深圳市大空港新城區截流河綜合治理工程BIM應用

劉志強

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

1 項目概況

為進一步優化空港新城建設區域環境，防洪排澇，凈水提質，在深圳市寶安區西北部空港新城建設區域建設大空港新城區截流河綜合治理工程。該工程區域地處珠江口東岸，臨近遠東航運中心香港。

本項目主要建設內容包括為截流河主河道1條，南、北連通渠共2條，截污閘站8座，節制閘5座，提升泵站2座，排澇泵站1座。項目工程規模大，專業協調接口多，綜合性程度高，是一個防洪治澇、改善水質的綜合性水利工程。截流河整體效果如圖1所示，節制閘效果如圖2所示。

圖1 截流河整體效果

2 BIM應用情況

2.1 應用軟件

應用軟件情況見表1。

圖2 節制閘效果

表1 應用軟件情況

2.2 模型內容

根據工程內容，項目建立模型有提升泵站2個、截污閘站8個、節制閘5個、排澇泵站1個、河道1個等，涉及專業有水工、金結、巖土、電氣、建筑。以北連通渠節制閘水工專業模型為例，通過模型直觀的展示了北連通渠節制閘建成后的效果。通過建立模型，采用3dmax軟件實現模型結合[1]，對閘門零件細部處進行細部處理，三維展現細部處結構[2]，以確保細部處協調。項目施工技術人員用施工圖紙對照三維模型更容易理解掌握施工內容。避免因對圖紙理解錯誤造成工期及成本損失[3]。地形地質模型如圖3所示，三維配筋模型如圖4所示，北連通渠節制閘平面直升閘模型如圖5所示，閘門零件細部模型如圖6所示。

圖3 地形地質模型

圖4 三維配筋模型

圖5 北連通渠節制閘—平面直升閘模型

2.3 應用場景

2.3.1 技術應用目標

(1)充分利用前期模型成果，通過三維深化設計，對圖紙進行二次優化，減少返工，加快施工進度。

(2)方案模擬、可視化交底、算量配合方面深入運用BIM技術進行輔助管理[4]，探索BIM平臺應用，提高信息化管理水平。

圖6 閘門零件細部模型

(3)竣工模型最后作為竣工數據庫移交給業主，保證竣工模型與現實一致，為日后運維打好數據基礎，做好施工到運維的三維數字資產傳遞工作[5]。

2.3.2 各階段應用情況

BIM技術在施工階段的應用，除了在前期策劃工作中利用BIM可視化的優勢進行優化比選之外，也包括施工過程中的數據采集和整理[6]，例如在工程量統計和施工進度模擬的技術應用當中，就需要采集現場實際工程量、材料消耗量、實際進度情況并與模型構件關聯，這些工作需要在整個施工過程中持續[7]。采集整理數據一方面為項目實施過程中及時掌握和調整方案策略提供資料，另一方面也為類似項目的策劃提供樣本和依據。

2.3.3 應用BIM技術解決的問題

(1)大空港新城區建設標準高，片區項目眾多且跨度長，邊界條件復雜，工程區域總體規劃難度大，采用BIM三維場地規劃解決[8]。

(2)工程區域范圍廣，陸域形成面積接近280萬m2，多線同步施工，多專業模型交叉多，采用BIM平臺及無人機把控施工進度。

(3)大場地地基處理需根據地質條件和荷載要求，分區分塊選擇相應的地基處理方法，采用BIM化施工方案解決。

(4)淤泥層厚度變化大，清淤開挖標準不同，分為高程控制和土質控制，創建三維地質信息化模型，解決出圖和算量問題。

2.4 優化場地布置

在場地規劃階段，場地的地貌、地質、周圍交通道路情況都是影響布置方案的重要因素[9]。以項目六工區南節制閘為例，本項目南節制閘位于河道南端，地質多為淤泥，施工難度大。施工過程中，因場內交叉施工作業多，合理的場地布置可節約項目成本。

通過利用BIM技術提前進行可視化分析，模擬場內履帶吊、混凝土攪拌車、材料運輸車輛等的行進路線以及車輛間的會車距離和材料堆放場地等[10]。通過分析總結場內道路設置中的問題，從而擬定解決措施，保證了場地內流通順暢。

