BIM技术在圈围工程中的探索与应用

吴晓南，石峰，郭素明

（1.上海交通建设总承包有限公司，上海　200136；2.上海达华测绘有限公司，上海　200136；3.中交上海航道局有限公司，上海　200002）

BIM技术在圈围工程中的探索与应用

吴晓南1，石峰2，郭素明3

（1.上海交通建设总承包有限公司，上海200136；2.上海达华测绘有限公司，上海200136；3.中交上海航道局有限公司，上海200002）

市政工程、铁路工程、桥隧工程等各类工程都有应用BIM技术的先进案例，而水上工程运用BIM技术的实例却较少。通过圈围工程应用BIM技术的实例，介绍分析BIM技术在圈围工程中的应用技术，展示BIM技术对圈围工程管理工作的有利之处，提出BIM技术在圈围工程中应用的新方向。

BIM；圈围工程；模型；探索

0　引言

当今时代计算机技术蓬勃发展，利用计算机技术强大的运算能力，实现科学、高效、准确、形象以及迅速的管理工程项目已经成为了一个趋势，BIM技术就是在这样的背景下应运而生。BIM技术从诞生至今已经10多年，各类工程都有应用BIM技术的成功案例，例如市政工程、铁路工程、桥隧工程等，但水上工程应用BIM技术的实例却较少。上海市长兴潜堤圈围工程作为首次运用BIM技术的水利圈围工程，对于将水工工程由常规管理转变为科学、精细化管理具有开创性的意义。

1 BIM技术

BIM技术可以应用在工程3D建模、数字模拟建造（仿真漫游）、碰撞试验、施工进度计划演示等方面，并且可以将进度、投资、质量等方面的信息全部输入模型中，实现信息联动，大大提高管理的准确性和效率，降低成本。但水工工程在建模技术上与普通民用建筑工程有很大区别。

1）工程中用到的各种建筑构件需要建模人员自行建立构件族绘制模型，而非民用建筑构件模型般可以在软件中直接调用，仅在模型中修改尺寸和材质即可；

2）为确保模型的精准程度，水工工程平面图纸较多的渐变段和不规则地形需单独建模，工作量较之民用建筑工程大的多；

3）水工工程需要在模型中表现更多的自然条件动态影响，如风、浪、流、日照以及气温等。

4）水工工程在应用4D漫游模拟时更为广泛，可利用漫游仿真模拟水上施工以及邻水作业施工时的施工设备排布的合理性，以及论证是否符合安全生产相关要求。

2　BIM技术在长兴潜堤工程中的应用

2.1工程概况

长兴岛剩余的工业岸线主要位于岛域东南侧和东北侧，目前这些岸段与上、下游岸线衔接不顺，岸线外侧有滩涂及长兴潜堤等水工建筑物，难以直接利用。需采取工程措施，进行滩涂圈围，理顺岸线，开发土地。

长兴潜堤后方滩涂圈围工程位于长兴岛东南角（图1），南边界为长江口深水航道三期治理工程长兴潜堤，西边界至现有海塘，东边界至横沙通道该段水域规划驳岸线，北侧与毛竹圩滩涂圈围达标工程衔接。建设内容主要包括：新建南堤、东堤，围内吹填成陆和新建临时排水口等。东堤典型结构断面图见图2。工程总圈围面积1.11 km2，堤线全长3 277.07m，围内吹填663.6万m3。

图1　长兴潜堤后方滩涂圈围工程平面图Fig.1　Plan of the tidal flat reclamation project in the rear of Changxing Island subm erged breakwater

图2　东堤典型断面结构图Fig.2　Typicalsection layer ofeastbreakwater

2.2BIM技术实施设想

本项目BIM技术整体的实施设想是要解决常规项目管理方法中的某些弊端。实施流程如图3。

图3　BIM技术实施流程图Fig.3　Flow chartof implementation of BIM technology

2.3BIM技术实施过程

2.3.1建模

1）软件的选择

3D建模是BIM技术应用的前提，也是一个重要的环节。目前以Bentley公司的Microstation和Autodesk公司的Revit软件最为常用。二者各有长处，且在互联网上并无有关应用上述软件进行圈围工程建模的具体案例。所以，在选择软件的时候要确定以下原则：

①使用广泛，操作简便

由于本领域目前用到的施工构件有别于土建、道路等常规工程，所以大部分结构需在此次的BIM应用中自行建立模型，所以选择一款使用广泛的软件有利于以后在类似工程中创建的模型资源共享，减少工作量。

