BIM技術在水工碼頭施工中的應用研究與開發(fā)

顧曉彬 張曉輝

中交三航局第三工程有限公司 江蘇 南京 210011

1 工程概況

通海碼頭一期工程位于江蘇省南通市與海門市交界處（圖1）。工程擬建設70 000 t級高樁碼頭1座，外檔布置3個70 000 t級雜貨泊位，預留集裝箱功能，上游內檔建設一個5 000 t級雜貨泊位，以及相關配套設施。碼頭設計年通過能力5 373 000 t。碼頭建設工期為440 d。

圖1 項目效果圖

2 BIM應用的必要性

通海碼頭一期工程工期短，工程規(guī)模大。要想如期完成碼頭建設，必須投入大量的船機設備。如果采用原有的管理手段，勢必會投入大量的人力物力，管理成本也會大幅度增加。

因此必須在常規(guī)的工程管理模式中進行改進創(chuàng)新，減少管理人員和管理成本，提高工程建設管理效率。而通海碼頭建設管理難點主要體現(xiàn)在以下2點：

1）如何協(xié)調施工管理手段落后與現(xiàn)有先進設備之間的矛盾。設備技術的革新會提高生產效率，但是在大量設備同時投入施工時往往會由于管理手段的落后導致設備不能最大程度地發(fā)揮其產能。因此在設備技術革新的同時管理手段也需要升級，否則就會造成資源的浪費。BIM技術在協(xié)調設備運行以及進度管理方面可以做到精細化管理，并且在國內眾多地鐵項目中都有不錯的應用效果，因此通海碼頭工程嘗試應用BIM技術來管理進度。

2）如何整合信息，用信息化管理手段提升管理效率。要在440 d內完成如此大規(guī)模的碼頭建設，信息管理是關鍵。信息化管理是國家倡導的管理模式，也是建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢。中交系統(tǒng)相繼開發(fā)了眾多信息化管理平臺，但是這些管理平臺都是獨立運行的，存在著數(shù)據(jù)重復錄入等弊端，為了能夠高效地應用這些信息管理平臺，需要完成信息數(shù)據(jù)的整合利用。BIM技術就是以信息為核心的管理系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)搜集和信息整合方面都有著強大的功能，因此通海碼頭工程嘗試應用BIM技術來進行信息化管理。

3 BIM技術應用

3.1 BIM模型建立及圖紙找錯

BIM技術應用的第一步是進行模型建立。BIM技術對工程的管理是在模型的基礎上完成的。BIM系統(tǒng)中有許多建模軟件，其中Revit軟件應用較為廣泛，它具有3大特點：使用廣泛，操作便捷；功能強大，插件豐富；源代碼公開。項目部通過BIM技術系統(tǒng)中的REVIT軟件完成了通海碼頭模型（圖2）的建立。

圖2 通海碼頭一期工程模型

3D模型比圖紙具有更為強烈的直觀性，為施工圖審核提供了便捷。工程師雖然可以通過二維圖紙發(fā)現(xiàn)設計錯誤，但是需要花費大量的時間精力。通過設計圖建立三維模型后，工程師可以快速、直觀地找出設計的不合理處，為后續(xù)施工掃除障礙。

在完成通海碼頭模型建立后，項目管理人員第一時間發(fā)現(xiàn)了設計圖紙中的2處最明顯的錯誤：一處是碼頭排水口面板的尺寸偏差（圖3），另外一處則是變電所平臺PHC管樁碰樁（圖4），這為后續(xù)施工提供了便捷。

圖3 排水口構件尺寸誤差

圖4 變電所平臺碰樁

3.2 通過BIM技術優(yōu)化現(xiàn)場施工部署

要在440 d內完成大規(guī)模的碼頭建設，進度管理是絕不允許有任何差錯的?？梢肴缙谕旯ぞ捅仨氁度氪罅康拇瑱C設備。本工程預計要投入3艘打樁船、2艘攪拌船、4艘起重船、若干運輸船和交通船。

本工程水上施工區(qū)域緊鄰常熟錨地，在狹小的施工區(qū)域內投入如此多的船機，若船機施工安排部署稍有不妥，各個船機之間勢必會相互影響，最終將導致工期延長。

工程師通過BIM系統(tǒng)中Navisworks軟件將施工進度進行5D（三維＋時間＋成本）模擬，常規(guī)的進度管理軟件Project只能簡單顯示數(shù)量及百分比，而Navisworks軟件可以將進度計劃精確到具體構件并通過模型展示。將進度計劃用模型進行3D模擬，便于工程人員估算施工時間和施工成本，同時發(fā)現(xiàn)施工計劃安排的不合理，更便于施工計劃的調整修改。

