BIM技術在基礎設施工程中的應用

黃為

【摘要】為探索BIM技術在基礎設施中的應用點，文章以某新機場三標耐候鋼轉體橋為研究對象，利用BIM軟件對項目所處地形位置進行分析（如坡度、方向、等高線、流域等），為后期方案設計做準備。施工過程中運用Revit中的工程明細表復核工程量提升工程量統計效率、并通過三維施工圖樣的生成，對一些復雜節點進行交底，突破技術難點。Fuzor軟件導入施工計劃，把三維模型加上時間維度，形成4D模型，對進度進行實時把控。轉體過程中，得出沖突墩身的安全高度，為轉體過程中的安全和轉體后工期提供保障。在BIM方案比選中，通過BIM模型的細部調整，展示不同方案的細微之處，提高方案的決策的準確性和時效性。在方案匯報中，BIM模型+動畫展示，利用BIM模型可視化強的特點，精準表達出方案的設計意圖。在BIM+綠色施工中，在設計、規劃階段對模型進行細部調整達到節能、節材、節地、節水的目的，使項目增值。

【關鍵詞】BIM技術; 場地規劃; 工程算量; 方案比選; 4D模擬; 綠色施工

【中國分類號】U445.1【文獻標志碼】A

BIM在建筑施工上的應用目前比較成熟，各專業之間的交叉碰撞檢測能夠產生較大的經濟效益[1-3]，但對于基礎設施，應用點還需進一步拓展。本文基于中鐵十四局承建的某新機場三標連接線項目，在前期場地規劃、鋼箱梁吊裝的方案比選、工程量復核、構件之間的碰撞檢測、施工工藝模擬、進度管理、5D施工平臺管理等應用點中[4]，深度挖掘BIM技術對基礎設施項目的價值，為類似的施工項目提供借鑒。

1 BIM應用點

1.1 場地規劃

運用BIM技術進行場地規劃是為了達到項目的有序進行，減少機械之間的交叉沖突，通過場地布置，對場地進行功能分區，優化施工組織設計（圖1）。場地規劃中運用BIM技術進行優化設計，地形勘測數據的獲得是必要的，建模軟件建立建筑實體模型（圖2），需借助傾斜攝影得出地形模型與工程實體模型，并通過坐標定位進行整合或者通過測量數據導入Civil3D中形成等高線后在Revit軟件中進行整合[5]。借助軟件（Infraworks）得出場地數據，如坡度、方向、高程、等高線等（圖3），或測量數據導入至Civil3D中進行地形分析，可以進行土方量的計算。基于BIM技術可視化強的特點，在場地規劃中，分析機械之間的交叉作業，避免沖突，優化各功能區的設置，形成功能區之間的最優配合，得到最優方案[6-7]。

1.2 工程算量與工程造價

工程量計算是工程造價編制的基礎，BIM的自動算量功能能對不規則的三維模型進行算量統計，并提高計算的客觀性和效率。工程的管理是動態的管理，而成本的控制是隨著施工過程不斷產生變化的，BIM模型上的工程量信息加上時間維度，可以顯示不同施工階段的施工成本，有利于項目的成本管控。在該新機場三標項目的方案編制中，采用在總拼胎架上把鋼箱梁的板單元拼裝成塊單元，并進行分塊吊裝，方案初始將鋼箱梁分成5塊或者10塊（表1、表2），傳統的的辦法計算每一塊鋼箱梁的重量十分困難，而Revit建模軟件能實現精準建模，得出每一塊鋼箱梁的體積，為后續的支架設計，和龍門吊的選型提供理論依據（圖4）。BIM的工程量是軟件計算的，其精準度取決于模型的細度，不受人的干預，技術人員可以從大量的重復性和機械性的算量工作中脫離出來，新機場三標通過工程在線平臺，使得參與各方共享BIM信息，提供統一工程量，在統一模型進行互動。

1.3 碰撞檢測和施工圖樣生成

利用BIM可視化強的特點[8]，碰撞沖突檢測在機電領域能產生較好的經濟效益，在基礎設施領域，方案的設計階段可以用來檢測空間的位置關系。本項目在設計格構式管桁架時，運用Fuzor里的沖突分析功能，分析支架的高度與支架的空間位置關系的合理性（圖5）。對于復雜節點，通過生成三維立體圖，使交底形象化，提高交底效率（圖6、圖7）。

