BIM技术在复杂码头结构施工可视化进度管理中的应用

吴遵奇，段昶，黄睿奕，陶然

（1.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州510230；2.中交第二航务工程局有限公司，湖北武汉430012；3.中交第二航务工程局有限公司技术中心，湖北武汉430040；4.中国港湾工程有限责任公司，北京100027）

BIM技术在复杂码头结构施工可视化进度管理中的应用

吴遵奇1，段昶2，黄睿奕3，陶然4*

（1.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州510230；2.中交第二航务工程局有限公司，湖北武汉430012；3.中交第二航务工程局有限公司技术中心，湖北武汉430040；4.中国港湾工程有限责任公司，北京100027）

BIM技术在工程施工中应用越来越广泛。结合水运工程施工的技术特点和管理需求，依托某高桩梁板+沉箱结构的码头施工项目，对BIM技术在可视化进度管理中的应用进行了部署，并对应用成果进行分析研究，具有推广价值。

BIM技术；复杂码头结构施工；可视化；施工进度管理

1 BIM技术介绍

BIM（Building Information Modeling）技术[1]，即带着建筑工程信息的模型在工程项目生命周期中的应用，通过三维协同，在勘察设计、施工和运营维护间建立起无缝的沟通纽带，实现有效的信息交互，数字化、可视化地呈现工程项目全生命周期的各个阶段，从而提升勘察设计和施工质量，提高项目的运营管控水平。

BIM技术在水运工程施工中的应用[2]主要表现为：承接设计交付的三维工程信息模型产品或将设计图纸翻模成三维工程信息模型产品，用于施工建造阶段的施工组织设计，完成施工工序的组织、相关资源的调度利用方案及配套的费用计划等施工策划工作，并支撑施工阶段各相关方基于同一工程信息模型产品协同进行施工建造阶段的管控工作，完成包括计量、支付、交付、安全、质量和资料档案的整编和管理等工作。

2 国内外应用现状

BIM技术起源于1975年，佐治亚理工大学的Charles Eastman提出了“一种基于计算机的建筑模型（a computer-based description of building）”的理念，以便于实现建筑工程的可视化和量化分析[3]，提高工程建设效率。1987年，Jerry Laiserin在推广参数化的建筑三维模型时，首次提出了BIM的概念，作为建筑过程的数字展示方式来协助数字信息交流及合作。

40年来，BIM技术在欧美等发达国家已经得到了广泛的应用[4]。其中，美国超过60%的设计单位运用BIM进行建筑工程设计，并出台了BIM标准，在政府积极鼓励并给予不同程度资金支持的同时，从2007年起，所有大型项目都应用BIM技术；英国到2016年已实现全面采用BIM技术，全部文件以信息化方式进行管理，并基本完成相关法律、商务、保险条款的制定；新加坡规定所有建筑面积大于5 000 m2的项目都必须提交BIM模型；日本建筑学会也于2012年发布了日本BIM指南，从团队建设、数据处理、设计流程、预算、模拟等方面提供指导。目前BIM技术已经应用到工程的维护阶段，基本实现了进度的可视化[5]。

我国工程建设行业从2003年开始引进BIM技术，并经过10 a左右时间在建筑行业得到了广泛的应用与发展，住房和城乡建设部在《2012年工程建设标准规范制定修订计划》中对4本BIM标准制定计划正式立项，并于2015年发布《BIM应用指导意见》，正式将BIM标准纳入国家标准体系[6]。水运工程行业也从2010年开始探索BIM技术在港口工程中的应用研究，并在管理平台开发水工结构三维建模等关键技术，取得了一定的发展。

本文依托某高桩梁板+沉箱的复杂码头结构施工项目，对可视化进度管理中的BIM技术应用进行研究。

3 依托项目

地中海沿岸某高桩梁板式码头（见图1），岸线全长443 m。桩基基础采用φ1 219 mm和φ914 mm的钢管桩，桩长48~54 m，共计624根。其中A排桩为φ1 219 mm钢管桩，设计底标高-52 m，共129根；B~G排桩及码头西北角迎浪侧的P排桩均为φ914 mm钢管桩，设计底标高-47 m，共495根。码头上部结构为预制轨道梁、预制面板及现浇面层。抛石护岸的施工内容主要包括0~1 t的堤心石及沉箱后护堤、1~3 t及3~6 t的护面块石、4 m3的混凝土护面块体以及护坦抛石等。后方挡土墙结构沉箱共18个，单个尺寸长24.48 m，宽14.2 m，高17 m，质量约3 500 t。沉箱底板厚约1 m，由15个井格组成，井格内回填砂并在顶部抛填块石。

