BIM 技术在船闸工程建设中的应用

魏玲

（枣庄市港航和机场建设发展中心，山东 枣庄 277800）

船闸工程具有涉及专业多、施工周期长、交叉施工多、协调工作量大等特点，施工难度与复杂程度相对较高。现将广泛应用于工程建设领域的BIM 技术引入船闸工程建设管理中，对优化施工组织设计、减少返工与整改、提高工程质量和生产效率、节约成本和缩短工期等具有重要作用。

1 项目概况

拟建船闸建设标准为Ⅱ级，与现有船闸轴线距离89 米，有效尺度为230 米×23 米×5 米（长度×宽度×门槛水深），设计年单向通过能力2900 万吨，上游引航道采用“直线进闸、曲线出闸”，两闸共用引航道；下游引航道采用“曲线进闸、直线出闸”，与原船闸分设引航道，下游靠船墩布置在两闸引航道之间，两闸共用靠船墩。项目主要建设内容包括船闸主体工程、上下游导靠航建筑物、上游导航段桥梁改建、跨两线船闸交通桥及防洪大堤退建等配套和附属设施。

2 项目特点与控制目标

2.1 项目特点分析

（1）工期紧张。项目计划工期36 个月，要完成土地征迁、弃土区选用、管理区临时堤防建设与拆除、工程施工、交工验收、船闸调试等工作，与水利、国土等部门协调工作量大，建设内容多，施工周期长。

（2）施工难度大。项目包括水工、电气、金属结构、堤防、桥梁、房建等多个专业；一线船闸与拟建船闸共用下游引航道，施工的同时不能影响正常通航，施工空间狭窄；混凝土结构物高度为十至二十米，存在大量的大体积混凝土施工和高大模板安装与拆装；项目分成两个标段，交叉施工较多。

引入BIM 技术将为工程项目信息化提供有力的技术支持，使得项目建设实现可视化、信息协同化，促进项目建设质量和管理水平的提升[1]。

2.2 项目控制目标

以施工图为基础，通过对工程数据信息进行三维立体建模和模拟分析，向参建单位提供直观、可视的模拟施工场景，在一定程度上克服了二维图纸的抽象性造成的参建各方的识图差异，促进各方对项目信息的了解和认同，有利于统一交流意图，减少审阅时间；通过模拟工程施工过程，预测可能存在的问题，提前考虑调整方案和应对措施，避免返工造成的人财物浪费，为开展施工图绘审、工程量复核、施工方案编制、施工现场监测等提供高效的技术支撑。

3 BIM 技术在船闸施工中的应用

3.1 总体实施方案

结合船闸工程的重点难点分析，利用 Revit、3dMax等建模软件对闸门、闸室、闸首、浮式系船柱等复杂结构进行3D 建模，利用Navisworks、Lumion6.0 进行碰撞检测、4D 模拟施工、应力分析（见图1）、动画演示等，建立可视的施工流程与施工情境，辅助调整优化设计方案，提高项目数字化水平。

图1 闸室结构与闸门应力分析

尤其是重点工艺工序、新型施工工艺及交叉施工，制定专项施工方案是保证工程顺利实施的基本条件。通过对施工过程进行精细化模拟，检测施工工序、高程控制、作业时间与空间等是否准确合理，对工程中可能出现的影响工程质量的因素以及可能存在的安全隐患进行分析，实现通过BIM 辅助调整和完善施工方案的目的[2]。

3.2 具体应用实例

3.2.1 闸室墙浮式系船柱施工

结合闸室墙施工，浮式系船柱采用可组装的钢支模施工法，定制的内芯模板外缘线与钢构件内缘线一致，通过钢构件与内芯钢模的可靠连接，且与墙身大模板连成整体（见图2），进而实现一次性浇筑，实现与闸室墙身同时施工。浮式系船柱槽处结构较薄，精度要求高，工程建成后浮式系船柱上下不顺畅是常见的质量通病。

图2 浮式系船柱钢模板

通过Revit 精细化建模，并进行三维可视化模拟和受力验算，采用组合式定型钢模板，搭配定型支撑架定位可拆卸钢木结构定位系统，提高了模板安装精度，优化了施工工艺，解决了浮式系船柱质量通病[3]。施工完成后，与传统钢模结构相比，单段墙体进度加快3 天，节省工期36 天，费用大为减少。

3.2.2 下游靠船墩施工

下游导航及靠船建筑物设计方案中，一线船闸与新建船闸共用下游靠船墩，原靠船墩全部拆除后重建。原设计采用土围堰进行干地施工，但是由于施工期间要保证正常通航，且围堰紧邻船闸下闸首泄水区域，对土围堰临水侧冲刷严重，很容易淤塞航道，存在较大安全隐患。为降低施工期间对一线船闸的正常运行影响，通过Revit 建模和Lumion 三维模拟对新建25#墩身（紧临原靠船墩）结构尺寸进行了建模分析和对比优化，挡水围堰采用土围堰外侧加单排钢板桩进行防水加固（见图3），保证了干地施工的同时防止土围堰坍塌淤塞航道。按照调整后的施工方案组织施工，比原方案节约工期30 天。

图3 钢板桩围堰模型

3.2.3 跨闸交通桥设计变更

跨闸交通桥设计功能为船闸管理处场区内道路，供管理区内部使用。桥梁设计荷载等级为公路二级，采用钢筋混凝土连续箱梁结构。按照原设计方案计划采用贝雷梁或吊篮组织施工，编制施工方案时通过BIM 技术进行辅助验证，发现上述方案将造成一线船闸通航净高不足，存在严重通航安全隐患，若考虑施工期间安全则需停航3 个月。鉴于停航施工将造成韩庄运河段断航的重大影响，兼顾船闸正常运行和施工期间不影响通航的基本要求，将具备通车功能的现浇钢筋混凝土桥变更为人行钢结构桥。调整后的方案费用节余原概算一半，工期大大缩短[4]。

3.2.4 优化土方开挖方案

船闸主体基坑开挖土方量大，闸首开挖深度最大高差接近19 米，分层开挖深度、场内运输路线、挖运土石方平衡等对成本和效率影响很大。通过利用无人机+Civil 3D，借助Civil3D、Revit 明细表进行船闸主体结构深基坑土方开挖量计算、平衡土方挖填调配、配合完成专项施工方案的编制，促进实现施工组织合理化，效益最大化。同时利用场地漫游，合理规划运输路线，减少了倒运次数和运距，大大减少了施工成本。

3.2.5 辅助复核施工图

在准备闸首门槛施工方案时，通过Revit 检查发现了图纸标高存在相互矛盾的问题，后经设计单位确认及时进行了标高调整，将图纸差错提前予以纠正，避免了返工造成的经济和时间损失，保证了船闸主体工程实体质量和如期完工。

4 总结

利用BIM 技术集成3D 模型与数据信息辅助项目建设是未来水运工程的发展趋势。本文简要介绍了BIM技术在船闸工程建设中的应用，在一定程度上体现了BIM 技术的价值和作用，为未来类似项目的建设提供参考[5]。同时，BIM 技术是一个系统工程，要注重对BIM标准框架体系的构建与完善，流程和标准需要在实践中逐步完善，以利于最大程度发挥BIM 技术的应用价值。