②功能强大，插件丰富

绘图软件本身功能不一定非常全面，往往会有很多功能缺陷，所以选择的软件如果有许多基于该软件的第三方功能插件和应用程序，会给使用带来很大的方便。

③源代码公开

若想将众多的先进设备和技术融入BIM技术，或者让建模软件能够更加高效、准确的建立圈围工程模型，需在后续的使用中根据工程或者工艺特点进行软件功能的二次开发，所以要选择源代码开放程度较高的软件。

根据上述原则，选择Revit软件进行此次BIM实践中的建模工作。

2）根据平面图纸建立坐标网

首先根据设计图纸提供的坐标系建立模型的平面和高程坐标网，以定义其坐标系[1-2]。

3）建立单体模型

由于圈围工程在建模中鲜有应用，软件中提供的模型诸如各类墙体、柱体、门、窗、楼板等模型均无法使用，所以需工程人员重新建立模型的族，模型建立后便可在软件中调用[1]。图4是典型的彩虹绿化混凝土模型[3-4]。

图4　彩虹绿化混凝土模型Fig.4　M odelof rainbow p lanting concrete

4）绘制模型

根据平面图纸建立模型，但建立模型的最小单元应与后续工程中质量检验批次的最小检验批匹配，如混凝土挡墙检验批次10m/单元，充泥管袋100 m/单元，水抛石施工为200 m/单元，那么模型就应该以10m为最小建模单元。

2.3.2录入模型信息

将每种材质、构件及结构的质量、进度、造价信息录入模型。在以往的施工管理过程中，施工进度、质量、安全分别有各自的报审、检查和执行方式，数据、信息、记录分别独立，既没有结合，也没有与图纸的关联关系，造成了工程信息孤岛现象。通过将数据全部输入模型，建立了上述各个施工要素之间的纽带，便于高效的综合管理，也节省了管理成本。

2.3.3建立模型编码词典

由于水工工程的结构复杂，各类构件、各种结构类型等分门别类众多，为了便于检索和后期数据库的建立，按照相关施工规范和单位工程划分原则建立模型编码词典，用以对照管理。

2.3.44D模拟实施

水工工程在安排进度时尤其需要注意以下各方面[5]。

1）某些工序需要大型水上施工设备进行施工，投入的大型设备数量有限，在进度模拟时可以清晰地观察所排定的施工计划中设备投入数量是否合理；

2）水工工程中的各工序通常是错位预留施工步长的流水施工，通过进度模拟可以观察，预留施工步长是否合理，是否出现结构上的上下通缝等情况；

3）通过进度模拟还可以观察水上施工设备在空间上的排布，每个种类的设备施工行进速率快慢有别，在编制施工进度计划时很难清晰合理的发挥各设备的最大效率，通过模拟演示将设备的排布进行微调，避免出现有工作面没设备和有设备需要等工的尴尬局面，力争做到设备的满负荷和高效率；

4）水工工程尤其是圈围工程，上部结构通常以堤顶道路为通路，机械设备路上施工，通过进度模拟可以确定堤顶道路设置标高是否合理，施工会车平台设置间距为多少，是否需要修建临时便道等情况。

2.3.5工程量统计

建立模型之后，水上部分的建筑工程量可以通过建模软件直接框选，通过计算机计算得出准确结果，避免了人工画图计算效率低下和准确率不高的问题。水下工程量可以通过采用先进的测绘设备进行测量，之后将数据导入软件，生成实测模型后，再进行模型框选来统计工程量。由于水下施工结构通常是不规则几何图形，常规计算方法基本上为前后断面的加权平均，而通过实测数据直接绘制模型可以完整的反映水下的实际情况，计算出的工程量更为准确。图5是围堤渲染模型。

图5 围堤渲染模型Fig.5　Rendermodelof thebreakwater

3　BIM技术在水工工程中应用的探索与展望

此次BIM技术在圈围工程中的应用，只是应用了BIM技术最为基础的功能，并根据圈围工程的特点，有针对性的使用了建模、3D仿真漫游等相关功能。但是，在水工工程中BIM技术能够应用的地方还有很多。

1）水工工程受潮水涨落影响非常大，尤其是日间作业时间上的影响很大，通常在安排进度计划时是根据工程所在地的潮汐表进行估算，这种方法合理，但是不够准确，对于日作业时间估计的不准确，就难以把施工进度计划规划得很准确。可利用BIM技术中模拟每日光照的原理，将每日的潮汐涨落情况输入软件，进行潮汐模拟，进而精确的确定每日可作业时间；通过潮汐模拟也可以确定所采取的施工工艺是否合理。