图1 码头典型断面图Fig.1Typical section of the complicated wharf structure

该码头结构复杂，施工组织难度大，各个施工工序交叉点多且环环相扣，对施工协调和进度管理提出了非常高的要求。因此通过引进BIM技术，尝试可视化施工进度管理，希望可以起到优化计划安排，提高管理效率的作用。

4 现场施工部署

4.1 总体施工安排

首先同步进行沉箱预制与沉箱基床开挖及抛石整平，从南向北进行沉箱安装，并同步流水施工沉箱内吹填砂和沉箱后护堤的块石安装。4个沉箱安装（约100 m）后开始进行钢管桩沉桩施工，桩间抛石与钢管桩沉桩之间的施工步距不超过100 m。

考虑到防波堤形成掩护时对波浪的影响，码头上部结构需要等防波堤抛石基本完成后才开始施工，而码头桩基及沉箱结构则需要尽快完成为后方的陆域吹填提供主浪向的掩护。因此，本码头关键线路的施工安排即为由南向北依此开展沉箱安装、钢管桩沉桩和桩间抛石的施工，并在各工序之间保持100 m的施工步距。

4.2 主要施工工艺

4.2.1 沉箱安装

根据设计断面开挖后抛填块石基床，选择合适的窗口期通过拖轮将半潜驳上滑膜预制的沉箱拖至指定区域，GPS定位后注水下潜完成安装。随后，通过泥驳安装DOP泵向沉箱各井格内均匀填砂，完成后在沉箱顶部抛填一部分块石，以防回填砂被冲刷，同时在沉箱后抛石护堤及边坡碎石垫层，并敷设土工布。

4.2.2 钢管桩沉桩

钢管桩共129列，其中前7列桩采用400 t顶升平台搭载260 t履带吊进行施工，并通过导向架定位竖桩，采用液压冲击锤沉桩，后122列及P排桩采用步履式液压顶推平台，以已完成施工的工程桩为基础通过自身顶推装置及液压系统进行移位，同样采用260 t履带吊吊液压冲击锤进行沉桩，并配有液压移动式导向架进行钢管桩的精确定位。钢管桩施打结束后立即对装配式透空结构进行夹桩。

4.2.3 桩间抛石

桩间抛填的堤心石采用沉箱顶的挖机和180 t履带吊搭配抛石铁盒、网兜以及多瓣抓斗进行抛填，护面块石采用沉箱顶的和装配式抛石平台顶的180 t履带吊搭配抛石铁盒和四瓣抓斗进行抛填，4 m3混凝土护面块采用沉箱顶的180 t履带吊在潜水员的配合下进行定点安放。抛石工具的外侧都采用橡胶轮胎进行防护，并要求下放至距离抛石面2 m以内才能打开进行抛石，以保护已完成的钢管桩及夹桩结构。

5 BIM应用部署

5.1 模型建立

模型的建立主要采用Revit2014，对于不能搭建的异形构件需要其他辅助软件搭建模型。在编码的过程中，遵循一致性、规范性、完整性的原则[7]，各分部分项均按照统一的建模标准进行构件命名、属性定义、信息完整。

开工前进行地形测量，并将测量数据导入Auto-deskCivil3D建立地形曲面，通过Autodesk Revit和Autodesk Inventor软件建立码头结构构件及附属设施，并利用Autodesk Infrastructure Modeler导入地面模型，并将构件按照设计意图拼装三维模型，展示三维效果。最终通过将三维模型导入Autodesk Navisworks软件，实现了三维漫游查看整体效果。

5.2 构件关联

对单位工程创建WBS（Work Breakdown Structure）工作包分级目录（时间树），在此基础上，通过Microsoft Project根据各级WBS节点之间的逻辑关系编制进度计划，依据WBS工作包的构件代码定义WBS节点的属性参数。计划编制完成后，在BIM管理平台中上传进度计划的mpp格式文件，并批量关联基于相同WBS工作包逻辑规则下的模型构建与进度计划。

5.3 施工模拟

构件关联后，可通过虚拟施工动画预览的方式（见图2），检查施工进度计划是否满足约束条件、是否达到最优状况，并在此基础上进行优化调整[8]。通过施工模拟与进度计划表相结合的方式，展示进度计划表中各分项的逻辑关系及某一分项滞后可能产生的相应影响，有助于施工交底和现场协调。

