BIM 技术在船闸施工中的应用研究

周超ZHOU Chao；何英发HE Ying-fa

（华设设计集团股份有限公司，南京 210014）

0 引言

船闸工程项目作为大型基础设施建设中结构相对复杂，专业结构相对完整，投资规模相对较大的项目，在施工过程中，需要注重的信息纷乱复杂。对于相关从业者来说，在设计和施工的过程中，必须要结合大量信息，做出最科学的决策。从这个角度来看，运用BIM 技术针对船闸项目进行管理，运营和维护，能够取得非常显著的效果，在这样的模式和技术体系下，针对整个项目的决策会更具针对性，管理结构也会更为有效。

1 BIM 技术简介

从目前的情况来看，我国在BIM 技术领域的应用并不广泛，但是由于我国对于相关技术的研究始终处于持续的状态，因此，国内学者以及相关从业者对于BIM 理解相对深刻。与此同时，本文将依据所选案例工程的实际情况，对BIM 技术在项目中的实际应用情况以及各个部门需要遵循的原则进行探讨。同时，从施工工艺以及工程周期的角度出发，制定详细的划分规则，建立三维模型对信息进行整合。最后，在确定信息准确的同时，对信息进行录入，形成一个完整的信息资源库。具体流程如图1 所示。

图1 研究工作流程

2 典型应用研究

广西西江开发投资集团有限公司的西江航运干线贵港航运枢纽二线船闸工程是一座3，000t 级（Ⅰ级船闸），船闸的总体规模为280×34×5.8（m），该项目的落成为广西西江黄金水道的运力提供了有效的保障。

2.1 施工工艺模拟与可视化交底技术研究

船闸项目本身涉及到的结构和信息非常复杂，需要运用BIM 技术对信息进行可视化处理，让整个项目信息更加具体直观，为后续的施工质量、施工进度及施工安全提供切实保障。

BIM 虚拟施工技术的运用，主要是通过BIM 软件获取信息，形成三维立体的信息模型，在设计前期，相关从业人员可以以此为依据、对项目进行分析和优化，并且以此为基础，及时找到整个项目的问题，对问题进行深入剖析，取得最佳的设计效果和设计方案，这样一来，相关从业者就可以在项目落成之前，对整个项目有一个直观的了解，同时，在施工过程中也可以从视觉化的角度出发，协调各个项目以及工序，实现成本管控的目的，防止人力资源和材料的浪费。

2.2 进度管理模块

以BIM 技术作为基础的进度管理过程中，又涉及到进度控制以及进度管理等两个方面。主要基于WBS 工作分解所获得的结果，以可视化的处理模式来进行因素研究、报表定制、动态显示、模拟演示、进度比较、过程审批以及计划编制等方面的管理过程。相关业务管理过程则和进度计划之间存在着比较大的关联性，形成BIM 模型。

2.2.1 进度模拟

对于其三维场景，则可根据相关进度计划来开展模拟。在模拟的基础上，即可得到各个工序所对应的施工时间长度与具体顺序，此外还包括不同部位的具体衔接方式，使施工工艺的进一步细化获得必要的参考依据。比如说，在进行闸首进行模拟之后，则可全面地认识到边墩和检修门库等的相互搭接及具体施工顺序等，认识到钢筋和预埋件等相互之间的具体预埋顺序及钢筋位置等信息，并且对资源的具体配置进行清晰的同步展示。在模拟靠船墩的工艺之后，则可大体掌握预制安装以及现浇等方案的不同之处。

2.2.2 进度模拟对比

在这一模块当中主要有碰撞检查对比以及进度模拟对比等两个部分。该系统可在3D 场景之中进行全面的进度对比。它主要包括了不同分项所对应计划进度和具体进度之间的对比。对于3D 视图来说，主要利用2 个界面来进行充分的展示，着重模拟在各种工期长度、设备条件及人员组成的情况下的具体进度及计划进度等。通过开展碰撞对比，则可针对船闸工程以及其中的分项结构尺寸与具体施工顺序等开展深入的比对，将施工或者是设计方面的冲突挖掘出来。在贵港二线船闸中，其碰撞对比主要涉及到预埋件、钢筋、金属结构及水工结构等，主要的部位则包括了交通桥、下闸首、闸室以及上闸首等，所发现的碰撞点共计一百八十九个，由于发现了上述碰撞点，使得参建方可获得较为完善的施工工艺以及项目图纸所需的重要信息。与之相关的检查案例详见本文的表1-表3 所示。

