BIM 技術(shù)在某高樁碼頭施工中的應(yīng)用

沈啟亮，王舉睿，楊 磊

（1.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，廣東廣州 510230；2.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300220；3.中交一航局第五工程有限公司，河北秦皇島 066099）

引言

BIM 技術(shù)是一項應(yīng)用于設(shè)施全生命周期的3D數(shù)字化技術(shù)，它以一個貫穿其生命周期都通用的數(shù)據(jù)格式，創(chuàng)建、收集該設(shè)施所有相關(guān)的信息并建立起信息協(xié)調(diào)的信息化模型作為項目決策的基礎(chǔ)和共享信息的資源[1]。近年來BIM 在建筑業(yè)也逐漸被廣泛應(yīng)用，其中在房建、公路橋梁、市政等施工行業(yè)均有取得較好的應(yīng)用效果；本文以BIM 技術(shù)在高樁碼頭施工中的應(yīng)用為例，講述了BIM 技術(shù)在臨建規(guī)劃、工程量統(tǒng)計、碰樁驗算、可視化交底、圖紙會審、優(yōu)化設(shè)計、形象展示等方面的應(yīng)用，使施工階段全過程應(yīng)用BIM 技術(shù)，有效提高了項目管理水平，提高工作效率，為項目取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 工程概況

神華國華印尼爪哇7 號2×1 050 MW 燃煤發(fā)電工程配套碼頭及取排水設(shè)施工程煤碼頭泊位工程按照停靠14 000 t 級駁船設(shè)計，共布置2 個泊位，碼頭平臺長289 m，寬26 m，頂面高程為3.5 m。在煤炭碼頭平臺內(nèi)側(cè)共布置2 個拖輪泊位，拖輪泊位長87 m。

碼頭結(jié)構(gòu)為高樁梁板式結(jié)構(gòu)，分為4 個結(jié)構(gòu)段，排架間距8.0 m，碼頭基樁為Φ1 000 mm 鋼管樁，每排架設(shè)6 根基樁，其中軌道梁下設(shè)半叉樁，其余均為直樁。碼頭上部結(jié)構(gòu)主要包括現(xiàn)澆橫梁、預(yù)制縱梁、預(yù)制軌道梁、現(xiàn)澆上橫梁、預(yù)制疊合板、現(xiàn)澆面層及磨耗層等。

本工程具有樁基布置密集、現(xiàn)澆下橫梁構(gòu)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、預(yù)制構(gòu)件安裝難度大等技術(shù)難點，且本工程作為公司印尼市場首個工程，具有樹立品牌形象、開拓市場的高標(biāo)準(zhǔn)定位；為此本工程施工階段采用BIM 技術(shù)，助力項目順利實施。

圖1 高樁碼頭標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)斷面圖

2 BIM 技術(shù)應(yīng)用策劃

2.1 確定應(yīng)用點

為使BIM 技術(shù)更加貼合實際，在項目前期準(zhǔn)備階段，專門召開BIM 應(yīng)用價值研討會，確定本工程主要應(yīng)用點見表1。

表1 BIM 技術(shù)應(yīng)用點統(tǒng)計表

2.2 模型分解

依據(jù)規(guī)范[2]要求，結(jié)合高樁碼頭施工工藝，將本項目碼頭整體模型的創(chuàng)建工作，拆分為樁基、上部結(jié)構(gòu)（橫梁、梁板預(yù)制與安裝、靠船構(gòu)件、梁節(jié)點、疊合梁及面層等）、軌道（門機軌道、車檔、頂升、防風(fēng)錨定等）、停靠船及附屬設(shè)施。模型分解表見表2。

表2 高樁碼頭主體模型分解

3 BIM 技術(shù)在高樁碼頭施工中的主要應(yīng)用

3.1 在臨建工程規(guī)劃和施工階段的應(yīng)用

工程作為公司展示公司品牌形象的重要窗口，因此建成高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的臨建工程對于公司市場發(fā)展有著重要的意義。

在臨建規(guī)劃和施工階段應(yīng)用BIM 技術(shù)，利用BIM 技術(shù)對施工場地的安全文明設(shè)施、施工設(shè)施等進行建模，通過BIM 模型的可視化功能，可以更好的分析道路布置、場地給排水布置、各區(qū)域場地布置等是否合理，從而優(yōu)化場地布置[3]。將最終確定好的BIM 模型進行渲染，制作成標(biāo)示牌，可以讓總包、業(yè)主單位更清晰直觀的了解臨建工程。

將BIM 模型導(dǎo)入到Navisworks 軟件內(nèi)，利用軟件的虛擬漫游功能，可以更加直觀的了解臨建工程的細(xì)部布局，從而對不合適的部位進行細(xì)部調(diào)整，例如項目五牌一圖的碼放位置、安全文明施工標(biāo)語的尺寸大小及擺放位置，生活區(qū)和辦公區(qū)的綠化布置等，讓設(shè)計與布局更人性化、合理化。

圖2 臨建場地效果圖

圖3 臨建場地航拍圖

3.2 施工工藝模擬

在現(xiàn)澆橫梁施工方案討論時，原計劃先進行夾樁，然后進行鋼筋籠安裝；通過BIM 對整個工藝進行施工模擬，發(fā)現(xiàn)若先進行夾樁，在安裝鋼筋籠時，封底鋼板將與夾樁主梁的吊鉤發(fā)生沖突，造成鋼筋籠無法順利安裝；因此通過調(diào)整施工工序，先安裝鋼筋籠，然后進行鋼管樁夾樁，保證工序邏輯穿插的合理性[4]。