5.4 信息填报

各分项工程的现场技术员根据现场实际完成情况定期通过移动终端（见图3）录入WBS工作包的实际完成工程量及相应的起始、完成时间，数据将自动同步至实际施工进度模型中。

图2 施工进度模拟Fig.2Simulation of construction progress

图3 移动终端信息填报Fig.3Data inputting by mobile device

通过移动终端上传现场施工照片，也可自动与构件相关联，进行分类存档。对于现场的质量、安全问题，同样可以通过移动终端录入WBS工作包与构件相关联，落实整改责任人并对整改责任人的移动终端进行信息推送。

6 应用点分析

6.1 可视化施工交底

依托BIM平台进行可视化施工交底，可以展现二维图纸无法清晰表达的三维模型的结构交界面，加深技术人员对设计图纸的理解。并通过施工模拟动画预览的方式清晰直观地展示总体施工步骤及进度计划安排。以桩间抛石为例：共有4层，包括1层堤心石、2层护面块石以及1层混凝土护面块体，通过BIM模型可以清晰地展现每层石料或混凝土护面块体的抛填或摆放次序，以及每层之间的标高边界，有助于保证现场按照施工方案及进度计划进行实施。

6.2 关键线路分析

结合进度计划，BIM平台自动分析关键线路，并将与之对应的构件高亮显示。随着现场施工的进展，实际进度模型可以直观地展示滞后的分项工程，并通过施工模拟查看工作面的分配情况，分析是否存在相互干扰导致进度滞后。在分析加快施工进度措施时，同样可以通过施工进度模拟进行分析研究该措施的可行性以及关键线路是否变化对其它工序产生影响。以钢管桩施工为例，原计划采用400 t顶升平台进行沉桩，但是施打了7列桩后发现实际工效不足2根/d，远落后于进度计划安排，并影响后续桩间抛石的施工开展。因此通过技术研发，引入了步履式液压顶推平台进行施工，实际工效达到4根/d，此时制约桩间抛石施工推进的主要原因变化为夹桩的施工，则现场需要采取相应的措施加快夹桩施工。

6.3 HSEQ管理

通过将质量、安全问题与进度模型构件的相关联，可以协助分析总结质量、安全的通病，并预测隐患部位。以沉箱安装为例，其质量问题主要表现在其井格内壁的蜂窝、麻面、裂缝等混凝土质量问题，通过BIM平台记录相关的质量问题评估分析与整改措施等技术文件，并跟踪指定的整改责任人尽快完成整改，同时也引导质检部加强对沉箱预制时相应混凝土质量控制的监督。

6.4 越冬防护设计

由于该码头施工区域受地中海区域中长周期波影响，涌浪作用明显，冬季极端最大波高可达12 m，且码头结构施工时，工程防波堤还未能形成掩护，因此入冬之前需要对已完成的永久结构进行防护，降低安全风险。根据现场实际进度信息的填报，更新施工进度模拟，可以对入冬前结构完成的形态尤其是钢管桩施工和桩间抛石的施工状态进行预测，有助于越冬防护方案的准确设计与优化。

7 结语

1）BIM技术在复杂码头结构施工可视化进度管理中的应用，通过可视化的施工进度模拟直观清晰地展示设计模型及工序安排，并预测实际越冬防护时主体结构的施工状态，有助于现场施工的有序开展、工序搭接的协调以及防护方案的设计，同时协同了质量、安全问题的整改和预防，提升了项目整体施工管理水平，优化了资源整合情况，取得了一定的成效。

2）BIM技术在施工管理的成本产值、变更索赔、物资设备等方面有着很广泛的应用空间，需要进一步加强对BIM技术在施工管理中的应用研究，提升水运工程行业整体管理水平。

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Application of BIM technology in the visual schedule management of complicated wharf structure construction

WU Zun-qi1,DUAN Chang2,HUANG Rui-yi3,TAO Ran4*
（1.CCCC-FHDI Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510230,China;2.CCCC Second Harbour Engineering Co., Ltd.,Wuhan,Hubei 430012,China;3.CCCC Second Harbour Engineering Co.,Ltd.,National Enterprise Technology Center, Wuhan,Hubei 430040,China;4.China Harbour Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100027,China）

With the trend of BIM technology being extensively applied in construction engineering,considering the technical characteristics and management demands of port engineering,we deployed the application of BIM technology in visual schedule management based on a construction project of beam-slab high piled wharf with caisson structure,and analyzed and studied the application results,which is valuable for popularization.

BIM technology;complicated wharf structure construction;visualization;schedule management of construction

U655

A

2095-7874（2017）07-0022-05

10.7640/zggwjs201707005

2016-11-16

吴遵奇（1973—），男，福建平潭人，硕士，高级工程师，从事港口工程设计与施工项目管理工作。*通讯作者：陶然，E-mail：rtao@chec.bj.cn