BIM技术在高桩码头桩基施工中的应用

2019-02-18陈莹

珠江水运 2019年2期

关键词：模拟

陈莹

摘要：BIM技术在水运工程中应用尚属于起步阶段。依托国内某高桩梁板码头项目，对基于BIM技术的桩基碰撞检验和沉桩过程模拟应用进行研究，提前消除交叉和碰桩问题，保障桩基顺利施工，可为同类型应用场景提供参考。

关键词：Pile-Supported Wharf BIM 打桩模拟

BIM（Building Information Modeling）中文一般翻译为建筑信息模型，它是一个建设项目物理和功能特性的数字化表达，是为其从策划、设计、施工、运维直至拆除的全生命期内所有决策提供科学依据的数据库，是项目各参与方进行协同、交互、共享的信息资源平台。

20世纪90年代初，设计行业经历了从手工绘图到甩掉图板进行二维计算机绘图的第一次信息技术变革，目前正在经历从二维计算机绘图转为基于BIM技术进行项目全生命期综合应用的第二次信息技术变革。BIM技术的研究与应用，将加快实现工程建设项目全生命周期的数字化、智能化，提高工程建设质量和安全，促进建管养的协调发展，它是工程建设向数字化、智能化、信息化发展的重要技术手段，是工程行业发展的必然趋势。

BIM技术在水运工程行业起步相对较晚，目前尚无行业BIM技术规范和标准体系，应用案例也主要集中在设计阶段和施工阶段的单项或某几项应用上。设计阶段的应用主要有模型建立、模型核查、结构分析、成果优化、模型出图、工程量计算等。施工阶段的应用主要有可视化施工、工艺流程模拟、施工深化设计、碰撞检验、形象进度展示等。

依托国内某高桩梁板码头项目，对基于BIM技术的桩基碰撞检验和沉桩过程模拟应用进行研究。

1.工程概况

1.1 建设内容

本工程位于长江下游某港区，建设规模为1个40000吨级通用泊位、2个50000吨级通用泊位、1个50000吨级通用散货泊位、1个2000吨级通用散货泊位、1个1000吨级通用散货泊位。

1.2 结构方案

通用泊位靠船装卸平台总长698.25m，宽35m；通用散货泊位靠船装卸平台总长24 6.0 0m，宽30m。通用泊位靠船装卸平台通过3座引桥与岸相接，引桥从上游至下游宽度依次为12m、15m、15m。装卸平台和引桥均采用高桩梁板结构，其中平台排架间距为8m，共91榀，排架基础采用Ф1000PHC管桩，除下游侧端部与一期码头相邻排架采用2对4：1叉桩和6根直桩外，其余每榀排架设2对4：1叉桩和5根直桩；#1、#2引桥标准排架间距均为16m，#3引桥标准排架间距为12.5m，排架基础采用Ф1000mmPHC管桩和Ф1000mm钻孔灌注桩，每榀标准宽排架设3根桩。

本码头桩基工程量见表1。

1.3 沉桩方案

PHC管桩沉桩总体顺序：安排三条打桩船同时打桩，按梯阶式打桩。其中两条打桩船沉设#1～#3泊位码头桩，另外一条沉设#6～#8泊位码头桩。本工程打桩船统计表见表2。

#1打桩船先打引桥桩，再施打码头平台桩，由下游往上游沉桩施工（共422根），#2打桩船以码头中部排架为界，由下游往上游沉桩施工（共491根）。#3打桩船沉设#6～#8泊位码头桩，由上游往下游打，最后沉设钢管防护桩（共264根）。

2.桩基碰撞检验

本工程打入桩数量多，布置较为复杂，易发生碰桩现象，在施工过程中常会导致断桩，甚至造成机械设备损坏或人员伤亡。根据《港口工程桩基规范》和《高桩码头设计与施工规范》，应在施工前检验桩基是否存在碰撞。

桩基碰撞验算通常采用公式法，计算两根桩正位时的最小净距，但公式法验算工作量大，且桩的位置和碰桩情况并不直观。利用CAD三维建模可以直观地观察和反应碰桩现象，但需要多次利用交集命令检查相邻两根桩的碰撞情况，较为繁琐，且无法快速、简单求得相邻桩基间的最小净距。

本工程采用A u t o d e s k公司B I M系列软件集中的R e v i t和Navisworks两款软件，利用碰撞检查功能，可快速进行碰桩校验，且可以测量相邻两根桩基间的最小净距，保证相邻桩基间的安全间距。#6～#8泊位桩基布置模型如图1所示。

通过运行碰撞检查命令，检测出两对桩基（C16/C17、E16/E17）之间发生了碰撞。碰撞检查报告和碰撞示意图分别见图2、图3。

随后，通过调整桩身斜度，消除了两对桩基间的碰撞问题。同时，借助Navisworks软件，对优化后桩基净间距进行测量，如图4所示。

3.打桩过程模拟

3.1模拟目的

本工程工期紧，打入桩数量多，且要赶在汛期到来之前“抢水位”施工。因此，科学合理地安排打桩顺序，避免打桩过程中出现“交叉”和“碰撞”等问题至关重要。

本工程应用Navisworks软件，对桩基施工顺序安排进行了前期模拟，并结合模拟结果對打桩顺序安排进行优化，避免打桩过程中出现“碰桩”和“碰船”，保证了桩基施工的顺利完成。

3.2软件工具简介

Navisworks软件是一款用于分析、虚拟漫游及仿真和数据整合的全面校审和三维数据协同BIM解决方案的软件。它的主要功能有模型整合、虚拟漫游、碰撞检测、冲突检测、4D/5D施工模拟、渲染、动画制作和数据发布等。

T i m e L i n e r工具是N a v i s works软件的一个功能模块，它可以从外部导入施工进度计划，并将进度计划与模型构件关联，以进行4D模拟，并将模拟结果导出为图像和动画。

3.3打桩模拟流程

3.3.1模型处理及载入

首先需要在Revit中对所有桩基模型添加轴号（桩号）参数，如图5所示。可以通过二次开发插件进行参数的批量自动添加。参数添加完毕后，整个模型导出为“nwc”格式，并载入到Navisworks中，如图6所示。

3.3.2进度文件导入

首先将桩基的施打时间安排录入到P r oj e c t软件，然后通过Navisworks的TimeLiner工具中的“数据源”选项卡将Project文件导入，并自动生成任务。随后通过设置TimeLiner规则编辑器，利用“桩号”属性将进度安排自动赋予每根桩基并绑定。若后续更改Project文件，只需点击同步即可完成Navisworks中的全部更新。设置好的TimeLiner工具如图7所示。

3.3.3打桩模拟

通过“配置”选项卡对模拟进行配置后，即可利用“模拟”选项卡对打桩过程进行模拟。利用模拟结果，直观地展示和验证打桩安排的合理性，对打桩顺序安排进行优化，并再次进行模拟。过程中某时刻的打桩模拟情况如图8所示。