3.3 工程量計算

BIM 模型作為富含工程信息的數(shù)據(jù)庫，可真實地提供工程管理所需的工程量數(shù)據(jù)，基于這些數(shù)據(jù)信息，計算機可以快速地對各種構(gòu)件進行統(tǒng)計工程量，大大減少繁瑣的人工操作和潛在錯誤。如預(yù)應(yīng)力T 梁，腹板、倒角多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過建立BIM模型，直接計算T 梁體積，計算結(jié)果更精準(zhǔn)，效率更高。同時在橫梁施工時，建立橫梁鋼筋的BIM 模型，可自動生成鋼筋明細(xì)表[5]。

圖4 T 梁構(gòu)件方量計算界面示意圖

3.4 碰樁驗算

碰樁驗算作為高樁碼頭施工環(huán)節(jié)一項重要的技術(shù)核驗工作，其實施質(zhì)量和實施效率，直接影響著碼頭沉樁作業(yè)的施工進度。本工程應(yīng)用BIM 技術(shù)在施工前對樁基進行碰撞檢查，以便與設(shè)計溝通修改。使用Revit 軟件建模，將模型導(dǎo)入到NavisWorks，利用NavisWorks 軟件的Clash Detective 功能，對樁基進行硬碰撞和軟碰撞的檢查[6]。

相比較傳統(tǒng)的手算過程，BIM 技術(shù)把技術(shù)人員從繁雜瑣碎的重復(fù)計算中解脫出來，有效降低工作強度。同時，電算化的復(fù)檢手段可以避免因人為疏忽和計算錯誤而引起的工作失誤，提高工作質(zhì)量。

通過對第一版圖紙的碰撞驗算，發(fā)現(xiàn)硬碰撞1處，軟碰撞（直樁允許偏差25 cm，斜樁允許偏差30 cm，因此兩根樁的安全距離不小于55 cm）4 處；與設(shè)計單位溝通，改變了鋼管樁扭角，從技術(shù)角度保證鋼管樁沉樁的順利施工。

圖5 樁基優(yōu)化前后對比圖

3.5 優(yōu)化設(shè)計

在現(xiàn)澆橫梁鋼筋在軌道梁凹槽安裝處通長布置，造成后期預(yù)制軌道梁無法安裝，經(jīng)設(shè)計同意將軌道梁凹槽處鋼筋斷開，后期補焊。通過BIM 技術(shù)提前發(fā)現(xiàn)問題，并及時通知設(shè)計單位，優(yōu)化設(shè)計，既提高了設(shè)計質(zhì)量，又避免了返工造成的成本浪費。

3.6 鋼管樁沉樁質(zhì)量分析

鋼管樁沉樁完成后，為分析沉樁質(zhì)量，應(yīng)確定每根樁樁底所在土層；通過傳統(tǒng)二維圖紙無法精準(zhǔn)確定每根樁所在的土層，影響分析結(jié)果。利用BIM技術(shù)，根據(jù)地勘報告繪制出沉樁區(qū)域的三維土層分布模型，并將實際的沉樁模型添加到對應(yīng)的位置，可以直觀的了解每根樁樁底所在的土層，使數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)，更便于分析。

3.7 關(guān)鍵工序可視化技術(shù)交底

本工程現(xiàn)澆下橫梁長度為26 m，橫梁截面尺寸“兩頭大、中間小”，屬異形梁；鋼筋綁扎復(fù)雜，施工難度較大；因此在下橫梁施工技術(shù)交底時，采用BIM 技術(shù)，通過三維模型，更直觀的展示交底內(nèi)容，使作業(yè)人員更容易理解施工內(nèi)容，避免作業(yè)人員的錯誤理解，提高交底質(zhì)量，從而提高現(xiàn)場施工的質(zhì)量，減少返工率。

3.8 預(yù)制梁、板的預(yù)留鋼筋位置優(yōu)化

通過BIM 技術(shù)對梁板安裝施工環(huán)節(jié)進行1:1 施工放樣，可以精確反映各構(gòu)件間預(yù)留鋼筋沖突問題，及早發(fā)現(xiàn)沖突部位，編制預(yù)留鋼筋調(diào)整計劃。在構(gòu)件預(yù)制環(huán)節(jié)采取相應(yīng)措施調(diào)整干擾鋼筋位置，既保證了構(gòu)件結(jié)構(gòu)的完整性，又滿足了構(gòu)件安裝精度和質(zhì)量的要求，從根本上提高了高樁碼頭施工的精細(xì)化程度，提高了碼頭成品的實體質(zhì)量[7]。

3.9 形象展示

BIM 技術(shù)在施工形象展示更加直觀具體，通過Lumion、3DMax 等圖形渲染軟件的處理，其展示效果將更加真實和美觀。因此，在對外形象展示和階段性匯報過程中，采用BIM 技術(shù)與圖像處理軟件相結(jié)合，可以達(dá)到錦上添花的效果[8]。

圖6 碼頭整體效果圖

圖7 碼頭整體航拍圖

4 結(jié)語

該項目是公司在印尼市場的首個工程，也是公司海外項目中首次采用BIM 技術(shù)。將BIM 技術(shù)應(yīng)用在大小臨建規(guī)劃和建設(shè)過程中，通過BIM 模型的可視化功能，優(yōu)化場地布置，助力實現(xiàn)了臨建設(shè)施的高標(biāo)準(zhǔn)、精細(xì)化管理。將BIM 技術(shù)應(yīng)用施工過程中，包括圖紙會審、碰樁驗算、可視化技術(shù)交底、工程量計算、安全管理、施工VR 漫游等方面，提高管理人員工作效率，降低施工風(fēng)險，為項目的順利實施提供助力。