BIM技术在太平排涝泵站施工中的应用

范浩威，卢 杰，马定球

(广东省水利水电第三工程局有限公司，广东 东莞 523710)

1 项目概况

太平排涝泵站工程位于佛山市南海区西樵镇樵桑联围南片的桑园围吉水片内，工程按照30年一遇 24 h 设计暴雨1 d排干并控制围内水位低于1.10 m的排涝标准,新建排涝泵站设计排涝流量为30.0 m3/s，安装4台1 600ZLQ-6型立式轴流泵，配套4台TL1 000-20/2 150型同步电动机，设计扬程工况下单泵装机流量为8.38 m3/s，总装机流量为33.52 m3/s，单泵装机容量为1 000 kW，总装机容量为4 000 kW。工程采用堤后式设置泵房的布置方案，泵站和太平船闸之间设置人工隔离岛分离。主要建筑物按进出水口方向顺序为:内引涌护底段、内引涌桥涵段、内涌反滤段、内涌清污闸段、内涌进水前池段、内涌进水池段、泵房段、出水涵洞段、外江防洪闸段、外江斜坡段、外江消力池段、外江护坦段等。泵站中心线垂直于堤围，泵站内涌清污闸段至外江消力池段中心线与太平船闸轴线平行，两者距离约29 m，泵站内引涌段至内涌护坦段中心线与太平船闸轴线大致成28°夹角，泵站外江消力池段至外江护坦段中心线与太平船闸轴线大致成32°夹角。

本工程等别为Ⅲ等，泵站规模为中型，出水涵洞及外江防洪闸建筑物级别为2级，其余永久性主要建筑物为3级，永久性次要建筑物为4级，临时性水工建筑物级别为4级。太平排涝泵站平面布置图示意如图1所示。

图1 太平排涝泵站平面布置示意

2 项目施工难点

该工程项目施工难点主要表现在以下几个方面：

1)项目工期紧，任务重;

2)现场狭长，机械设备多，交叉作业影响大;

3)临近船闸不平衡深基坑施工难度大，安全管控风险高;

4)主厂房支撑体系设计难度大。

采用传统方法，大多数水工施工图纸较少考虑其他专业，一些复杂节点只能通过现场施工经验进行施工，这不仅影响施工进度，施工成本也会大大增加。利用BIM技术，工程各参与方可以通过BIM建模进行工程信息交换和共享；能够预先进行碰撞检查，节省大量的时间、人力以及财力，大大提高了工作效率，也便于工程的管理与控制。因此，经多方比较和分析研究，决定采用BIM技术来实施。

3 BIM技术的应用

3.1 BIM模型建立

在项目施工前期，根据项目施工图纸，利用Revit软件完成本项目BIM模型的建立，实现了二维图纸向三维模型的转变，有效的避免了传统二维设计的思维盲区，能清晰地表达出设计意图，反映项目设计情况。太平排涝泵站三维模型示意如图2所示。

图2 太平排涝泵站三维模型示意

3.2 流道模型建立

由于流道模板制作施工难度大、外观质量要求高，若采用传统的施工工艺靠经验一边拼装一边下料法，不但施工进度慢，材料浪费多，施工成本高，而且龙骨受力不均，质量难以控制。通过利用BIM技术解决流道制造进度、精度、质量的同时，又可以节约成本。流道三维模型示意如图3所示。

3.3 深化设计

通过BIM技术三维深化设计，可以直观的发现设计图纸中的问题，如孔位接口位置不符等。通过对图纸进行二次优化，及时调整设计图纸，减少返工情况，加快施工进度。孔位接口位置不符示意如图4所示。

图3 流道三维模型示意

图4 孔位接口位置不符示意

3.4 二维码技术应用

在工程项目施工过程中，传统的技术交底是通过面对面讲解纸质交底文件，存在着“一次管一年”、“听完就完事”的现象，使交底流于形式。

二维码具有储存量大、保密性高、追踪性高、抗损性强、成本便宜等特点，将相关技术交底、设备管理等资料文档链接制作成二维码，二维码的唯一性确保文件与模型的一一对应，将二维码进行打印并粘贴到作业区域，施工班组人员仅通过扫一扫二维码的方式，即可查阅二维码所链接的内容，不用再去寻找相关的纸质文档。不仅为施工班组人员提供了便利，也方便后台进行统计监测，对工人进行督查，避免技术质量等事故的发生。二维码信息管理系统示意如图5所示，后台统计示意如图6所示。

