基于BIM技術(shù)的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)

◎ 杜靜 廣東省航運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

隨著社會(huì)的發(fā)展和建筑行業(yè)的進(jìn)步，裝配式建筑已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于不同類(lèi)型的建筑項(xiàng)目中，如進(jìn)行裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)一體化的設(shè)計(jì)等。然而，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法往往存在信息孤島、協(xié)同不暢和數(shù)據(jù)不一致等問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)計(jì)效率較為低下的同時(shí)又增加了施工風(fēng)險(xiǎn)。BIM技術(shù)以其全生命周期信息管理和協(xié)同設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，為裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了新的思路和解決方案。將樁基設(shè)計(jì)和裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行一體化，實(shí)現(xiàn)了信息共享、設(shè)計(jì)協(xié)同和施工優(yōu)化，從而提高設(shè)計(jì)效率、降低施工風(fēng)險(xiǎn)。本文旨在探索基于BIM技術(shù)的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)方法[1]。通過(guò)綜合分析工程概述、裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)一體化建設(shè)信息、基于BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)要素和步驟等內(nèi)容，揭示了該設(shè)計(jì)方法在工程建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景，以期通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)全過(guò)程的信息集成和優(yōu)化，提高工程質(zhì)量、減少資源浪費(fèi)，推動(dòng)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1.工程概述

某港口正在進(jìn)行工程建設(shè)，該工程規(guī)模包括1個(gè)20萬(wàn)噸級(jí)集裝箱泊位和2個(gè)15萬(wàn)噸級(jí)散貨泊位。設(shè)計(jì)年通過(guò)能力達(dá)到1200萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)箱和1500萬(wàn)噸。為了提高施工效率和質(zhì)量，該碼頭采用了新型全裝配的模塊式高樁碼頭結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 裝配式碼頭結(jié)構(gòu)斷面示意圖

該碼頭的上部結(jié)構(gòu)采用了高樁設(shè)計(jì)，利用模塊化的建造方式，在工廠(chǎng)中預(yù)制和組裝完成建筑模塊后，整體運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速安裝。目前，該工程已完成了首榀橋墩的澆筑施工，為后續(xù)工程奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.基于BIM技術(shù)的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)一體化建設(shè)信息特點(diǎn)與架構(gòu)

信息特點(diǎn)方面，BIM技術(shù)涵蓋裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括設(shè)計(jì)、制造、施工、運(yùn)維管理等多個(gè)方面的信息。BIM模型作為一個(gè)集成的數(shù)字化表示，包含了構(gòu)件的幾何、屬性和關(guān)系等詳細(xì)信息，實(shí)現(xiàn)全方位的信息共享和協(xié)同工作。架構(gòu)方面，基于BIM技術(shù)的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)一體化建設(shè)采用統(tǒng)一的BIM平臺(tái)作為核心，集成了設(shè)計(jì)軟件、制造設(shè)備、施工工藝和管理系統(tǒng)等多個(gè)模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理和協(xié)同處理。各參與方可以基于BIM平臺(tái)進(jìn)行信息的輸入、查詢(xún)和更新，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交互和協(xié)同工作。平臺(tái)還提供權(quán)限控制和數(shù)據(jù)安全機(jī)制，確保信息的保密性和完整性。在BIM模型的建設(shè)過(guò)程中，各參與方將自身的專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)和信息輸入到模型中，能夠形成一個(gè)完整的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)的數(shù)字化表示[2]。同時(shí)，進(jìn)行模型的可視化展示、碰撞檢測(cè)、進(jìn)度計(jì)劃和資源管理等工作，提高工作效率和準(zhǔn)確性。此外，BIM模型還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化分析和模擬，幫助預(yù)測(cè)和解決施工中的問(wèn)題，提高項(xiàng)目的質(zhì)量和安全性。

3.基于BIM技術(shù)的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)

