造型材質(zhì)并不適用。計(jì)算前需要利用CIVIL3D技術(shù)將樣點(diǎn)轉(zhuǎn)化成多邊形，將多邊形內(nèi)部的體積計(jì)算求解，然后再偏移到連續(xù)樁號(hào)區(qū)域內(nèi)構(gòu)建新多邊形，若偏移一致，可以使用曲率與中心線(xiàn)相等的線(xiàn)段將采樣線(xiàn)相互連接，若偏移并不一致，可以使用直線(xiàn)將采樣線(xiàn)相互連接。

1.3 傳統(tǒng)土方計(jì)算法

傳統(tǒng)計(jì)算手段主要是先掌握航道的斷面線(xiàn)和底邊線(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，隨即在數(shù)據(jù)的支撐下生成疏浚斷面，使斷面與泥面線(xiàn)相交計(jì)算疏浚值，然后在斷面圖紙上標(biāo)記二級(jí)邊坡，最后使用斷面法計(jì)算得出疏浚值，為項(xiàng)目工程提供科學(xué)有效的參考設(shè)計(jì)。

1.4 傳統(tǒng)斷面計(jì)算法

按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，傳統(tǒng)斷面計(jì)算公式可選擇，其中V是挖槽斷面的總體積，單位為立方米;A0、A1…An是各斷面上的疏浚面積，單位為平方米;L0、L1…Ln是各斷面上間隔距離，單位為米。由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)斷面計(jì)算方法是通過(guò)固定量來(lái)表示內(nèi)部的疏浚量，與BIM技術(shù)的差別是需要二維模型做基礎(chǔ)支撐，計(jì)算采用了近似的方法，所以對(duì)于實(shí)際地形直接采用斷面代表法可能存在誤差。BIM技術(shù)是經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)量將凹凸不平的地面也考慮在計(jì)算范圍內(nèi)，所以相對(duì)來(lái)講精確性較強(qiáng)。除此之外，疏浚模型建立在航道的底邊線(xiàn)上，即使航道底部出現(xiàn)變化也不會(huì)影響到計(jì)算結(jié)果，能真實(shí)具體的利用三維模型展現(xiàn)當(dāng)?shù)厍闆r。

1.5 BIM與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)比

BIM技術(shù)在斷面計(jì)算上相較之下優(yōu)勢(shì)在于：所建模型能重復(fù)使用，而傳統(tǒng)二維建模存在局限性;信息數(shù)據(jù)可以利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)共享利用，加強(qiáng)技術(shù)人員的溝通和交流，保證三維建模的實(shí)用性和可行性;相較于二維模型，三維模型的表達(dá)更為直觀(guān)具體;批量出圖，避免浪費(fèi)過(guò)多的時(shí)間和精力，設(shè)計(jì)精度也能有所提升，實(shí)現(xiàn)智能化轉(zhuǎn)變;各工程量能精確計(jì)算，避免出現(xiàn)疏漏和偏差;當(dāng)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行調(diào)整和變更時(shí)可以利用模型完成，結(jié)果能同步更新，節(jié)省大量人力、財(cái)力和物力。

2 實(shí)際應(yīng)用

以某疏浚工程為例，其正向設(shè)計(jì)利用BIM技術(shù)，而且通過(guò)二次改進(jìn)確保了技術(shù)的實(shí)用性，為工程奠定了基礎(chǔ)。該工程航道總長(zhǎng)度為2.18千米，底部寬度為7米，高程為-1米，超挖0.67米，超深0.28米，邊坡比值1：2.6。BIM技術(shù)在項(xiàng)目中的使用能保證工程的順利進(jìn)行，還能及時(shí)修正參數(shù)項(xiàng)，按照新參數(shù)更新工程模型和工程量，使工程設(shè)計(jì)出現(xiàn)智能化轉(zhuǎn)變。建模時(shí)取其中一段距離進(jìn)行建模和數(shù)據(jù)修正。

2.1 建模流程

在工程相關(guān)規(guī)范的要求下，需要先擬定項(xiàng)目的底邊線(xiàn)、邊坡、中心線(xiàn)、底高程、超深超寬和航道底寬等，經(jīng)實(shí)際測(cè)量將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入到系統(tǒng)模型中，檢驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)將地形數(shù)據(jù)、斷面交點(diǎn)、安全控制線(xiàn)等內(nèi)容進(jìn)行核對(duì)驗(yàn)證，對(duì)于不符合規(guī)定的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和校正，將最終參數(shù)導(dǎo)入模型判斷其實(shí)用性和可行性。