通過Navisworks軟件將關鍵位置的樁的打設進度精確到具體樁位（圖5），并通過模型進行3D模擬。

經過反復多次的模擬施工（圖6），將沉樁計劃安排得更為合理，這樣可以避免在實際施工過程中出現(xiàn)紕漏，盡可能節(jié)約工期，降低成本。

圖5 沉樁進度精確到構件

圖6 沉樁施工進度模擬

模擬施工在通海碼頭工程中還運用在了技術交底環(huán)節(jié)，在技術交底時通過三維動畫演示可以更加直觀地對一線班組進行交底，比以往的技術交底效果更好。

打樁船根據(jù)每一階段項目部提供的沉樁進度計劃表來進行沉樁作業(yè)，有效地防止了漏樁現(xiàn)象的產生，同時也最大程度地避免了與其他船機發(fā)生干擾而影響進度。

在構件安裝等其他工序施工中，通過Navisworks軟件將進度計劃精確到具體構件，將進度計劃在原有的基礎上進行優(yōu)化，為施工進度管理提供了高效便捷的服務。

3.3 通過BIM技術進行方案模擬和工藝交底

基于魯班BIM技術，碼頭項目以建筑模型為基礎，制作施工動畫，進行工程施工方案的模擬演示（圖7），以直觀的三維展示，論證施工方案的可操作性和合理性。通過三維動畫制作能真實再現(xiàn)施工過程，將施工細節(jié)通過三維動畫制作軟件展現(xiàn)出來，提高了施工人員的工作效率，使施工工序更簡明易懂，將施工工序通過施工動畫準確地傳遞給施工人員。

圖7 碼頭PHC管樁施工工藝模擬

3.4 通過BIM模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)一體化管理

在構件施工結束后，由一線施工人員對BIM模型進行維護。例如每沉完一根樁，都要將沉樁的參數(shù)及時錄入到BIM模型中（圖8），錄入模型的參數(shù)會同步上傳到云平臺，各個分部的施工人員都可以查看，便于構件質量控制以及后續(xù)的進度計劃調整[1-3]。

錄入BIM系統(tǒng)的參數(shù)，都存儲在同一個BIM模型內，每個工程人員都可以在同一個平臺內進行各個分項的工作，各個部門也可以在同一個平臺內進行協(xié)調合作，在實現(xiàn)數(shù)據(jù)一體化管理后，工作效率得到了提高。

魯班BIM系統(tǒng)自身帶有數(shù)據(jù)篩選統(tǒng)計功能，工程人員可以根據(jù)實際需求，對參數(shù)進行篩選統(tǒng)計，并可導出相對應的統(tǒng)計表，為后續(xù)工作的順利開展提供基礎。

現(xiàn)場施工人員對照實際生產情況將每個構件的參數(shù)信息如實錄入BIM系統(tǒng)，管理人員可以直接通過BIM模型對所需要的信息進行篩選查詢。相較于常規(guī)的紙質資料，BIM模型內的數(shù)據(jù)信息更為全面，查詢更為便捷，高效的數(shù)據(jù)管理提高了項目部的工作效率。

3.5 通過BIM技術實現(xiàn)施工現(xiàn)場信息化管理

將魯班BIM系統(tǒng)與現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)對接，在魯班BIM系統(tǒng)內實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控。對施工現(xiàn)場的人員設備進行定位，為工程建設的安全管理提供高效便捷的服務。通海碼頭施工現(xiàn)場裝有10個監(jiān)控探頭。

監(jiān)控探頭所拍攝到的畫面均可在BIM系統(tǒng)內查看（圖9），對現(xiàn)場人員及設備可以達到定位功能。對于現(xiàn)場違章行為可以進行即時抓拍，提高施工安全管理效率。

圖8 構件參數(shù)查看

圖9 監(jiān)控畫面查看

將中交三航局開發(fā)的“三航現(xiàn)場通”APP與魯班BIM系統(tǒng)對接，施工人員在現(xiàn)場可以即時上傳安全質量信息，項目管理人員可以隨時隨地對現(xiàn)場進行指令發(fā)送，對下達的指令可以跟蹤查詢，便于工程安全及質量的管理。

3.6 通過BIM進行4D進度管理

BIM模型的三維可視化功能，為項目進度管理提供極大的便利。基于三維模型，加入施工狀態(tài)信息，形成了基于BIM技術的4D進度管理，可視化效果強，與傳統(tǒng)的進度報告單相比，進度信息承載能力強大，表現(xiàn)力突出。傳統(tǒng)施工現(xiàn)場進度只是以數(shù)量的形式呈現(xiàn)，運用BIM軟件可以實現(xiàn)工程進度的可視化，同時將施工計劃進度和實際進度進行對比，進而可以更加直觀、合理地安排施工進度。利用魯班BIM平臺，項目管理人員可實時且直觀地查看項目現(xiàn)場的施工進度虛擬沙盤，與計劃進度對比偏差，根據(jù)系統(tǒng)的計算結果，分析總結是否存在提高效率的可能性，合理安排下階段施工所需材料及資金（圖10）。