表1 闸室廊道钢筋与金属埋件间的碰撞检查结果

表2 上游主导航墙与护坦碰撞检查结果

表3 碰撞检查统计表

在开展碰撞检查之后，除了可将问题提前发现之外，也可及时有效地形成解决方案，使尚未进行施工工作之前即已将问题解决掉，确保项目的施工能够顺利地展开，促进了整体效率的进一步提升，降低了项目的管理成本，提高整体的管理效益。

2.2.3 进度预警

它的主要作用是告知计划和实际存在差距的工程单元是哪些。该系统会通过各种字体及颜色来显示出来。比如说，若分项的具体开工时间比项目总计划所对应最迟开工时间更晚，那么该系统将通过标红的方式来给与一定的提醒。实际上，对于预警系统来说，其主要表现形式包括了完工出现延迟、开工出现延迟、以及二者均出现延迟等。在组织项目施工的时候，可以针对不同的具体部位来进行警戒值的设定，如果相关的数值已经高于设定的警戒值，那么将有预警信号被发送出来。当预警信息已经被接收之后，则迅速地进行原因的分析，且通过合理的措施来进行有效的纠偏。

根据船闸基槽开挖的相关要求，应当在已经完成了上级边坡的防护工作以后，再开挖下级边坡，此时进度控制的阈值设置如下：当已经完成了上级边坡的防护工作以后再开挖下级边坡。进行施工的过程中，有时候技术工作员还没有掌握上级边坡防护的情况，就已经提交开挖下级边坡的施工工作计划，由此，系统将会马上反馈上级工序还没有完成，而不可进行提交。所以，能够有效地避免出现边坡不稳定或者是工序错误等安全问题。将橡胶材质的止水带设置于混凝土围堰之间，则进度控制阈值的设置如下：在已经安装好模板以后，应当同步地安装橡胶材质的止水带。在组织施工的过程中，已经严格地参照所需的结构尺寸来安装了第一段模板，在录入了信息之后，该系统将会给出提醒信息，应当在2 段围堰间安装好橡胶止水带，从而不会出现工序遗漏的问题。

2.3 质量管理模块

有时候，也将戴明环称作PDCA 循环，主要是指划分质量管理的过程而得到共计4 个不同的阶段，即计划（Plan）、执行（Do）、检查（Check）、处理（Act）。研究证实，它也是一种非常科学合理的质量管理程序。所谓质量管理就是指质量计划的实施及制订等完整过程。

2.3.1 质量分布分析

实施项目的不同阶段中，应当在工程模型的基础上，合理地利用各种质量管理的核心方法（包括TQC 及PDCA等），来动态性地分析不同的分部以及分项质量。比如说，在单位分部分项划分已经获得了监理方的正式审核通过之后，则将采用分项工程来作为其所需的最小单元，并联BIM 模型，再通过3D 模型来显示出已工并获得通过的分项工程，此时将会通过加粗字体的形式来进行显示，接着则可结合质量评定方面的基本规范来开展数理统计的过程，且根据相关的需求来获得详细的质量报表，接着再开展质量分析。

2.3.2 质量预警

它和进度预警比较相似，它可针对相关的单位分部分项质量进行全面且高效率的预警。所显示的信息采用彩色及加粗的字体，利用BIM 系统来将其清晰地显示出来。比如说，当全体分项工程已经完成之后，且已经通过了质量评估，会发现存在统计遗漏的问题，那么该系统将通过其预警界面来给出红字，以进行遗漏信息的预警。

2.4 安全管理模块

安全文明施工警示、危险源辨识及预案信息、视频监控集成三大板块内容是BIM 安全管理模块的重要组成部分。而贵港二线船闸项目便基于此建成。在项目施工全过程中，BIM 界面能够实时清晰显示危险源、检查记录、安全事故处理、安全管理等各分项，这保证了过程管理的检查与追溯的可操作性，因此对项目施工过程的问题实时预警和问题查询提供了技术保障。