2.2 模型分析

通過(guò)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)與模型計(jì)算數(shù)據(jù)共同作用生成三維模型，計(jì)算出具體工程量，再將工程量與傳統(tǒng)軟件計(jì)算得出的工程量作比較，避免誤差過(guò)大影響施工效果。CIVIL3D模型能直觀(guān)體現(xiàn)要素之間的關(guān)聯(lián)性，在將縱斷面線(xiàn)設(shè)置完畢后要素線(xiàn)可以隨著數(shù)據(jù)調(diào)整完成更新。BIM技術(shù)的利用既能實(shí)現(xiàn)各樁號(hào)開(kāi)挖質(zhì)量的分析，也能在短時(shí)間內(nèi)掌握各樁號(hào)間的質(zhì)量及航道漸變范圍內(nèi)的質(zhì)量，對(duì)于施工進(jìn)度緩慢或效果難以滿(mǎn)足實(shí)際要求的部分要進(jìn)行修正和調(diào)整，還要求船舶在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行掃淺施工，達(dá)到完善設(shè)計(jì)的效果。在實(shí)際施工過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員也要加強(qiáng)技術(shù)交流，及時(shí)結(jié)合周?chē)h(huán)境調(diào)整施工，降低疏浚成本，保證工程質(zhì)量。

2.3 計(jì)算和出圖

BIM系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化計(jì)算，再利用傳統(tǒng)軟件進(jìn)行測(cè)試計(jì)算，最終結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)二者之間誤差在百分之0.8左右，其原因在于測(cè)量點(diǎn)位和線(xiàn)路的誤差，設(shè)計(jì)產(chǎn)生誤差在可取范圍內(nèi)。

由此可見(jiàn)，BIM技術(shù)可行性較強(qiáng)，而且現(xiàn)階段BIM在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上還進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)和改進(jìn)，使斷面顯示更為清晰直觀(guān)，能保證三維模型對(duì)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的準(zhǔn)確性，還能進(jìn)行批量出圖，為施工環(huán)節(jié)提供有效參考，能實(shí)現(xiàn)疏浚工程中的正向設(shè)計(jì)，確保生產(chǎn)效率和質(zhì)量的提升[2]。

3 推廣應(yīng)用

BIM技術(shù)在疏浚相關(guān)工程中也能實(shí)現(xiàn)推廣和應(yīng)用。如分析地質(zhì)沉降情況或掌握復(fù)式邊坡內(nèi)容等。地質(zhì)沉降的建模分析可以通過(guò)各種鉆孔資料構(gòu)建相關(guān)地質(zhì)模型，將施工區(qū)域中的地理情況和土質(zhì)種類(lèi)直觀(guān)清晰的呈現(xiàn)出來(lái)，設(shè)計(jì)人員能在指導(dǎo)下完善圖紙。再如吹填工程中需要掌握施工范圍內(nèi)的孔隙比和變形模量等，要求進(jìn)行沉降分析最終掌握當(dāng)?shù)鼐唧w情況，采取科學(xué)有效的施工方法。復(fù)式邊坡是造成邊坡坍塌的主要因素之一，其原因在于組成復(fù)雜，在開(kāi)挖階段容易在外力作用下坍塌，所以BIM技術(shù)還應(yīng)結(jié)合復(fù)合邊坡實(shí)際情況建立模型，計(jì)算工程量和質(zhì)量，設(shè)計(jì)科學(xué)的施工方案，確保滿(mǎn)足施工邊坡比例要求，確保疏浚工程的穩(wěn)定性和安全性，在傳統(tǒng)計(jì)算的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)和完善，為工程管理提供保障。在未來(lái)的發(fā)展中，BIM技術(shù)還將應(yīng)用到各個(gè)工程領(lǐng)域，盡可能將成本和風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，BIM技術(shù)能滿(mǎn)足內(nèi)河道疏浚的要求，在CIVIL3D系統(tǒng)的基礎(chǔ)上完成底邊線(xiàn)和中心線(xiàn)的擬定，直觀(guān)化的反映出安全等級(jí)不夠的區(qū)域段，有針對(duì)性的采取修整方法，同時(shí)，該模型能重復(fù)利用，能節(jié)省大量的時(shí)間和精力用于疏浚工程的研究，而創(chuàng)新和改進(jìn)又提高了設(shè)計(jì)效率，能有效確保疏浚工程的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙麗，陳懿強(qiáng).基于CIVIL 3D航道疏浚量斷面法計(jì)算的研究[J].港工技術(shù)，2018，55（03）：17-20.

[2]王飛，于康康，黃曄卉.BIM在疏浚設(shè)計(jì)中的二次開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].水運(yùn)工程，2017（11）：36-40.