BIM 技术在三峡库区深水靠船墩锚地设计中的应用

王海滨

（长江三峡通航管理局，湖北 宜昌 443002）

我国“十一五”期间已将BIM 技术列入国家战略性前瞻性技术来研究。与建筑领域相比，BIM 在水运基础设施的应用相对滞后。因此，对水运基础设施BIM的应用进行整体把握并提出相应的行业应用推广建议，对全面改变水运基础设施领域信息化应用水平的滞后现状具有重要意义。2016 年，交通运输部将BIM 技术在交通建设行业的应用规划为“十三五”期十大重大技术方向和技术政策之首。2017 年12 月，交通运输部办公厅发布“关于推进公路水运工程BIM 技术应用的指导意见”，在公路水运工程中大力推进BIM 技术的应用，提升公路水运工程建设品质，落实全生命期管理理念。

1 工程概况

三峡库区旧州河锚地位三峡坝上归州水道右岸（长江上游航道里程82.5～86.2km），主要建设5000 吨级危化品锚位8 个，每个锚位由2 个直立式靠船墩组成。每个锚位可满足4 艘5000 吨级危化品船并靠，水工结构满足风速小于6 级时8 艘5000 吨级普通货船靠泊要求，配套建设电缆接岸栈桥、岸电设施、导助航设施等。

工程区域位于新华夏系第二隆起带上，西有四川盆地，东有江汉平原，北北东向的新华夏构造在坝区北部被强大的纬向构造-秦岭东西向构造带所限制，淮阳山字型的西翼直插本区。锚地区域岩土层空间分布特征明显，层位分布稳定，规律性较强。基岩各岩层呈互层状伴随，随地形起伏较大，岩体内节理、裂隙发育，局部岩体破碎，大部分区域覆盖层较薄，局部覆盖层较厚。根据区域地质资料及钻孔揭露，勘区主要为第四系冲积成因淤泥质土、坡积粉质黏土及侏罗纪（J2）泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉细砂岩等。

2 结构方案比选

根据工程区域地质条件，水工结构物基础可采用钻孔灌注桩，根据结构物规模、荷载大小选择基岩作为桩基持力层。靠船墩型式在高桩墩台结构和高桩框架结构两种方案之间进行比较选择。

图1 3#锚位高桩墩台结构剖面图

方案一：靠船墩采用高桩墩台结构，墩台顶标高为164.0m，墩台之上设置4 根钢筋混凝土立柱；立柱顶设钢筋混凝土平台，平台顶标高为179.0m；墩台之下设9 根钻孔灌注桩。方案二：靠船墩采用高桩框架式结构，桩基采用9 根灌注桩，施工水位以上采用8 根钢立柱（内灌混凝土）；立柱顶部设置钢平台，顶高程为179m。两种方案优缺点比较见表1。

表1 靠船墩结构方案对比表

从工程投资、工期保障、使用方便等方面考虑，采用方案一。靠船墩采用高桩墩台结构，墩台之上设置4根钢筋混凝土立柱，墩台之下设9 根钻孔灌注桩，临江侧3 根桩基外设2 根钢靠船构件和5 层系缆平台；锚位紧邻下游侧系靠船墩上缘设置1 套岸电设施，主要包括导向架、电缆卷筒、接电箱平台、限位浮箱和提升绞车；锚位岸电设施所需电缆通过电缆接岸栈桥由陆上接入系靠船墩顶部平台，电缆接岸栈桥采用桩基架空结构，上部结构为实腹式钢联桥，基础采用单根灌注桩。

3 总体设计

3.1 应用标准

2019 年，交通运输部组织有关单位在总结大量国内水运工程信息模型应用经验的基础上，借鉴国内外相关标准，吸纳水运工程信息模型应用先进技术，结合我国水运工程信息模型应用现状和发展需求先后制定了JTS-T198-1-2019 水运工程信息模型应用统一标准、JTS-T198-2-2019 水运工程设计信息模型应用标准和JTS-T198-3-2019 水运工程施工信息模型应用标准三部水运工程信息模型标准，解决水运工程缺乏相应的信息模型标准的问题，推进信息模型在水运工程中的应用。