3.1 構(gòu)件庫(kù)的創(chuàng)建

基于BIM技術(shù)的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)中，建立完善的構(gòu)件庫(kù)是關(guān)鍵。裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)體系包括混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)，其中混凝土結(jié)構(gòu)又分為有樁帽和無(wú)樁帽兩類(lèi)。因此，在建設(shè)過(guò)程中，需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)件類(lèi)型創(chuàng)建基于BIM技術(shù)的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)一體化的構(gòu)件庫(kù)?；贐IM平臺(tái)（如Revit）的數(shù)字化建設(shè)過(guò)程中，利用相關(guān)軟件進(jìn)行構(gòu)件的創(chuàng)建。以典型構(gòu)件“π”形疊合面板為例，按照幾何信息繪制構(gòu)件的形狀，并填寫(xiě)相應(yīng)的非幾何信息，如構(gòu)件編碼和材質(zhì)。創(chuàng)建的構(gòu)件需要經(jīng)過(guò)審查和驗(yàn)證，確保其幾何形狀準(zhǔn)確、符合要求，并能與整體樁基碼頭模型進(jìn)行集成和協(xié)同工作。隨后，將構(gòu)件添加到構(gòu)件庫(kù)中，并建立構(gòu)件的參數(shù)庫(kù)和模型庫(kù)，在BIM軟件中錄入構(gòu)件信息，包括名稱(chēng)、編碼和參數(shù)值等。最后，需要根據(jù)項(xiàng)目的進(jìn)行和技術(shù)的進(jìn)步，持續(xù)更新管理構(gòu)件庫(kù)的構(gòu)件信息和模型，管理版本和變更，以保持構(gòu)件庫(kù)與實(shí)際使用的構(gòu)件的一致性[3]。

3.2 數(shù)字化模型設(shè)計(jì)

數(shù)字化模型設(shè)計(jì)在基于BIM技術(shù)的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)中扮演關(guān)鍵角色。該設(shè)計(jì)過(guò)程涵蓋了從構(gòu)思到實(shí)施的全過(guò)程。各專(zhuān)業(yè)參與者按照統(tǒng)一的項(xiàng)目單位、基點(diǎn)、坐標(biāo)系、軸網(wǎng)和命名規(guī)則等要求進(jìn)行工作，并從構(gòu)件族庫(kù)中選擇適配的構(gòu)件構(gòu)建完整的BIM模型，以推進(jìn)建模標(biāo)準(zhǔn)化和效率化。采用基于Revit平臺(tái)的BIM技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化模型設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)的過(guò)程。設(shè)計(jì)人員通過(guò)為不同構(gòu)件設(shè)置合適的幾何和非幾何信息參數(shù)，對(duì)裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性[4]。數(shù)字化模型設(shè)計(jì)在基于BIM技術(shù)的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)中具有重要作用，為各專(zhuān)業(yè)協(xié)同工作提供了統(tǒng)一的平臺(tái)和方法，推動(dòng)了設(shè)計(jì)過(guò)程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。數(shù)字化模型的具體設(shè)計(jì)步驟如表1所示。

表1 數(shù)字化模型設(shè)計(jì)表

3.3 數(shù)字化制造與加工

基于BIM技術(shù)的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)中，數(shù)字化制造與加工發(fā)揮著重要作用。通過(guò)數(shù)字化模型設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與制造與加工過(guò)程相連接，實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)字化制造流程，如圖2所示。

圖2 基于BIM技術(shù)的數(shù)字化制造與加工流程圖

首先，通過(guò)BIM模型中的幾何和非幾何信息，生成詳細(xì)的構(gòu)件制造和加工數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括構(gòu)件尺寸、材料類(lèi)型、加工工藝、裝配順序等。制造和加工團(tuán)隊(duì)將直接從BIM模型中提取相關(guān)數(shù)據(jù)，以減少傳統(tǒng)手工繪圖和繁瑣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。其次，通過(guò)將BIM模型與制造設(shè)備、機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床等數(shù)字化工具進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的自動(dòng)化加工和裝配。利用數(shù)字化制造技術(shù)優(yōu)化材料利用率、減少人工錯(cuò)誤，并提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制。此外，通過(guò)數(shù)字化制造與加工支持模塊化和預(yù)制化施工方法的應(yīng)用，BIM模型對(duì)構(gòu)件進(jìn)行拆分和組裝，實(shí)現(xiàn)模塊化構(gòu)件的制造與加工。預(yù)制化構(gòu)件在工廠(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行加工和裝配，然后運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，以提高施工效率和質(zhì)量。

3.4 數(shù)字化施工安裝

基于BIM技術(shù)的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)中的數(shù)字化施工安裝是一個(gè)關(guān)鍵的階段，此階段將把數(shù)字化模型轉(zhuǎn)化為實(shí)際的建筑物。數(shù)字化施工安裝流程如圖3所示。

