BIM 技术在船闸工程质量安全管理中的应用

孟成成，孔增增

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

1 引言

船闸工程具有体量大、涉及面广、施工战线长、专业性强、子工程多、投资大、建筑结构形式复杂多样的特点。项目参与人员众多，人员及设施管理困难，安全难以保证。BIM 技术具备动态化、协调性、可视化、模拟性等优势特征，其对保证工程施工质量、安全具有重要作用。相比于传统工程施工质量安全管理，BIM 技术能够促使项目管理人员及时、直观、快速地发现施工现场的质量安全隐患，并及时排查整改，确保工程施工安全。应用BIM 技术，可以进行安全技术交底、安全教育管理工作，有利于现场施工人员快速了解施工方法。将BIM 与工程项目信息化系统相融合应用于工程施工质量安全管理，可以提高工程施工质量安全管理的效率[1]。因此，研究BIM 技术在船闸工程施工质量、安全管理中的应用具有十分重要的意义。

2 工程概况

某船闸工程位于钱塘江北岸，船闸主体位于下沙路的北侧，为Ⅲ级双线船闸，闸室有效尺度为300 m×23 m×4.2 m。该工程施工战线长，管理难度大，施工内容多，参建单位多。为了实现缩短工期、控制投资的工程目标，该工程在设计和施工过程中全面应用BIM 技术，通过基于BIM 技术的设计成果校核、施工技术应用等技术措施，降低设计成果错误率、提高工程目标的可实施性。

本项目主要针对BIM 技术在安全管理中的安全教育培训、安全空间规划、碰撞检查分析、BIM+VR 技术在安全管理中的应用、安全监控，以及基于BIM 技术的工程施工质量安全协同管理等方面进行了应用实践。

3 BIM 技术在船闸工程质量管理中的应用

3.1 基于BIM 技术的施工技术交底

传统的工程施工交底培训，主要采用文字、语言的方式提高施工人员的质量意识，对于质量问题的消除方法提到的比较少，口号多于实际，培训方法单一，培训效果微乎其微。BIM技术具有可视化、模拟性等特性，将BIM 技术与传统施工技术交底相结合，能够使施工交底培训更加形象化，通过BIM模型可以实时查看施工现场的动态变化，了解现场施工信息，排除施工质量问题[2，3]。还可以创建质量内容数据，有质量培训数据的人员可以学习新的施工方案、新机械的操作方法等，通过学习基于BIM 技术的施工技术交底，提高了施工人员的技术水平和操作的规范性，使施工质量培训达到预估的水准，进一步减少了项目质量事故的发生，提高了项目施工质量水平。

本项目下闸首轨道梁采用简支箱梁结构，共2 种规格，一种质量为170 t，长度27.1 m，单线数量2 个；另一种质量为65 t，长度11.7 m，单线数量6 个。轨道梁采用预制后再吊装的施工方案，吊装机械体积大，可操作空间小，起吊高度大，单根轨道梁质量大，在吊装过程中容易与已经施工完毕的闸室主体、下沙路大桥和轨道梁立柱发生碰撞，引发安全事故。针对这些问题，本项目运用BIM 技术的模拟性、优化性和可视化特点，对轨道梁施工方案进行模拟，用于轨道梁施工前的安全教育培训，最大限度地杜绝安全事故的发生。

3.2 运用BIM 技术进行碰撞检查

BIM 技术在设计阶段可以对船闸工程设计图纸进行全面的“三维校审”，找出设计图纸中的问题，并将错误信息及时传递给设计方做出改进，经过发现问题、改进方案的动态循环，不断完善设计图纸。基于BIM 技术的碰撞检查不仅能保证工程正常安全施工，也能够避免由于设计阶段与施工、运营阶段带来的施工完毕无法对碰撞冲突修改或改动而造成的施工成本大的问题，从项目全生命周期的角度提高了项目收益。

本项目发现的部分图纸问题如下：胸墙扶手预埋钢板与弧形护边钢板发生碰撞，本问题涉及锚筋及钢板的工程量共10.0 t、工程费用64.5 万元；下闸首人字门段牛腿位置的护面钢板高程超高，无混凝土与之结合；护面钢板和检修门轨道槽预埋件碰撞；系船钩与靠船墙钢筋碰撞，下游口门导堤与下游引航道标准堤加固发生碰撞，该问题涉及C30 钢筋混凝土的工程量800 m3、工程费用101.12 万元。应用基于BIM 技术的碰撞检查对设计成果进行复核，解决了各专业内部冲突，减少了施工返工，为工程施工提供了安全保障。

3.3 运用BIM 技术的精细化质量管理

船闸工程埋件多、金属结构构件多，项目施工质量要求高，施工质量信息的可追溯性、时效性是质量管控的核心，也是长期困扰船闸工程质量管控的难题。传统船闸工程质量管理缺少针对性，质量信息难以与船闸工程施工构件一一对应，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，事后补质检资料现象严重，数据可靠性、时效性、真实性差，不能为船闸工程运行维护提供准确的数据支撑。

基于BIM 技术的船闸工程项目管理系统通过建立BIM模型与质量信息的关联关系，以工程构件级精细化全面质量管理为手段，在施工前和施工过程中，分别从人、机、料、法、环5 个方面对工程质量进行管理。