大水位差深水靠船墩设计与其他建筑设计存在较大差别，靠船墩主体结构分为上、下部结构。下部结构主要由桩基、钢横撑、钢纵撑等组成，构件形式较为简单。上部结构相对复杂一点，包括靠船构件、系缆平台以及岸电设施的导向架、电缆卷筒、接电箱平台、限位浮箱和提升绞车等。由于Autodesk 设计平台开放性强、有较多的配套软件和对象库，核心建模软件Revit 其他有关软件与有很好的交互性[3]。结合靠船墩结构的特点，Autodesk 可以满足BIM 设计需要，完成项目设计工作。同时Autodesk 平台也存在对大体量模型的支持能力不足和Revit建模软件在复杂曲面的造型能力不足的问题，但是考虑到靠船墩结构整体上来说比较方正，还可以利用Autodesk 公司的Inventor 软件对有比较复杂的曲面结构的系船柱进行建模，通过BIM 交换功能转换成Revit族使用，可以有效解决上述问题。

3.2 总平面图布置

本工程BIM 设计主要包含有：总平面布置、导助航设施、水工建筑物、岸电设施、碰撞检查和工程量计算。总平面布置包括锚泊方式展示和平面布置方案。通过结合卫星云图和精确的勘测地形对工程平面布置进行了可视化模拟。如图2 所示，勘测资料导入BIM 建模软件后生成三维地形，用模型线绘制出结构轮廓，统一各专业项目基点。此文件被存为项目中心文件，各专业将在此文件基础上进行BIM 设计。

图2 旧州河锚地总平面布置

3.3 水工建筑物

不同于传统建筑专业可直接使用大量BIM 建模软件的内部系统族，水工建筑物BIM 设计包含了大量不规则结构建模。为了准确的包含所有的设计信息，在进行BIM 设计之前，对水工结构进行了构件级分解。为了适应设计的多样性和族文件的延伸应用，对所有构件进行了参数化建模。参数化的族可以根据需要直接通过修改数值来对模型进行修改。所有的构件组导入中心文件，根据需要进行模型搭建，形成最终的结构模型。与此同时也建立起了一个属于本项目的小型族库和材质库，并在中心文件中进行共享，方便各专业进行使用和材质统一。

图3 水工结构构件分解

利用Inventor 对岸电浮箱轨道架进行三维设计，并输出adsk 格式的族文件，再加载到Revit 软件之中，为本工程提供搭建BIM 模型的族文件。

3.4 碰撞检查

通过BIM 模型进行三维可视化设计，直观地反应出由于想象能力的不足所带来的细节碰撞，提高设计效率和工程量统计精确度。可有效减少设计修改带来的各专业间沟通时间和信息丢失。

在图4 中可见，墩台的平面设有限速靠泊标志、岸电电缆卷筒、提升绞车和钢爬梯出口。通过以水工结构为基础的中心文件，各个专业在进行设计时直接避免不必要的结构碰撞，减少设计返工时间，使各专业之间的协同设计更有效率。除了直观的碰撞，结构内部的碰撞通过专业软件进行检查，通过检查报告找到碰撞构件进行设计优化，碰撞检查如图5 所示。

图4 3#锚位靠船墩俯视图

图5 碰撞检查

3.5 后续设计及应用

本项目BIM 设计以总平面布置为基础，水工建筑物为结构中心文件，方便各专业同时进行设计。通过使用BIM 平台，在设计阶段直接规避常见设计问题，提高专业间沟通效率，有效减少信息传递的流失，从而起到提高设计质量的效果。设计阶段BIM 模型因为包含膨大的数据，所以可以在施工图设计阶段对模型进行精细化的分解，将整个项目分解到最小的组成构件，再根据实际施工方案进行拼接。通过运用BIM 模型对实际施工流程进行一次数字化模拟，可以有效地帮助发现实际施工中可能会出现的困难点。同时，运用Navisworks Manage 结合Project 软件，可以对项目进行施工进度（4d）和费用（5d）模拟，赋予各构件工期及造价属性，可以进行施工进度就费用工程模拟，通过直观的对比，控制施工进度、费用。

在施工期间，利用BIM 管理平台，可让业主方、设计方、施工方、监理方仅通过移动设备对项目进行进度、费用问题管理。同时在施工现场，通过移动设备，发现问题及时上报，即时解决，大大减少了时间成本，从而加快项目施工进度。

4 结语

本文结合三峡库区深水靠船墩结构特点的特点，选择Autodesk 作为主力平台进行三维建模，为了提高效率，引入BIM 的参数化建模思想，分析并设计场景的参数化建模思路，提出了库区深水靠船墩参数化建模方法，实现了集成可视化交互、信息交互、交互建模以及分析应用的一体化空间的三维可视化场景。

通过对深水靠船墩模型的构建与应用，结合其他真实水运工程场景具有结构复杂和种类多样的特点，后续仍有包括场景要素的参数化建模、BIM 模型与多源数据的融合等问题需要进一步展开研究。