海塘工程项目管理中BIM技术的应用实践

2020-01-17樊金甲孟成成潘国华宋叶青

中国港湾建设 2020年5期

樊金甲，孟成成，潘国华，宋叶青

（1.杭州交投建设工程有限公司，浙江杭州 330100；2.中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉 420100）

0 引言

海塘是浙江等沿海地区抵御风暴潮袭击的基础设施和防洪防潮工程体系的重要组成部分，能有效降低台风、暴雨、潮汐等自然灾害带来的危害和损失，为人民群众的生命财产安全提供重要保障[1-2]。海塘工程具有施工战线长、内容多、范围广，涌潮对工程影响大，年可作业时间短，施工管理难度大的特点。加强海塘工程的建设、维护和管理，对保障人民群众生命财产安全、改善民生和经济社会发展具有重要意义。

BIM 集成了建筑所有的几何模型信息、单元性能和功能要求，而且还包括施工进度、建造过程、维护管理等过程信息[3-5]。BIM技术对建筑业技术革新的作用和意义已在全球范围内得到了业界的广泛认可[6-7]。一方面，传统的二维制图转换成了三维高精度信息模型，可以高效、完整地传递工程建造信息。另一方面，参建各方在基于BIM技术的虚拟三维数字平台更有利于交流和管理，避免了建设信息传递过程中的不对称和信息孤岛的产生，达到了“聚合信息、为我所用”的效果[8]。

现有研究印证了基于BIM技术实现设计信息传递与共享的可行性，但主要集中于房建工程领域。BIM技术在水利水运基础设施领域的应用与建筑领域相比相对滞后[9]。本文结合浙江某海塘工程，总结BIM技术在海塘工程施工过程中的项目管理应用经验，为实现BIM技术在水利水运工程全生命周期中的应用提供参考。

1 工程概况及特点

项目地处浙江省杭州市钱塘江两岸，主要建设内容包括：1）船闸口门引航道防洪封闭海塘工程，工程建设范围覆盖钱塘江沿岸1.3 km。2）标准塘加固工程，范围覆盖钱塘江两岸共10.693 km长度。

工程覆盖范围广，且地处钱塘江强涌潮区域，涌潮对工程影响大，年可作业时间短，工期紧，并且钱塘江两岸各区及预制厂多点均同时施工，人员机具分散，施工组织、进度控制、工程质量安全管理难度大。

为了保证工程目标，在工程施工过程中全面应用BIM技术辅助工程项目管理，提高施工效率，强化项目监管。

2 海塘工程项目管理中BIM技术的应用实践

2.1 参数化建模

BIM 模型的建立是基础工作，海塘工程各部位的构件具有数量多、种类少、结构形式相对简单的特点。本工程采用参数化和协同设计的方法，模型的建立采用中交第二航务工程勘察设计院研发的基础设施BIM 协同设计云平台，该平台以满足设计阶段各相关参与方在同一工作空间开展BIM 协同设计为目标，以通用BIM 软件为基础，采用私有云模式部署专业设计技术和资源[10]。调入相关族，输入丁坝结构的典型参数，按照统一的建模标准录入工程信息，即可快速建立工程BIM 模型。海塘工程BIM 模型如图1。

2.2 项目管理应用

本工程作业面大，对工程建设过程进行安全有效的管理是困扰项目管理人员的一大难题。基于BIM技术的项目管理系统能够很好地解决该工程项目管理过程中存在的信息分散、协同效率差、决策支持困难等问题。

结合本工程大区域大场景的特点，将现有成熟的GIS 图形引擎二次开发和功能改造，与项目管理系统集成，使BIM 模型与业务功能能够实现双向联动。项目管理系统采用基于B/S 的框架设计，同时支持电脑、手机和平板访问。

工程质量、进度、投资和安全管理是本工程项目管理的核心问题，也是本工程项目管理的重难点，下面着重介绍BIM技术在本工程项目管理过程中在这些方面的应用实践情况。

2.2.1 质量管理应用实践

质量信息的时效性、可追溯性是质量管控的核心，也是长期困扰工程项目质量管理的难题。传统施工质量管理缺少针对性，难以与施工构件一一对应，质量信息可追溯性不强；质量信息录入一般采用手写记录的方式，效率低下，“补资料”、“资料外包”现象严重，数据真实性、可靠性、时效性差。

项目管理系统以工程构件级精细化全面质量管理为管理手段，建立了BIM 模型与质量信息的关联关系，强化项目质量管理。

将每种构件的施工过程划分为不同的施工工序，每种工序包含不同的质量检验标准和施工过程质量检验数据，项目参与人员可以利用手机、平板和手提电脑同步提交质量检验资料，资料中包含了构件名称、质检人员的位置、现场实况图片以及与质量有关的人机料法环等关键信息，并且只有上一道工序质量验收通过，才允许进行下一道工序，最大程度地保证了质量信息的真实性、可靠性和时效性。

