BIM 技術在洋山四期水工碼頭中的應用

胡 令

(中交三航局第二工程有限公司， 上海200122 )

當前， BIM 技術已不僅僅局限于建筑工程，而是在橋梁、 鐵路、 公路、 電力設施、 港口碼頭等工程中均有應用。 2010 年以來， BIM 技術在水運基礎設施中的應用與日俱增。

王偉[1]在河內航道設計中引入BIM 技術， 通過三維模型表達傳遞設計意圖， 設計參數、 三維設計模型、二維圖紙與工程量之間能夠實現前后動態關聯， 當設計方案發生變更時， 只須調整設計參數， 圖紙及工程量即自動隨之變化， 極大地減少了工作量。 陸晶晶等[2]在洋山四期集裝箱碼頭設計中運用BIM 技術， 通過建模、 場地劃分、 堆場和布置、 管線布置和土建建模， 協調各工種，在施工的參數化、 可視化和協同性方面取得了顯著的成效。 蘆志強等[3]對高樁碼頭設計施工一體化BIM 技術應用進行了探索和總結。 通過多專業集成應用、 各參與方協同應用、 跨階段的綜合應用， 以及針對性的平臺開發和工具開發， 實現了高樁碼頭建造各專業的協同、 信息模型的可視化和優化， 并二次開發深入應用。 結合實際需要開發了快速放置構件、 樁基承載力自動計算等程序和數字化移交平臺。

高樁碼頭工程施工過程中受約束條件與內外環境變化的影響， 實際工程施工進度、 工程成本與原定施工計劃不可避免地會產生偏差[4]。 如果不及時糾正， 將給工程帶來巨大風險， 甚至使工期或成本超出合同規定[5]。

本文針對洋山四期Ⅱ標段高樁碼頭的案例，闡述為提高港口工程設計和施工質量和效率而引入BIM 技術， 在港口工程施工的可視化施工、 碰撞檢查、 工程量計算、 施工組織設計等方面取得的顯著成果， 更具體的目標是建立企業數據庫，實現施工三維可視化、 成本數據管控精細化及質量安全控制手段化等。

1 工程概況

本工程位于小洋山島最西面， 與已建洋山二期工程毗鄰， 是全自動化集裝箱碼頭[6]。 將BIM技術應用于洋山四期碼頭Ⅰ標段， 即東端0 ～918 m的集裝箱碼頭作為試點段(圖1)。

本工程運用BIM 技術存在以下難點: 1)質量方面， 預埋構件位置高程以及沉樁、 現澆樁帽和構件安裝等施工工序驗收控制標準更為嚴格， 各工序之間銜接緊密、 相互影響、 碰撞點較多；2)進度方面， 安裝構件數量大， 構件類型多， 實際施工進度與原定施工進度計劃之間的差距很難在第一時間被察覺， 且質量控制不好也會影響施工進度； 3)成本方面， 參考傳統工程數據為設計提供的工程量清單， 本工程實際施工的工程量清單與實際成本基礎數據相差甚大。

2 研究內容與技術路線

2.1 研究內容

在BIM 設計階段， 依次要經過建模、 施工模擬、 出圖模板設置、 施工圖導出和運維階段應用等主要過程。 綜合考慮運維階段對BIM 模型管理的細度要求， 對碼頭施工環境、 土建、 機電及監測各專業確定建模標準； 綜合考慮參數化建模的便捷性及后續軟件研發的便利性， 確定建模軟件；確定合理的建模范圍、 場景劃分原則、 模型參數、模型材質等； 創建并形成符合運維要求的高樁碼頭BIM 幾何模型和相關數據參數(靜態參數)， 為后續BIM 應用提供基礎。 同時也做好人員部署與BIM 技術成果移交安排， 確保BIM 技術在施工模擬、 成本管控、 施工可視化和質量控制化方面發揮出應有的作用。

1)企業數據管理互聯網化。 建立企業數據庫并二次開發BIM 應用模塊， 使得模塊與數據庫對接[7]。 現場管理人員可通過移動端將現場信息傳輸到數據庫， 與BIM 模型及造價數據進行對比分析。 企業總部及項目部可調取分析報告進行監控成本、 進度管理， 形成先匯集數據、 再整理和分析數據， 而后利用分析后的數據進行成本管控的三步驟。

2)虛擬施工可視化。 利用Revit 軟件按施工藍圖精確建立BIM 三維模型。 實現審圖、 交底、 碰撞檢查可視化， 發掘設計施工過程中存在的問題。結合BIM 模型完成虛擬施工， 可事前反映施工難點和易漏的施工細節， 及時完善施工場地布局，分析與選擇最佳方案或進行方案優化[8]。 碼頭三維模型見圖2。