3.7 將BIM技術與各個管理平臺對接

圖10 Luban Plan進度管理

目前，中交系統(tǒng)內有許多工程管理平臺，例如中交第三航務工程局安全質量管理平臺、中交三航局有限公司材料核銷閉合管理系統(tǒng)、混凝土生產全過程監(jiān)控管理信息系統(tǒng)等。但是各個管理平臺登錄網站都不同，網站的管理方也不同，而且存在數(shù)據(jù)重復錄入的弊端。

為了將這些管理平臺與BIM系統(tǒng)有效對接，使BIM系統(tǒng)成為信息管理平臺的中心樞紐，項目部研發(fā)了插件，將各個管理平臺對接到BIM系統(tǒng)。對接后，所有的管理平臺都可以共享BIM系統(tǒng)內的施工數(shù)據(jù)信息，減少重復錄入數(shù)據(jù)，而且在BIM系統(tǒng)內可以查看所有信息管理平臺的數(shù)據(jù)信息，因此施工管理效率得到了提高。

中交集團開發(fā)的混凝土生產全過程監(jiān)控管理信息系統(tǒng)可直接從混凝土攪拌站自動統(tǒng)計混凝土的強度、配合比、坍落度等參數(shù)信息，將這些信息在BIM系統(tǒng)內對應到相應的混凝土構件，就可自動生成“混凝土構件查詢冊”，只要點擊“混凝土構件查詢冊”，就可以查詢到該構件的混凝土參數(shù)信息，為現(xiàn)場構件的質量把控提供了便捷。

4 BIM應用效果

在BIM技術的指導下，碼頭建設目前沒有出現(xiàn)工期延誤、成本超值、安全事故等不利影響，而且在BIM系統(tǒng)的幫助下，工程建設管理比以往類似的工程更加高效便捷，尤其在以下2個方面，BIM技術應用效果比較理想[4-5]。

1）BIM技術應用后，施工圖審核的準確性及效率得到了提高。施工進度實現(xiàn)了可視化管理，并且通過BIM技術的模擬施工功能，有效地避免了船機之間的相互影響。在所有船機發(fā)揮出最大產能的同時，項目管理人員沒有額外增加，管理成本也在可控范圍內。因此，BIM技術有效地協(xié)調了管理手段落后與現(xiàn)有先進設備之間的矛盾。

2）BIM模型作為信息樞紐，為工程資料的搜集、整理及查詢提供了便捷；施工現(xiàn)場的安全在BIM系統(tǒng)管理下實現(xiàn)了現(xiàn)場實時監(jiān)控，對人員設備進行了定位管理，有效地防止了安全事故的發(fā)生；將各個獨立運行的管理平臺與BIM系統(tǒng)有效對接，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，避免了數(shù)據(jù)重復錄入，簡化了信息管理平臺的操作，減輕了工作量。通過BIM技術整合信息，實現(xiàn)信息化管理，提高了工作效率。

5 后續(xù)研究方向

1）研究基于BIM系統(tǒng)對實體工程的質量控制。為對工程實體進行更好的質量控制，通過參數(shù)錄入，更新施工模型構件至實際構件的尺寸與定位，并可切換或對比兩者。

2）研究基于BIM系統(tǒng)對現(xiàn)場實際施工中的人機料匯總。在施工成本控制中，對現(xiàn)場實際的人機料的投入進行詳細的統(tǒng)計。對于使用的人工、大型機械與材料使用量，根據(jù)批次與所用區(qū)域或構件對應上，并進行統(tǒng)計，來確定人機料物資需求。

3）研究基于BIM模型的現(xiàn)場安全管理應用研究及開發(fā)。通過BIM模型可以對現(xiàn)場施工人員進行精確定位并可查看該施工人員是否接受過安全教育培訓及其他信息。對于現(xiàn)場出現(xiàn)的船機設備等進行定位并查詢該設備是否進行過報驗。

4）研究基于BIM模型的施工信息及文件的應用研究與開發(fā)。研究構建施工文檔儲存系統(tǒng)方法，實現(xiàn)根據(jù)賬戶權限，通過施工信息模型構件調用儲存系統(tǒng)功能，管理施工文件。

6 結語

BIM在通海碼頭一期工程的應用過程中，讓我們既看到了BIM技術的優(yōu)勢，也提出了后續(xù)研究的新方向。BIM最開始是針對歐美國家工程管理的軟件，在其中國化的過程中勢必會出現(xiàn)各樣的問題。

在今后對BIM技術應用的研究探索中，可以在如何更為便捷地建模，如何更為便捷地錄入、導出數(shù)據(jù)，以及在施工模擬過程中如何加入更為完備的船機機械和人員來更真實地模擬施工流程這3個方面做深入研究，讓BIM技術在中國的應用更為廣泛。