BIM技术在地面发电厂房精细化施工管理中的应用

2022-10-29陈猛洋强崔园园

四川水利 2022年5期

陈猛，洋强，崔园园

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

0 引言

地面发电厂房工程具有工程体量大、结构复杂、施工技术难度大等特点，在施工过程中难免出现技术交底困难，施工管理不到位的现象。在实际施工过程中，为保证施工进度，有多家分包商同时进场，存在各家作业队同时施工的情况，由于作业面狭小，可能出现施工干扰现象。同时，厂房水工建筑物种类繁多，工序复杂，各工序之间既相互联系又相互制约，工序间的协同容易出现问题或者不同专业之间对项目理解及沟通不畅，一旦出现供应方与施工需求不匹配，便会造成窝工或材料堆积过大的问题，给施工进度带来利影响，传统的简单图表及数字模型难以对此进行描述[1]。因此，应用BIM技术，在项目建设前期，对水工建筑物信息进行分类与整合，建立发电厂房三维信息模型，以图片、模型以及动画等形式，以最直观、最科学的方式表达建筑物的各类信息及施工工序，可有效地提高施工管理效率及管理水平[2-3]。

本文针对地面发电厂房工程施工管理中的问题，简要说明基于BIM技术可视化、参数化以及可模拟性等特点在发电厂房施工管理中的优势，提出基于BIM手段，提高发电厂房施工管理效率的方法，并详细介绍BIM技术在地面发电厂房施工中技术交底、施工进度控制及优化设计等方面的应用，以达到厂房在建设过程中快速、准确、详细的动态管控目的，实现地面发电厂房在整个建设周期中精细化、可视化的管理。

1 BIM概述

建筑信息模型(Building Information Modeling，简称BIM)起源于美国，是乔治亚理工大学Chuck Eastman教授最早提出的“一种基于计算的建筑描述”。随着不断地创新与发展，BIM发展成一种以三维数字技术为基础，运用相关软件集成建筑工程中各种相关信息而建成的一个工程数据模型[4]。结合一系列相互影响的机制、流程和技术，形成“一种在整个建筑工程的全生命周期中，以数字格式管理必要设施设计和项目数据的方法”，是一种以CAD技术为基础发展起来的从2D平面设计向3D立体设计转化的重要技术。它可以通过系统地将项目组件耦合在一起来确定并阐明建筑、结构、管道与线路之间的关系[5]。

2 BIM技术在地面发电厂房施工管理的应用

BIM技术在地面发电厂房施工管理中的应用主要包括应用层及管理层两个层次，应用层包含三维可视化技术交底、工程计量、进度管控、设计优化等内容，管理层主要依托应用层提供的数据信息作出决策，可有效提升工程的精细化管理程度，改善传统管理模式下的痛点，实现工程的降本增效[6]。主要应用架构如图1所示。

图1 BIM技术在施工管理中的应用架构

2.1 应用层主要BIM应用

2.1.1 可视化技术交底

技术交底是将设计要求以及施工措施贯彻落实到基层施工人员，是施工技术管理中重要的一部分，做好技术交底，是工程顺利实施的前提。发电厂房工程结构复杂，多有异性结构，传统的二维图纸+文字说明的形式很难将设计师意图表达清楚，在交底过程中，容易出现交底不清楚或交底错误的现象。基于BIM技术，以三维动态模型，辅助项目管理人员对作业队进行施工交底，在交底过程中，根据整体+局部的形式，更加直观地了解施工内容，同时，也可加以动画，展现施工内容的先后顺序及各工序之间的交接问题，可大大提高交底效率，确保工程顺利实施。