圖2 碼頭建模

3) 成本數據管控精細化。 利用BIM 模型與數據庫， 以數據粒度達到構件級為管控對象， 根據時間、 空間、 工序關系等提取想要的成本基礎數據(工程量、人材機消耗量、造價信息)[9]， 企業總部及項目部可高效、 快速地獲取各項目管理所需的信息和數據， 實現各部門間對數據的協同與分析， 實現精細化成本管控。

4)質量安全控制手段化。 現場管理人員可在施工現場拍攝安全、 質量相關照片上傳至數據庫系統中， 與BIM 模型相應位置進行關聯， 同時企業總部及項目部可利用該系統第一時間實現全局把控、 及時反饋并采取相應措施[10]。

2.2 技術路線

BIM 技術在本工程應用的技術路線分為施工前控制與施工中控制。 施工前控制主要由BIM 模型輔助圖紙會審、 三維可視技術、 碰撞檢查和管線設計優化三大塊組成； 施工中控制主要由工程量計算與核對、 材料精細化管理、 施工監管3 大塊組成。

BIM 技術應用的期望目標是: 提高項目精細管理水平、 提高工作效率及完善信息化管理流程。

3 BIM 技術在項目中的應用成果

3.1 在輔助圖紙會審中的應用

在洋山碼頭模型建立過程中， 利用BIM 技術中的三維可視化技術及虛擬施工技術， 累計發現圖紙疑問21 處， 在施工前及時修正錯誤并準備解決方案， 成功防范了工程誤差， 降低了風險。

3.2 在技術交底中的應用

通過BIM 技術的三維模型對施工中的重點、難點和工藝復雜的施工區域實現可視化預演， 便于現場管理人員了解工藝流程和運轉情況， 并對施工過程中可能發生的問題做提前關注與預警。圖3 為樁帽施工節點動畫示意。

圖3 樁帽施工工藝動畫節選

3.3 在成本控制中的應用

利用BIM 技術， 建立自動形成的預算模型，并統計工程量。 利用BIM 技術模型計算的工程量與甲方提供的清單工程量， 分析和估算現場實際施工時所需的工程量。 并在施工后將施工中實際使用量與上述工程量進行 “多算” 對比， 可以快速發現清單缺漏項和現場實際實施情況，為成本管控提供數據支撐， 實現材料精細化管理。 BIM 技術的成功應用， 為本工程節省成本56. 5 萬元。

3.4 碰撞檢查和管線綜合優化

通過運用多專業集成應用平臺對預埋管線進行碰撞檢查[11](圖4)。 本工程共發現碰撞點61 個，其中孔洞8 個、 碰撞點53 個。 通過BIM 技術的碰撞檢測， 使得施工進度得以保證， 避免了材料浪費和二次施工， 為企業減少了損失。

圖4 供水管與排水管碰撞檢查

3.5 進度控制

通過BIM 技術所建立的三維模型， 將時間、空間、 造價與信息結合在一起， 可查看整個建造過程中造價曲線隨時間變化的具體數值， 也可在當前時間段內查看造價情況， 方便現場采購、 周轉及工程時間節點安排[12]。 將BIM 模型與施工進度計劃及實際施工進度進行關聯， 制作進度模擬動畫， 通過顏色的變化及時發現工期的延誤， 在后續的施工中進行管控調整， 共縮短關鍵線路施工時間12 d。

4 結語

1)基于BIM 技術的施工管理， 各崗位生產線生產管理都基于同一模型， 工程量數據、 材料數據準確、 統一， 數據透明化、 數據通過互聯網模式實時共享， 對于計劃與實際花費進行比較， 實現短周期、 全過程對資金風險以及盈利目標的控制。BIM 技術的應用為所有管理決策提供了數據支撐，項目管理可細化到構件級， 達到精細化水平。

2)BIM 模型建立完成時， 相應的工程量就已經生成， 不僅能及時準確地提供工程量數據， 還減少了重復計算的工作。 BIM 模型上傳數據庫，項目其他人員能夠快速準確地調用相關數據， 提高工作效率。 同時相應的圖紙設計問題通過三維可視化查找出來， 并通過碰撞檢查找出相應碰撞點， 縮短了差錯時間。

3)BIM 技術的成功實施， 使公司及項目信息化管理流程得以完善， 信息化管理需要的大量數據都可以從BIM 系統中獲取。 企業總部及項目部得到的數據都是真實反映現場施工情況的， 真正做到動態管理， 全局把握。