圖3 數(shù)字化施工安裝流程圖

首先，為確保模型的準(zhǔn)確性和完整性，對(duì)BIM模型進(jìn)行設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。模型中包含了裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)的幾何和非幾何信息，這些信息為施工安裝奠定基礎(chǔ)。其次，確定施工的時(shí)間、資源和工序等細(xì)節(jié)，制定數(shù)字化施工安裝計(jì)劃，此計(jì)劃將用于指導(dǎo)整個(gè)施工過(guò)程，確保工程按時(shí)進(jìn)行并符合要求。接著，進(jìn)行場(chǎng)地準(zhǔn)備和材料預(yù)置，確保施工所需的資源和材料可及且齊全。同時(shí)，進(jìn)行數(shù)字化施工工序規(guī)劃，利用BIM模型規(guī)劃施工順序和流程，確保施工的合理性和高效性。隨后，進(jìn)行施工資源調(diào)度與協(xié)調(diào)，包括人力、設(shè)備和材料等，以確保施工進(jìn)度和質(zhì)量的控制。通過(guò)數(shù)字化技術(shù)的支持，資源的調(diào)度和協(xié)調(diào)將變得更加精確和高效。繼而，進(jìn)行數(shù)字化構(gòu)件定位與布置，根據(jù)BIM模型的信息，確定構(gòu)件的準(zhǔn)確位置，并進(jìn)行相關(guān)布置，以確保施工的精度和一致性。同時(shí)，數(shù)字化裝配與焊接工藝根據(jù)BIM模型中的指導(dǎo)，進(jìn)行構(gòu)件的裝配和連接，確保施工的正確性和質(zhì)量。在施工過(guò)程中，利用BIM模型進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)字化安全檢查和質(zhì)量控制，確保施工符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，保障工人和工程的安全。同時(shí)，記錄施工過(guò)程中的關(guān)鍵信息和進(jìn)展情況，并及時(shí)更新BIM模型，以保持模型與實(shí)際施工的一致性。便于監(jiān)測(cè)和跟蹤施工的進(jìn)展，并進(jìn)行必要的調(diào)整和優(yōu)化。最后，利用BIM模型進(jìn)行數(shù)字化竣工驗(yàn)收和交付，確保工程的質(zhì)量和完整性符合要求。此過(guò)程將為后續(xù)的維護(hù)和管理提供可靠的基礎(chǔ)。

3.5 結(jié)構(gòu)一體化建設(shè)管理平臺(tái)的搭建

在基于BIM技術(shù)的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)一體化建設(shè)中，結(jié)構(gòu)一體化建設(shè)管理平臺(tái)的搭建是非常關(guān)鍵的一步。結(jié)構(gòu)一體化建設(shè)管理平臺(tái)的搭建包括需求分析、選型方案、平臺(tái)搭建、數(shù)據(jù)集成、實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用拓展。首先，進(jìn)行需求分析，明確工程建設(shè)過(guò)程中的管理、信息交流、數(shù)據(jù)管理和監(jiān)控需求。然后，評(píng)估并選擇適合項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)一體化建設(shè)管理平臺(tái)方案。接著，搭建平臺(tái)，包括軟件安裝、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置、用戶(hù)權(quán)限管理和界面設(shè)計(jì)[5]。將各系統(tǒng)和工具的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，確保平臺(tái)能獲取和處理不同來(lái)源的數(shù)據(jù)。平臺(tái)具備實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，獲取并監(jiān)測(cè)工程建設(shè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行報(bào)警。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，提取有價(jià)值信息，優(yōu)化工程進(jìn)度、質(zhì)量和資源利用。平臺(tái)還能達(dá)到拓展應(yīng)用，與供應(yīng)鏈管理和設(shè)備管理系統(tǒng)集成，提升整體效率和協(xié)同性的目的。通過(guò)搭建該平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)的數(shù)字化、智能化管理，加快工程建設(shè)的進(jìn)度，提高施工效率和工程質(zhì)量，降低工程建設(shè)的成本，為工程建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文深入探討了基于BIM技術(shù)的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)一體化建設(shè)信息的分析，明確了數(shù)字化建設(shè)對(duì)于提高效率、質(zhì)量和協(xié)同管理的重要性。在基于BIM技術(shù)的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)的探究中，文章重點(diǎn)針對(duì)構(gòu)件庫(kù)的創(chuàng)建、數(shù)字化模型設(shè)計(jì)、數(shù)字化制造與加工、數(shù)字化施工安裝以及結(jié)構(gòu)一體化建設(shè)管理平臺(tái)搭建等關(guān)鍵步驟展開(kāi)了研究，旨在為實(shí)現(xiàn)裝配式樁基碼頭的高效建設(shè)和管理提供有效的技術(shù)支持。綜上所述，基于BIM技術(shù)的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)前沿而具有潛力的研究領(lǐng)域。通過(guò)不斷地創(chuàng)新和推廣，此種設(shè)計(jì)方法將為工程建設(shè)行業(yè)帶來(lái)更高效、智能和可持續(xù)的發(fā)展，并為行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型作出重要貢獻(xiàn)。