2.1.2 施工进度模拟

基于BIM技术，以三维信息模型为基础，实现了进度计划与构成工程的部件进行动态链接，通过模型及三维动画等多种形式直观表达进度计划和施工过程，为工程项目的不同参与方直观了解工程项目情况提供便捷的工具。通过形象直观、动态模拟的方式，了解施工阶段过程和重要环节施工工艺，并将多种施工及工艺方案的可实施性进行比较，为最终方案优选决策提供支持。基于BIM技术对施工进度可实现准确计划、跟踪和控制，动态地管制各种施工资源和场地，动态跟踪工程项目的实际进度，并通过计划进度与实际进度进行对比，及时找出项目进度出现的偏差，并对工期的影响程度以及产生的原因进行分析，制定相应措施，做好赶工计划，实现对项目进度的控制，保证项目如期进行。

2.1.3 工程计量

由于厂房工程工程量大，施工工期长，过程中涉及的计量与签证是整个施工期的重难点。在施工过程中，以月、季度等为节点，定期维护与更新模型，动态统计工程量计量情况，将统计出的工程量与设计工程量和现场签发工程量相对比，提供一个完整准确的工程量数据，避免后期因计量不规范或不完整而出现工程款少结、漏结的现象，减少施工单位经营风险。

2.1.4 设计优化

(1)图纸审查

地下厂房工程涉及多个专业，各专业施工图纸繁多，可达几千张，由于各专业图纸独立设计、独立交付，不同专业缺乏相应的沟通交流，设计交付图纸难免出现错、漏或碰撞现象。在项目建设初期，各专业建立BIM模型并将模型进行整合，项目全过程借助BIM图模联动方式，实现图纸交叉审核，提前发现图纸设计中存在的问题并解决，减少图纸错误。图纸审查流程如图2所示。

图2 图纸审查流程

(2)碰撞检测

BIM模型的搭建，是对整个设计的一次“预演”，在模型建立的同时，也是一次完整的“三维校审”过程。在此过程中，可以发现大量隐藏在设计中与专业配合紧密相关的问题，或者属于空间高度上的冲突，或者属于不同专业间的冲突，尤其是管网工程，在传统的二维图纸单个专业审查过程中很难发现。通过BIM技术提供的碰撞检查功能，利用Revit建立多专业三维模型，基于三维模型，可以很直观地查看各管线之间的空间位置。同时，在Navisworks软件中进行整合，给定碰撞条件，在软件中进行碰撞检查，最后将碰撞检查结果输出，将有冲突的位置在施工前进行整改，减少项目施工变更，降低生产成本，加快施工进度。

2.2 管理层主要BIM应用

站在管理者的角度使用BIM技术来辅助项目建设管理，通过应用层级反馈的信息记性分析与归类，做好管理决策，然后对决策内容进行全过程的跟踪，最后对决策的结果进行反馈，主要包括质量、进度、安全等方面。这几项内容既相互独立又相互统一，做好施工质量，相应地就减少了项目返工、缺陷处理的情况，节约了工期，也降低了成本。基于BIM技术，项目管理人员可有效掌控重难点及施工工序的交底工作，避免或减少出现因交底不彻底或工序施工错误而导致的工程质量问题。针对项目进度管理反馈的进度滞后情况，依据现有条件，站到整个项目的角度，最大化地做好设备、材料及人员的调配，然后再将相应的措施，以BIM模型或动画的形式反馈至应用层级。在项目实施重点部位，通过前期策划及以往经验总结，找出安全重点防控部位，基于BIM+VR的形式，做好安全事故交底。

3 龙溪口航电枢纽工程地面发电厂房BIM管理的实现

以龙溪口航电枢纽工程地面发电厂房为例，实现BIM技术全过程精细化管理。面向施工全过程动态管理的要求，采用BIM技术，分层分块建立厂房模型，基于动态更新机制，根据项目实时进展完善模型，实现项目重难点可视化，全过程动态仿真施工进度模拟，优化施工设计，拓展基于BIM技术的创新应用，提高地面发电厂房施工管理效率。

3.1 BIM模型的建立

基于航电枢纽工程水工建筑物的设计资料，利用实体CAD技术及参数化实体建模技术，采用Revit三维建模工具，交互式创建水工建筑模型，包括土建、机电、设备安装等专业，通过材质编辑器，根据构件属性赋予相应材质，完善模型信息化数据，为下一步施工技术交底、施工进度模拟及工程量计量等提供模型基础。厂房模型如图3所示。

