BIM技术在中堤泵站施工管理中的研究与应用

要倩雅 刘松宇 赵恺宁

(北京金河水务建设集团有限公司，北京 102206)

随着建筑行业BIM技术应用的推进，企业对BIM的需求日渐迫切。为积累BIM技术在水利行业的实施经验，进一步提高企业市场竞争力和综合实力，推动管理与技术双创革新，提升企业施工精细化管理，解决施工管理中的难题，将北京市南水北调配套工程河西支线中堤泵站项目作为BIM应用示范工程，结合水利工程特点，总结出一套实施有效的BIM应用点，实现BIM技术在水利工程建设中的落地应用。

1 工程概况

河西支线1号泵站位于大宁调蓄水库中堤路西侧，四湖一线循环泵站南侧，名为中堤泵站，是北京市南水北调的配套工程。中堤泵站是河西支线工程梯级泵站的第1级提升泵站，将大宁调蓄水库的水加压提升至园博湖泵站。泵站采用全地下室厂房，占地面积11000m2，高23m，混凝土用量71000m3，钢筋用量6800t。泵站设计流量10.0m3/s，共设置卧式离心泵6台，4用2备，单泵设计流量2.5m3/s，设计扬程36m，总装机容量7500kW[1]。1号泵站工程总造价2.55亿元，是北京市第一个基于BIM技术辅助水工泵站施工管理的水利项目。

2 BIM应用点

2.1 三维模型

泵站出水管系统由主管、岔管及支管联合组成。本工程岔管共计7套，直径3m，采用Q345R钢板制作，设计为“T”形，岔管加强梁系由1道正腰梁和2道斜腰梁构成，见图1。根据设计要求，岔管出厂交付使用前，需要按《水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范》(DL/T 5017—2007)进行水压试验。其目的是检验岔管的设计、制造及安装等强度，制作安装的严密性，以及消除一定的焊接残余应力。水压试验不仅能检验焊缝是否渗漏水，也能验证设计、施工等是否符合安全质量要求。

图1 岔管图纸及三维模型(单位：mm)

常规水压试验装置安拆需要焊接与切割工作，试验效率低；大口径水压试验密封面积大，加压后装置受力大，安全风险高；试验时，焊接切割浪费材料、污染环境、试验成本高，数量较多的大口径岔管水压试验时尤为突出。

本项目通过三维模型构建岔管水压试验封堵装置，模拟封堵装置结构，改造优化出一套新型式的水压试验封堵装置。其原理是：在岔管内设置钢内套管环形装置，将岔管、钢内套管及封堵装置组装在一起，形成环形密封空间，减少密封面积和试验压力，降低安全风险。利用承插密封的可重复、快速安拆特点，对岔管封堵装置进行升级改造，使其具有承插口槽环，槽环内设置橡胶圈，通过岔管与封堵装置承插形成密封，提高水压试验效率和安全性[1](见图2、图3)。通过三维模型可以直观、立体地分析试验装置的可靠性、合理性，便于加工前的校核和修正，使试验装置加工一次成型，加工过程精准高效，为水压试验装置实施提供了重要的技术保障。

图2 水压试验封堵装置

图3 水压试验装置组装(单位：mm)1-顶部封堵闷头；2-钢管内套筒；3-三梁岔管；4-支管封堵闷头；5-底部封堵闷头；6-排气阀；7-压力表；8-排气阀；9-手拉葫芦；10-密封胶圈；11-密封橡胶板；12-进入孔

2.2 BIM模型算量

传统人工算量时要兼顾结构图、建筑平面图、立面图及大样图等，工作任务繁重，工作效率低，人员专业素质要求高。在计算过程中，构件扣减很容易出现重扣、漏扣和错扣等人为错误。BIM模型算量通过画图或导入CAD图纸的方式建立建筑物的算量模型，根据内置的计算规则实现自动汇总出量，自动扣减重复量，工程造价从业人员可以快速准确地进行算量、核量、对量工作。BIM模型算量可以让我们从繁重的手工算量中解脱出来，让计算机按照其规则进行电算，达到快速精准计算工程量的目的[2]。