3.3.1 施工前的质量管理

施工前，对施工队伍、各个分包商的资质进行全面审查；对与项目有关的技术鉴定书、检测实验手段、所有图纸、施工方案、技术措施、施工组织设计等技术文件进行全面审查，并通过建立质量技术文件与BIM 模型的关联关系，形成BIM 模型对应构件的基础信息数据库，通过点击BIM 模型即可查看该构件所对应的分包商、施工方案、质量检验标准、设计图纸等各种施工准备信息。

3.3.2 施工过程中的质量管理

施工过程中，将工程项目分部分项工程划分上传至BIM项目管理系统中，并建立分部分项工程划分与BIM 模型构件的关联关系，形成以BIM 模型为基础的工程质量管理信息基础数据库。

以工序为最小质检单位，BIM 项目管理系统将每个构件的施工检验过程划分为不同的施工检验工序，每种工序包含不同的施工过程质量检验数据和质量检验标准，项目参与人员可以利用手机在施工现场实时提交质量检验资料，资料中包含了质检人员的位置、现场实况图片和构件名称，以及其他与质量有关的人、机、料、法、环关键信息，并且在程序上限定只有上一道工序质量验收通过，才允许开展下一道工序的施工，最大限度地保证了质量信息的时效性、可靠性和真实性。

为强化船闸工程质量管理，基于BIM 技术的船闸工程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 模型与质量验收信息的关联关系，构件质量验收完毕后可以在项目管理系统中形成每个构件的质量验收信息库。

4 BIM 技术在船闸工程安全管理中的应用

4.1 BIM+VR 技术应用于工程风险管理

传统工程风险管理很难反映施工场地布局的动态变化，在施工场地布置过程中，只能通过工程经验调配施工资源，考虑到工程中部分分部分项工程结构复杂，一旦考虑不周，容易引发各专业之间的各种冲突，甚至导致在施工过程中出现安全事故。BIM+VR 技术以4D 施工模型为基础，通过将船闸工程计划施工进度与实际施工进度进行动态化模拟比较，动态显示场地的布局情况，对船闸工程的进度控制和工程风险管理起到极大的促进作用。

BIM+VR 技术通过虚拟现实环境，施工人员能更好地理解船闸工程安装施工过程，特别是施工工艺复杂、安全风险大的工程部位。BIM+VR 技术动态模拟施工过程，能让施工作业人员直观感受到施工过程中存在的各种风险，从而提高施工作业人员的安全风险意识，加强风险教育。同时，也能够实时跟踪与可视化施工人员的安全施工行为，降低船闸工程施工安全风险。

4.2 安全监控

以BIM 技术集成的虚拟三维模型为基础，建立船闸工程安全监控系统，安全环境监控主要是对整个监测范围内的施工环境中所有的潜在危险源进行管理，对复杂的动态施工环境进行全方位把控。

船闸工程一般具有施工场地广、战线长，施工管理困难的特点，在现场施工管理过程中将BIM、GIS 以及物联网等技术相互融合，建设数字化工地，能够强化项目管理人员对工程施工现场的实时有效管理。

船闸工程施工场地大，工程施工现场摄像头数量多，普通的视频监控平台很难准确表示每个摄像头的位置，项目将BIM 模型与现场视频监控系统进行集成，大大节省了管理人员的现场人工管理工作量，提高了管理效率，增加了管理透明度。项目管理人员在视频监控管理办公室就能全盘掌握现场施工情况及人员情况，一边面对着视频监视摄像头中从工地传过来的各个实时施工画面，另一边是电脑中的基于BIM 技术的虚拟安全施工方案，通过对比发现施工作业人员有没有按照施工方案的安全要求施工。

4.3 基于BIM 技术的船闸工程施工安全协同管理

船闸工程施工阶段往往会产生大量的安全管理过程文档，传统安全管理方式信息集成度不高，人、机、料等的会签经常发生错、漏现象，资料存档、查询麻烦，导致施工管理混乱，进度计划布置不合理等问题。常规的项目管理系统施工过程资料与施工构件的关联度较低，各施工参与方之间的施工资料无法实现共享，项目后期或运维阶段资料的可追溯性差。

本次应用实践将安全管理与BIM+GIS 技术相融合，项目参与人员能够通过项目管理系统快速定位安全隐患的位置[4]。实现工程施工质量、安全的协同管理与工程构件的有机融合，便于各参与方对工程施工信息进行全面直观的查询、审核和管控。

项目管理人员可以利用手机、平板或手提电脑对项目施工现场安全隐患进行管理，确保安全隐患责任到人，具体到施工部位，最后得到及时整改。开发了安全管理看板，对安全检查次数、工地内即时人数和安全隐患整改情况集中展示，方便项目管理人员准确做出决策。此外，在安全文档管理方面，项目参与人员输入安全管理关键数据，即可输出行业主管部门规定的安全电子台账。

5 结语

船闸工程体量大、施工管理困难。质量、安全管理作为项目管理的重要组成部分，直接影响船闸工程其他功能目标的实现。BIM 技术可以应用于船闸工程的全生命周期阶段，项目的各参与方可以通过BIM 技术的运用提高工作效率。将BIM技术运用到船闸工程施工质量安全管理过程中，利用BIM 技术的可视化、模拟性和优化性特征进行施工技术交底、碰撞检查、精细化质量管理、工程风险管理和施工安全协同管理，可以大大提高船闸工程施工安全管理水平，避免安全事故的发生。这些技术的应用能够很大程度上解决传统安全管理中存在的质量安全问题，降低施工风险及风险损失，提高船闸工程施工安全管理水平。