图3 地面发电厂房模型

3.2 基于BIM技术的可视化技术交底

3.2.1 分层分块技术交底

地面发电厂房工程体量大，尤其是厂房底板及上下游胸墙混凝土，均为大体积混凝土施工。为保证混凝土浇筑效果，对厂房模型进行合理的分层分块划分，并对每块工程量进行提取，在施工过程中，严格按照分层分块原则进行厂房混凝土浇筑。具体分层分块见图4。

图4 厂房分层分块模型

3.2.2 厂房止水施工技术交底

厂房止水布置在结构缝位置，因厂房混凝土需分层分块浇筑，止水布置错综复杂，如对图纸不熟悉，过程中很容易出错，根据止水平面布置图，建立三维信息模型，在施工前进行止水安装预演，从而实现合理化、最优化布置，防止出现返工现象，动态监控总体进度，提高施工效率。在施工人员进场时，通过三维可视化交底，全过程精细化指导施工，提高现场施工质量。

3.2.3 副厂房模板加工技术交底

在模板施工前，采用BIM技术建立柱体三维信息模型，通过配模功能，设置模板规格及模板配置原则，实现柱体模板自动生成，并输出柱体配模图纸，以确保模板的合理利用，减少材料损耗，同时根据模板配模模型，自动输出模板加工平面图。所有模板均由木工依据输出的图纸，在木工棚内加工预制，现场实地拼装。

3.3 基于BIM技术的图纸审查

3.3.1 通过主体构筑物建模深化设计深度

通过建模保证模型的准确度和深度，保证深化设计图纸的出图质量和效率，利用建模软件逆向设计，快速生成符合设计标准的用以指导施工的图纸。

3.3.2 全专业设计协同，错漏碰缺检查标准及分阶段报告

通过建立厂房土建三维信息模型及机电三维信息模型，在Navisworks软件中进行整合。基于BIM软件碰撞检查系统，给定碰撞条件，在软件中进行相关碰撞检查、并生成碰撞检查报告，对存在的设计错误、设计遗漏、未交代的内容、图纸内容细节上的冲突以及图纸不完整、缺少的部分进行检查，及早发现和解决冲突和错误，避免人力财力的大量浪费。在本工程中，通过给定的参数进行碰撞检测，发现有冲突部位390余处，通过与设计沟通，全部完成调整，大大减少后期返工工作量，减少施工成本，有效地保证了施工工期。

3.4 基于BIM的进度管理

根据施工安排，以月为单位制定厂房施工进度计划，在每月月末根据实际进度更新模型，动态掌控施工进度完成情况，对出现滞后的仓位，分析未完成的原因并制定相应的赶工措施；对超前完成的仓位，合理调整下一月施工进度计划。通过三维信息模型，可直观地了解每月计划仓位布置情况，分析计划的合理性，同时通过现有机械设备的验算分析，确保计划的可行性。

3.5 基于BIM的工程量统计

地面发电厂房的工程量计量与签证是影响整个项目经营的关键，根据建立的三维信息模型，根据目前施工形象及拟施工计划，自动输出工程量，并根据输出的工程量进行混凝土下料。

3.6 基于BIM的创新应用

本项目在厂房尾水流道异性模板的设计及安装过程中，引进了基于BIM技术的“移动式手术”之后进行预制加工。

基于BIM技术，建立尾水流道三维信息模型，设计并制作尾水流道模板，为方便施工，将尾水流道模板设计为拼装式小模板，拼装组成，每块模板设有编号，在安装过程中可根据编号进行快速安装。模板的拆分在软件中设计，为确保设计合理性，在软件中进行多次预拼装试验，确保模板设计的可行性。软件将最终的设计结果输出，生成模板安装平面图、模板加工图、模板材料明细清单等，模型输出的精确图纸及材料明细，可帮助项目更好地进行材料控制，有助于及时开展材料集中采购，避免浪费，同时在安装过程中，可根据预拼装演示进行交底，提升模板安装速度。