2）用于预制构件的模拟试制、拼装和安放。对于高精度的预制构件，可以先按照设计图纸进行建模，然后将模型进行拼接，利用软件的自动检查功能查探是否存在某些缝隙或者叠合点，消除此类问题后再进行正式预制，例如地铁管片拼接、PC构件楼板拼接等。对于不规则几何图形构件需要摆放和安装的，在平面图中很难体现出摆放效果和数量，亦可以利用上述功能进行模拟摆放，并调整摆放方案，直至符合相关规定，利用此技术，能够精确的计算出构件的用量，避免造成预制块体预制数量与现场实际需要不符的尴尬，例如扭王字块、六角螺母块等。对于现场浇筑混凝土，尤其是赶潮施工的，可以利用4D进度模拟，配合潮汐模拟，确定每仓混凝土合理浇筑方量，对于提高赶潮混凝土施工质量有很大帮助。

3）目前应用于水工工程的水下测绘手段，通常为测深仪，通过测深仪进行断面测量，然后根据断面测量情况进行测量、工程计量、质量验收。先进的声纳测量可对水下地形进行大数据量的精确测量，但传统的平面制图软件无法对其进行很好的利用。可对BIM建模软件数据传输进行编程，并对其数据标准进行统一定义，使水下三维声纳、陆上激光测量仪等先进测量设备能应用于水工工程，提高测量精度，并通过BIM技术对其数据进行处理，提高工程施工精度，提升项目管理水平。

4）可根据水工工程的特点，有针对性的开发BIM的移动客户端APP，采用现在比较流行的B/S架构构建服务器和客户端，所有数据均存在云端服务器，用户能够在施工现场通过掌上手持终端了解到甚至是脚踩的地方原来水下是什么情况，潮水涨落是什么情况，水下已经施工了哪些结构，将来这里将施工哪些结构，什么时间施工，竣工后这里又是什么情况等信息，做到移动办公，随时随地获取现场第一手信息。

4　结语

使用计算机技术进行施工管理已经是一种不可阻挡的发展趋势，BIM技术是一种新颖的工具，将成为工程管理的一把利器。

[1]刘广文.BIM应用基础[M].上海：同济大学出版社，2009：12-131. LIU Guang-wen.BIMapplication basis[M].Shanghai:Tongji University Press,2009:12-131.

[2]Autodesk,Inc.AUTODESK REVIT ARCHITECTURE 2015官方标准教程[M].北京：电子工业出版社2015：1-70. Autodesk,Inc.AUTODESKREVIT ARCHITECTURE2015 Official standard course[M].Beijing:Electronics Industry Press, 2015:1-70.

[3]Autodesk Asia Pte Ltd.AUTODESK REVIT 2013族达人速成[M].上海：同济大学出版社，2012：55-60. Autodesk Asia Pte Ltd.AUTODESK REVIT 2013 Family Master crash[M].Shanghai:TongjiUniversity Press,2012:55-60.

[4]刘济瑀.勇敢走向BIM2.0[M].北京：中国建筑工业出版社，2015：72-77. LIU Ji-yu.Brave to BIM2.0[M].Beijing:China Architecture& Building Press,2015:72-77.

[5]王君峰.Autodesk Navisworks实战应用思维课堂[M].北京：机械工业出版社，2015：261-275. WANG Jun-feng.The actual application thinking classroom of Autodesk Navisworks[M].Beijing:China Machine Press,2015: 261-275.

Exp loration and app lication of BIM technology in sea-reclamation project

WUXiao-nan1,SHIFeng2,GUOSu-ming3
（1.ShanghaiCommunicationsConstruction Contracting Co.,Ltd.,Shanghai200136,China;2.ShanghaiDahua Surveying&
Mapping Co.,Ltd.,Shanghai200136,China;3.CCCCShanghaiDredging Co.,Ltd.,Shanghai200002,China）

The BIM technology has been widely app lied among the management of civil engineering and railway,bridge, tunneland other projects,but rarely in water projects.Based on an example of BIM technology in the sea-reclamation project, we discussed the application of BIM technology in the sea-reclamation project,showed the benefits of BIM technology to the management,and put forward thenew apply direction of BIM technology in sea-reclamation projects.

BIM;sea-reclamation project;model;exploration

U655.541

A

2095-7874（2016）10-0016-04

10.7640/zggw js201610004

2016-04-12

2016-07-06

吴晓南（1981— ），男，黑龙江齐齐哈尔人，高级工程师，从事港口与航道工程管理工作。E-mail：30125042@qq.com