通過BIM技術，減少了場內外臨時設施的變更，節約成本投入約20萬元，加快了主體工程的施工進度。南節制閘BIM場布如圖7所示，南節制閘現場場布如圖8所示。

圖7 南節制閘BIM場布

圖8 南節制閘現場場布

2.5 施工進度模擬，無人機進度實施把控

由于本工程建設內容多樣、專業交叉復雜、建設標準高、區域內同期工程干擾大，施工階段，全面應用BIM技術對建設全過程進行輔助與管控顯得十分必要[11]。

北樞紐位于截流河最北端，鄰近外環高速橋，地質復雜，多為淤泥地質，施工復雜且交叉施工多。通過全景航拍，實現基于無人機技術的信息化應用，通過第三方平臺與移動端實時展示施工場景、施工進度與施工安全管理的現狀，使項目相關人員能夠及時掌握項目動態，輔助對工程建設的全過程監督[12]。BIM平臺進度追蹤管理如圖9所示，北樞紐無人機航拍進度追蹤如圖10所示。

2.6 施工方案模擬與優化

工程范圍廣，以北排澇泵站為例，排澇泵站基底高程-12.38m，工程通過利用BIM技術輔助施工，進行總體工籌策劃、可視化交底、大型設備吊裝路線模擬，根據項目施工組織設計[13]，利用BIM技術反饋施工方案中存在的潛在問題，通過各項數據的對比與模擬，分析不同方案的優缺點，從而選擇更優的施工方案，提高施工方案質量，節約溝通交流時間，加快施工效率。基坑施工模擬如圖11所示，電動機安裝模擬如圖12所示。

圖9 BIM平臺進度追蹤管理

圖10 北樞紐無人機航拍進度追蹤

圖11 基坑施工模擬

通過利用BIM技術，工程排除90%圖紙錯誤，減少10%的現場施工返工；整體節約材料約120萬元，縮短工期41 d，節省建造費用總額450萬元。

2.7 三維地質信息化模型

本工程淤泥在場地內呈廣泛連續分布，灰色，飽和，流塑狀為主，在河道內呈灰黑色，飽和，流塑，含較多腐殖質和少量生活垃圾。項目開工至今，施工過程中，涉及土方隊伍多，導致工程量審核難度大，為解決這一難題，通過利用civil3D軟件，基于獨立開發的Civil3D部件庫，生成河道模型，在此基礎上進一步生成6.37 km的截流河地形曲面，從而計算出不同土質層的工程量。通過civil3D軟件的應用，實現同一數據模型，設計施工一體化應用，大大提高了土方概算、預算、結算的速度和精確度，實現全過程成本控制[14]。六工區方格網土方施工如圖13所示，六工區河道模型如圖14所示。

圖12 電動機安裝模擬

圖13 六工區方格網土方施工

圖14 六工區河道模型

3 應用創新

創新性地把civil3D軟件應用到了生態景觀河道的施工中，基于獨立開發的Civil3D部件庫，建立河道模型，實現三維出圖和水文特性分析，基于獨立開發的二次開發插件集，模擬各已完成土方結算的地形曲面，進行土方結算三維算量復核[15]。

通過對本工程的BIM規劃和管理，將全專業的BIM模型整合校對，并在施工過程中實時根據項目的實際施工結果，更新原始的設計模型，使模型包含項目整個施工過程的真實信息，包括本工程建筑、結構、機電等各專業相關模型大量、準確的工程和構件信息，這些信息能夠以電子文件的形式進行長期保存，形成竣工模型。土方結算三維算量復核如圖15所示。

圖15 土方結算三維算量復核

4 結論

BIM模型與相關計算軟件的結合在實踐中展現了其高效的建模、計算能力，在本項目BIM應用過程中起到了至關重要的作用。采用BIM技術進行施工模擬，可視化交底，碰撞檢查，確保施工的準確性和可行性，提高了項目質量和效率。基于信息化管理平臺，實現施工過程中進度、質量、安全、協調等全過程動態管理，改變傳統項目管理模式，縮短項目工期，控制項目成本、提升項目質量。實施團隊在現有軟件基礎上，進行了二次開發，使其更貼合水利項目本身特點，快速體現在成果中。