1.4 方案比選

本項目主體工程為2×120 m鋼箱梁轉體橋，上跨6條既有鐵路，上跨6 條既有鐵路，施工場地狹小，施工條件復雜，受道路運輸、航空限高、臨近鐵路和業主要求年底主線通車等多種因素制約，施工難度大，工期緊張，項目前期通過大噸位吊車吊裝、大噸位履帶吊吊裝、龍門吊吊裝等多個方案比選，得出龍門吊吊裝為此項目的最佳吊裝方案。通過建立模型，分析每一種方案的利弊關系，經過綜合考慮得出：履帶吊和汽車吊工期受工序影響不能平行作業，且在鐵路間作業具有傾覆的危險，得出龍門吊為最佳方案（圖8）。

1.5 BIM4D模擬

2×120 m耐候鋼箱梁轉體橋在廠家生產出板單元，在總拼胎架上由單元拼裝成塊單元，采用4臺龍門吊吊裝至格構式管桁架進行高位焊接的方式，在鐵路中間作業，空間狹小，必須進行精細化工期管理，本項目通過Project編制的進度計劃，導入至Fuzor中的4D模擬中，讓項目上每一個人員實時把控施工進度，做到全員心中有進度（圖9）。

1.6 轉體過程控制

2×120 m耐候鋼箱梁逆時針轉體，轉體過程中上跨6個墩柱（左2#、左3#、左4#、右4#、右5#、右6#），根據施工工期安排，需將此6個墩柱控制在安全高度以內，既滿足鋼箱梁轉體高度要求，又能保證不影響后續工期，而傳統的計算方法存在一定的誤差，本項目通過BIM技術的精準建模來模擬鋼箱梁轉體過程，通過找到鋼箱梁轉體過程中的碰撞點來推導出轉體過程中，沖突墩身的安全高度（圖10）。

左幅鋼箱梁轉體過程中與墩柱右5#碰撞沖突如圖11所示，墩頂和碰撞點的高差為1.937 m，設計墩身高度為17.5 m，計算得出不影響轉體墩柱理論高度為15.6 m，利用Revit里的高程點可以推導出其他墩身的沖突高度，設計出鋼箱梁轉體過程中的沖突墩身的安全高度（表3）。

1.7 施工工藝模擬

在BIM技術中，利用模型背后的信息進行信息化管理，通過數據的處理提高項目管理水平，使項目增值，還可以通過模型本身進行動畫制作對施工工序進行演示，采用REVIT+NAVISWORKS，進行動畫制作，把重要的施工工序節點通過動畫進行展示（圖12）。

1.8 工程在線動態管理

對于施工單位來說，BIM在施工階段的應用，關鍵點在于如何利用模型中的數據，提高信息化管理水平，使項目增值，本項目基于新機六院建立的工程在線平臺把物料的跟蹤、隱蔽工程的驗收、工程報表的提交匯總在一起，通過手機APP進行實時匯報，使得業主、施工方、甲方能通過工程在線及時掌握施工進度和質量問題，迅速地對所存在的問題進行溝通，及時跟進并整改，共同推進項目的有序進行（圖13）。

1.9 綠色施工BIM應用

通過BIM技術實現綠色施工，是BIM技術應用在項目上的重要落腳點之一，也是在建設工程全壽命周期過程中，如何提升工程質量、縮短項目施工周期、控制項目造價的重要命題[9]。在綠色施工中的四節一環保中（節能、節地、節水、節材和環境保護），通過運用GIS+BIM技術進行土地規劃，充分利用土地，在給排水設計、暖通管道設計中運用BIM技術進行合理設計，能有效地實現節能、節水[10]。通過BIM技術的沖突碰撞檢測，可以減少設計中的錯、漏、碰、缺，從而達到節材的目的。大型建筑非常復雜，建筑信息不僅僅是材料和結構形式、坐標位置等，采用CFD軟件進行計算分析，得到結構形式后的熱島強度、人行區風速、自然通風、聲學模擬等情況，BIM軟件導出Gbxml在能耗計算軟件Simergy，得到能耗分析結果。

2 結束語

BIM技術目前在建筑領域上的應用點已經成熟，在基礎設施領域還有待探索，本文基于BIM技術，從工程項目實際出發，在場地規劃、工程算量、碰撞檢測、方案比選、BIM4D模擬、施工工藝模擬、工程動態管理、綠色施工BIM應用九個方面進行分析，為基礎設施領域的BIM應用點提供一定的借鑒。

參考文獻

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