2.3 三维场布

水利工程受地形地貌影响大，施工场地布置局限性强，因此如何利用好有限的空间，合理规划场地布置是一个难以解决的痛点。传统的平面布置无法展现地势高差、人流车流交互和吊装空间碰撞等问题。因此，在施工前期，BIM工程师利用三维模型优势，在软件中还原原始地形地貌，通过三维地形，可以对施工现场进行科学合理的布局。同时制作人流、车流行动轨迹规划图，施工责任分区图。实现以地形地貌构造布置场区临时建筑物，嵌入人流、车流行动轨迹程序模拟场区运行状态，导入塔吊、吊车模型避让空间碰撞问题。使场地布置实现三维的动态模拟，让场地布置更加系统与合理，解决了传统二维场地布置的短板。

2.4 三维交底

施工技术交底能使施工人员详细了解工程特点、技术质量要求、施工方法与措施等，以便科学地组织施工。目前难以实现交底预期的主要原因是水工结构异形多，结构复杂，多为非标准构件，要求施工人员具有较强的专业知识和空间想象力。为了解决这一难题，项目对复杂部位进行三维交底。如利用模型将混凝土异形结构内的钢筋进行三维放样。通过放样，可以直观地发现钢筋的交叉碰撞问题，便于提前修改下料尺寸，减少返工和浪费，见图4。对复杂的结构通过模型的位置、整体外观、各部位拆分解析、重点部位突出标注说明等分步展示，再配合动画演示、二维码三维模型轻量化查看、GIF动图演示等，使施工人员更加容易理解设计意图，减少各级人员的沟通障碍，降低了工程返工造成的损失，间接提高了工程进度与质量。

图4 钢筋制安交底

2.5 三维模架

本项目水工泵站泵房顶板净空高23m，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，施工前需要进行模架受力计算。三维模架通过建立精准模型，运用模架软件对模板与脚手架进行三维模拟布置，并进行受力计算。与传统二维图纸相比，计算受力点更加全面，能够得到科学精准的受力结果。通过模型与方案的数据关联，通过电算快速、准确地统计出模板与脚手架的规格及用量，提高工作效率，减少材料浪费，工程总体效率得到提高。三维模架技术很好地解决了超限模板支撑的难题(见图5)。三维模架具有简单、快捷及参数化的特点。利用其特点，可以在投标阶段利用招标图纸建立模型，快速制定模架方案，使投标施工组织设计更加科学合理。再利用快速统计材料的规格与用量，使投标阶段报价更加精确合理。

图5 三维模架模拟

2.6 BIM安全质量管理平台

现场质量安全人员发现问题后,通过手机获取现场第一手数据上传到BIM质量安全管理平台。平台收到数据后执行质量安全流程，将发现问题推送给现场施工员、工点负责人及项目领导。现场施工员收到任务提醒后，立即通知施工队伍整改落实。整改完毕后，现场施工员将整改的数据资料通过手机反馈给发现质量安全问题的发起人。由发起人现场检查问题整改情况，整改合格后，将问题关闭，平台将消息反馈给相关人，问题解决。若整改不合格，现场施工员继续整改，直至问题解决。整个过程由现场施工员负责整改落实，区域负责人负责督促落实，项目领导负责监督检查，职责清晰、流程精简、沟通便捷。通过平台数据反馈，可以有针对性地管理项目问题，使项目的管理能力得到提升。以上的管理手段与平台相结合，很大程度上提高了质量安全检查工作的效率，留痕管控使问题整改更加有效，质量安全检查工作流程也得到很好改善[3]。具体管理流程见图6。

图6 质量安全管理流程

2.7 BIM定点巡视平台

本项目主要危险源为塔吊和施工临时用电，是日常检查的重要内容，也是各方检查的重点。经过各方的几次检查，发现我们日常检查的记录过于形式化，记录无过程的影响资料，检查过程无法有效追溯。