危险源辨识是安全保障体系中规避风险的重要环节。系统中，倘若技术人员添加了属于危险性较大的分部分项工程的危险源及预防控制措施信息，那么施工人员便可通过该信息做好分析工作，设立应急预案，提前规避好种种风险。安全保障体系的其他工作，如布置人员设备、技术支持、工艺调整等等也是基于预防控制措施信息来制定。施工安全通过层层预防工作来保证，很大程度上可以尽可能规避事故发生。

2.5 工程量统计与核对

工程量计算精度对于船闸项目建造十分重要。船闸的异性构件使其工程量计算难度大大增加。BMI 算量模型在工程量统计与核对中十分优越，是一个高效率计算处理工具。异性构件的几何尺寸和空间信息经过布尔计算和微积分的算法处理进行模型切割分块，且BMI 算量模型对其相关参数进行详细记录。因此异性构件的计算结果精确度极高，可行度非常强。造价人员建立的模型与事件信息（4D）、成本信息（5D）一加一大于二，计算处理结果能够很好地规避误差，进而规避参与单位因工程量计算问题引起的纷争。

①BIM 算量模型的建立。BIM 算量模型需要通过一定的方式来建立。目前可采取利用的有三种方式：1）照图纸设计；2）识图转图建立模型。识别DWG 二维图并转换成BIM 模型；3）导入复用。国际通用数据格式（比如IFC）可以从中导出再导出复用。但在本项目中，后两种建立方式不适用于不规则的独立的船闸，因此选择直接按照船闸主体构件图纸在BIM 算两种直接构建算量模型进行计算。这可以规避掉通用型算量软件的不便，使算量模型更加科学，计算结果更加精确。这也体现了该模型的实用性。

②基于BIM 技术的工程量计算。过程计量和工程量审核在船舶施工过程中是非常大的工程计量支付工作量内容。BIM 技术的介入对这两个方面都进行了传统手段所带来风险进行充分规避。首先在过程计量工作方面，手算图纸和传统工具软件计算既分散，难度又大。数据处理本身是一项繁杂的高难度工作，进度、材料与预算的资料搜集极容易出错。因此在传统的过程计量工作中，工程进度款计算粗放，因此造成了很多进度款工程款的争议问题。这对工程项目的风险把控十分不利，同时增加了甲乙双方的法务工作压力。BIM 技术在工程量审核方面大大提高了巨大工作量的处理效率，提高了工作时效性。

③基于BIM 技术的工程量审核。在船闸项目施工的每个阶段，工程量审核阶段性特征明显。比如清单工程量是在招投标阶段，分包工程量是在施工过程，结算工程量是在竣工过程。这些工程量大方面的审核通过每个细小环节的对比分析来实现，细化到部位、构件、流水线等具体环节，通过不断的分析找出差距。BIM 技术优势在对量软件中体现在两个方面，一是可视化，当所有的问题形象直观地显示出来，每个阶段的审核模型工作量都可任意提取，那么纰漏就会尽可能减少，误差和争端也会尽可能减少，减少甲乙方之间的法务纠纷处理工作量；二是软件可以自动输出审核方报表，构建工程量的差异无需像传统方式那样花费大量人力物力，生产力得到解放。

3 结语

像贵港二线船闸工程这样的大型综合性结构复杂项目，BIM 技术强大的信息综合处理能力对项目的提质增效起到非常大的作用。具体而言，信息传送方式由纸面到电子和声像，施工图纸审阅由原来的二维到三维立体界面和漫游，这些技术的更新换代对项目参建人员来说是节省工作时间、提高工作效率的高级运用。BIM 技术应用以后，工程内容的探讨由单一传统的方式转变为多元化多结构实景讨论，创造了良好的客观条件，更好的激发设计团队与管理方的主观讨论。在施工管理过程中，进度、质量、安全保障工作等方面都可通过BIM 技术来管理查看，分析处理，形象直观且科学精准。大型综合项目的时间成本与管理成本需要这样的技术来实现量效齐增。在今后类似项目中，贵港二线船闸采用类似技术的管理经验可以大力推广，其借鉴参考意义十分重大且卓越。