质量资料纸质归档也是工程项目质量管理的一大工作内容，BIM 项目管理系统可以将质量资料以构件为单位归档，输出行业主管部门要求的质量管理台账。解决了海塘工程施工战线长、质量管理难的问题，即使各工区同时开工，相关工作也能够顺利开展，提高了工作效率。

构件质量检验合格后，通过点击BIM 模型构件，可以查看其质量成长过程。充分实现了质量信息可追溯、质量管控精细化的目的。项目管理人员还可以通过BIM 模型颜色变化等手段及时了解工程所有构件的质量验收状态，及时掌握工程动态。

2.2.2 进度管理应用实践

本项目战线长、工区分散，施工班组多，沟通协调困难，进度实时管理难度大项目各参与方通过BIM 项目管理系统进行进度管理，解决了各工区、各班组与项目部之间信息沟通不畅、效率低下的问题。系统将进度管理模块与质量管理模块相关联，构件各施工工序质量验收合格，自动生成进度日志，并自动计算累加项目完成产值。保证了进度信息的无偏差实时传递，便于项目管理人员及时了解工程进度信息，并快速做出相应纠偏措施。

BIM 项目管理系统将进度管理数据与BIM 模型相融合，能够形象直观地向项目管理人员展示工程进度进展情况。开工前，按照年、季、月、周进行工程进度预演，分析进度计划安排合理性，明确各阶段进度目标。施工过程中，实时监控工程进度，通过模型颜色变化反映构件的不同进度状态，如正常完工、提前完工、延迟完工等多种状态，全方位、多角度显示工程进度，找出产生进度偏差的工程部位，分析产生进度偏差的原因，辅助工程进度管理。

2.2.3 投资管理应用实践

工程投资控制的任务是使工程费用在不影响工程进度、质量和生产操作安全的条件下，不超出合同规定的计划范围，并保证每一笔费用支付的公正性和合理性。工程量的统计和工程款的计量支付是工程投资控制的核心内容，也是业主方项目管理的核心内容。

1）工程量统计

工程量统计是控制工程投资的基础，工程土方量大，且位于强涌潮区域，涌潮对江底原始地形有很大的影响，汛期和非汛期土方量差别大，土方量统计计算是项目工程量统计的一大难题。

传统的土方计算方法包括体积法、断面法、方网格法和等高线法，这些方法主要有以下弊端：适用性较差，受地形限制严重；均用到了微分思想，计算过程繁琐，计算效率低；计算精度与计算效率此消彼长，且一旦调整局部，整个计算过程都需要重新进行。

基于BIM 的土方量统计计算方法具有实时性、优化性与协调性的特点。本项目采用BIM 系列设计软件之一Civil3D 中的“三角网曲面法”分别构建原始地形曲面和港区陆域设计曲面，基于两个曲面合并三角网，在三角网相交处添加新三角网以创建组合曲面，通过查看组合曲面间棱柱体的“曲面特性”一键查看土方开挖和回填量，不会漏掉有效的设计信息，结果更精确，效率更高。

本工程采用基于Civil 3D 的三角网曲面法计算土方开挖量，计算结果与第三方测量单位采用常规方法测算的土方量误差仅为0.36%，计算周期却是常规算法的1/5。

项目部在基于BIM 模型的土方量清单的基础上制定了精确的材料及设备采购计划，最大程度地杜绝了浪费；业主单位在基于BIM 模型的土方量清单的基础上进行进度款的计量支付，对控制工程投资起到了积极作用。

2）工程计量支付

传统工程计量支付，按照以分项工程为基础的工程量清单项执行，管理粗放，易产生多记、少记和漏记等情况，投资控制难度大。

本工程绝大部分构筑物位于水下，工程量核算困难，按照传统计量支付方式难以精确控制工程投资。BIM 项目管理系统将工程量清单细化到每个工程构件，实现了每个构件工程量和BIM 模型的一一对应，让每个构件有量可依，有价可询，实现了构件级的精细化计量支付管理（图2）。

利用BIM 模型可唯一记录和直观显示工程构件计量支付状态，防止重复计量；计量支付与质量验收数据相关联，只有质量检验合格才允许计量，最大程度地避免了多记的情况。同时运用项目管理系统的数理统计和分析功能，可以快速统计计算工程费用，工程在计量支付审批完成后还可以导出行业主管部门要求的计量支付台账，提高了计量支付效率。

2.2.4 安全管理

工程现场环境恶劣，安全管理难度大。

为了增强对施工现场的实时有效管理，将BIM、GIS 以及物联网等技术相互融合，建设数字化工地。BIM 项目管理系统集成BIM 模型与现场视频监控系统，准确表示每个摄像头的位置，大大减少了管理的人工工作量，增加了管理透明度，提高了管理效率。项目管理人员在视频监控管理办公室就能对现场施工及人员情况进行全盘掌握，面对着BIM 虚拟施工方案和视频监控中从工地传过来的施工画面，对比发现某班组的工人有没有按照方案要求施工，在施工过程中安全防护工作是否履行到位。