为了避免安全生产管理的形式化，将安全工作脚踏实地地落实下去，利用BIM管理平台，在项目的危险源位置设置安全巡视点。巡视点通过管理平台设定巡视频次、巡视人及巡视的检查项目，生成巡视点二维码。巡视人必须携带手机到现场巡视点，通过扫码来完成日常巡视检查工作，巡视检查内容存入管理平台，形成可追溯的数据资料。通过该方式，规范了检查程序及处理流程，使安全管理不再流于形式，员工的执行力和工作效率也得到了提高。

2.8 BIM资料管理平台

施工现场的安全管理通过BIM云平台实现项目数据实时交互，项目人员协同办公。BIM云平台采取“三端一云”的形式进行数据呈现。即移动端、PC端及网页端。移动端利用手机进行现场质量安全数据的采集与应用。PC端将收集上传的数据进行整理与存储。网页端将质量安全等数据汇总查看，动态分析项目情况。各岗位将工程资料上传至BIM平台，保证资料详尽地录入到云数据模型中，作为检查审计和责任追溯的依据。工程资料信息化使得资料调取和查阅更为快捷、真实，同时也避免了人为因素导致的资料遗失和损坏，保证了资料的完整性。将工程资料与构件进行关联，使模型具有工程资料信息，建立了全方位的资料管理模式(见图7)。数据一体化的资料存储有利于工程资料的存档与日后的调取应用，为企业未来其他类似项目提供宝贵借鉴经验。

图7 资料协同应用

2.9 BIM存储平台

将二维码放在现场的好处有三个。首先，现阶段智能手机的普及率已经非常高了，任何人在现场都可以通过扫描二维码获取自己想要的信息。其次，二维码的内容不是一成不变的，是可以通过平台实时更新的，这既节约了之前实体内容更换的成本，又减少了更新内容、重复布置的时间浪费，甚至可能一次布置好后，能用到工程结束。第三，二维码所能承载的内容体量很庞大，承载方式也非常多，不仅是文字，图片、视频、网页链接都可以通过扫码得到，之前不能或不易在现场中放置的内容也变得可以实现。

通过二维码我们可以将很多的内容放到现场，供人查阅。例如工程资料中的施工方案，就可以为现场的施工员、技术员、监理员提供施工与检查的依据，在各方产生施工分歧的时候，可以查阅。施工技术交底与安全教育则可以更快捷方便地为工人做交底与教育，更关键的是，工人可以实时查阅。各个施工段的图纸也可以通过这种形式放于现场各施工段，这样就解决了带纸质图纸不方便的问题，又不用担心图纸过大，无法全部下载到手机。

二维码不仅可以放置资料，也可以承载施工工艺动画与轻量化的三维模型，通过BIM建模可以帮助施工人员更好地理解工程，解读施工步骤，通过新的信息化方式构造信息化工程。

2.10 BIM设备维护平台

泵站运行时主要靠水泵、电机、电动阀门等设备来发挥作用。泵站运行涉及的设备种类繁多，操作复杂。利用二维码信息承载量大和信息获取方式简便的特点，将设备的使用说明书、维修操作手册等电子文档和影像资料集成到二维码中，各级人员可以通过手机扫码来获取所需资料，解决现场调取纸质及电子档案效率低的问题。日常维护人员通过扫描二维码来填写日常维护记录，将数据方便快捷地传入后台保存，也便于管理者的日常检查与监管。当然，由于工业软件与工程软件之间存在着格式转换问题，我们需要在不损坏模型信息的情况下进行格式互转，目前的DWG与OBJ格式并不能完好地转换模型信息，要想将BIM技术全面推行，还需要等待更加好用的通用格式[4]。

3 结 语

本项目基于BIM技术对水工泵站施工管理进行研究，建立了以BIM应用为载体的项目信息化管理系统，通过BIM模型与BIM各类管理平台的应用，解决了项目管理难题，克服了薄弱点，提升了项目管理能力，提高了施工质量，降低了管理成本，为企业实现精细化管理奠定了基础。整个实施过程操作性强，在建筑领域具有一定的落地性和可复制的借鉴意义。