3.5 施工方案模拟与优化

项目工程范围广，涉及危大工程，为保证危大工程的安全性及其施工方案的可行性，利用BIM技术进行施工方案模拟与优化显得十分重要。以主厂房梁板高支模为例，支撑体系在标高8.2 m电机层结构梁板

图5 二维码信息管理系统示意

图6 后台统计示意

上搭设高度 15.16 m，架体纵向长度为34.6 m，横向宽度为13 m，其中框梁主要截面尺寸为350 mm×1 200 mm、350 mm×700 mm、300 mm×700 mm、240 mm×700 mm、240 mm×500 mm、260 mm×600 mm、240 mm×600 mm，板厚为140 mm，混凝土强度等级为C30。支撑体系采用普通钢管扣件式满堂支撑体系，搭设在混凝土板上。根据事故分析，高支模支撑坍塌事故主要发生原因为架体立杆失稳破坏造成。因此，针对高支模支撑承受荷载和结构特点，增大荷载分项系数，采用设置水平拉杆、竖向及水平剪刀撑等加固措施，以提高高支模支撑的整体稳定强度和刚度。

主厂房梁板高支模通过利用BIM技术辅助施工，进行总体工筹策划、可视化交底，利用BIM技术反馈施工方案中存在的潜在问题，通过各项数据的对比，优化施工方案，提高施工方案质量，加快施工效率，减少10%的现场施工返工，缩短脚手架搭设工期2 d。高支模架体周转材料计划见表1所示，主厂房高支模施工模拟示意如图7所示。

表1 高支模架体周转材料计划

图7 主厂房高支模施工模拟示意

3.6 无人机进度实施把控

由于本工程建设内容多样、专业交叉复杂、建设标准高，施工阶段，全面应用BIM技术对建设全过程进行辅助与管控显得十分必要。

通过全景航拍，实现基于无人机技术的信息化应用，通过第三方平台与移动端实时展示施工场景、施工进度与施工安全管理的现状，使项目相关人员能够及时掌握项目动态，辅助对工程建设的全过程监督。太平排涝泵站无人机航拍进度追踪示意如图8所示。

3.7 无人机倾斜摄影技术

无人机倾斜摄影技术是将无人机技术和倾斜摄影技术有效结合，通过无人机获取同一位置多个角度的影像资料，对影像进行预处理，利用区域联合平差方法，获取影像的形态与空间位置；利用多视角影像密集匹配技术，获取影像坐标，从而得到对应地物的三维点云；利用TIN网格构建技术，获得具有地表真实形态和纹理特征的三维模型。与传统的人工建模技术相比，无人机倾斜摄影技术具有高精度、高效率、高真实感和低成本的优点。

图8 太平排涝泵站无人机航拍进度追踪示意

通过利用BIM技术，将平面布置CAD图与原型地形表面模型形成对应关系，原始地形表面模型投影到设计平面上，利用平整场地的功能，将各高程点调整至设计平面上的高程值，从而得到土方工程量，进行土方调配，实现工程的土方平衡。太平排涝泵站GIS模型示意如图9所示，太平排涝泵站土方平衡示意如图10所示。

图9 太平排涝泵站GIS模型示意

3.8土方结算三维算量复核

创新性地把civil 3D软件应用到了水利项目的施工中，基于独立开发的二次开发插件集，模拟各已完成土方结算的地形曲面，进行土方结算三维算量复核。

图10 太平排涝泵站土方平衡示意

通过利用BIM技术，避免出现土方重复结算的情况，减少项目损失。太平排涝泵站土方结算三维算量复核图示意如图11所示。

图11 土方结算三维算量复核示意

4 结语

通过BIM规划和管理，将全专业的BIM模型整合校对，并在施工过程中实时根据项目的实际施工结果，更新原始的设计模型，使模型包含项目整个施工过程的真实信息，包括工程建筑、结构、机电等各专业相关模型大量、准确的工程和构件信息。

BIM模型与相关计算软件的结合在实践中展现了其高效的建模、计算能力，采用BIM技术进行施工模拟与优化及深化设计，确保施工的准确性和可行性，提高了项目质量和效率。基于信息化管理平台，实现施工过程中进度、质量、安全、协调等全过程动态管理，改变传统项目管理模式，缩短项目工期，控制项目成本、提升项目质量。通过项目的实施，结合水利项目的自身特点，形成水利项目BIM应用体系。