吳遵奇，段昶，黃睿奕，陶然

（1.中交第四航務工程勘察設(shè)計院有限公司，廣東廣州510230；2.中交第二航務工程局有限公司，湖北武漢430012；3.中交第二航務工程局有限公司技術(shù)中心，湖北武漢430040；4.中國港灣工程有限責任公司，北京100027）

BIM技術(shù)在復雜碼頭結(jié)構(gòu)施工可視化進度管理中的應用

吳遵奇1，段昶2，黃睿奕3，陶然4*

（1.中交第四航務工程勘察設(shè)計院有限公司，廣東廣州510230；2.中交第二航務工程局有限公司，湖北武漢430012；3.中交第二航務工程局有限公司技術(shù)中心，湖北武漢430040；4.中國港灣工程有限責任公司，北京100027）

BIM技術(shù)在工程施工中應用越來越廣泛。結(jié)合水運工程施工的技術(shù)特點和管理需求，依托某高樁梁板+沉箱結(jié)構(gòu)的碼頭施工項目，對BIM技術(shù)在可視化進度管理中的應用進行了部署，并對應用成果進行分析研究，具有推廣價值。

BIM技術(shù)；復雜碼頭結(jié)構(gòu)施工；可視化；施工進度管理

1 BIM技術(shù)介紹

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)[1]，即帶著建筑工程信息的模型在工程項目生命周期中的應用，通過三維協(xié)同，在勘察設(shè)計、施工和運營維護間建立起無縫的溝通紐帶，實現(xiàn)有效的信息交互，數(shù)字化、可視化地呈現(xiàn)工程項目全生命周期的各個階段，從而提升勘察設(shè)計和施工質(zhì)量，提高項目的運營管控水平。

BIM技術(shù)在水運工程施工中的應用[2]主要表現(xiàn)為：承接設(shè)計交付的三維工程信息模型產(chǎn)品或?qū)⒃O(shè)計圖紙翻模成三維工程信息模型產(chǎn)品，用于施工建造階段的施工組織設(shè)計，完成施工工序的組織、相關(guān)資源的調(diào)度利用方案及配套的費用計劃等施工策劃工作，并支撐施工階段各相關(guān)方基于同一工程信息模型產(chǎn)品協(xié)同進行施工建造階段的管控工作，完成包括計量、支付、交付、安全、質(zhì)量和資料檔案的整編和管理等工作。

2 國內(nèi)外應用現(xiàn)狀

BIM技術(shù)起源于1975年，佐治亞理工大學的Charles Eastman提出了“一種基于計算機的建筑模型（a computer-based description of building）”的理念，以便于實現(xiàn)建筑工程的可視化和量化分析[3]，提高工程建設(shè)效率。1987年，Jerry Laiserin在推廣參數(shù)化的建筑三維模型時，首次提出了BIM的概念，作為建筑過程的數(shù)字展示方式來協(xié)助數(shù)字信息交流及合作。

40年來，BIM技術(shù)在歐美等發(fā)達國家已經(jīng)得到了廣泛的應用[4]。其中，美國超過60%的設(shè)計單位運用BIM進行建筑工程設(shè)計，并出臺了BIM標準，在政府積極鼓勵并給予不同程度資金支持的同時，從2007年起，所有大型項目都應用BIM技術(shù)；英國到2016年已實現(xiàn)全面采用BIM技術(shù)，全部文件以信息化方式進行管理，并基本完成相關(guān)法律、商務、保險條款的制定；新加坡規(guī)定所有建筑面積大于5 000 m2的項目都必須提交BIM模型；日本建筑學會也于2012年發(fā)布了日本BIM指南，從團隊建設(shè)、數(shù)據(jù)處理、設(shè)計流程、預算、模擬等方面提供指導。目前BIM技術(shù)已經(jīng)應用到工程的維護階段，基本實現(xiàn)了進度的可視化[5]。

我國工程建設(shè)行業(yè)從2003年開始引進BIM技術(shù)，并經(jīng)過10 a左右時間在建筑行業(yè)得到了廣泛的應用與發(fā)展，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在《2012年工程建設(shè)標準規(guī)范制定修訂計劃》中對4本BIM標準制定計劃正式立項，并于2015年發(fā)布《BIM應用指導意見》，正式將BIM標準納入國家標準體系[6]。水運工程行業(yè)也從2010年開始探索BIM技術(shù)在港口工程中的應用研究，并在管理平臺開發(fā)水工結(jié)構(gòu)三維建模等關(guān)鍵技術(shù)，取得了一定的發(fā)展。

本文依托某高樁梁板+沉箱的復雜碼頭結(jié)構(gòu)施工項目，對可視化進度管理中的BIM技術(shù)應用進行研究。

3 依托項目

地中海沿岸某高樁梁板式碼頭（見圖1），岸線全長443 m。樁基基礎(chǔ)采用φ1 219 mm和φ914 mm的鋼管樁，樁長48~54 m，共計624根。其中A排樁為φ1 219 mm鋼管樁，設(shè)計底標高-52 m，共129根；B~G排樁及碼頭西北角迎浪側(cè)的P排樁均為φ914 mm鋼管樁，設(shè)計底標高-47 m，共495根。碼頭上部結(jié)構(gòu)為預制軌道梁、預制面板及現(xiàn)澆面層。拋石護岸的施工內(nèi)容主要包括0~1 t的堤心石及沉箱后護堤、1~3 t及3~6 t的護面塊石、4 m3的混凝土護面塊體以及護坦拋石等。后方擋土墻結(jié)構(gòu)沉箱共18個，單個尺寸長24.48 m，寬14.2 m，高17 m，質(zhì)量約3 500 t。沉箱底板厚約1 m，由15個井格組成，井格內(nèi)回填砂并在頂部拋填塊石。

圖1 碼頭典型斷面圖Fig.1Typical section of the complicated wharf structure

該碼頭結(jié)構(gòu)復雜，施工組織難度大，各個施工工序交叉點多且環(huán)環(huán)相扣，對施工協(xié)調(diào)和進度管理提出了非常高的要求。因此通過引進BIM技術(shù)，嘗試可視化施工進度管理，希望可以起到優(yōu)化計劃安排，提高管理效率的作用。

4 現(xiàn)場施工部署

4.1 總體施工安排

首先同步進行沉箱預制與沉箱基床開挖及拋石整平，從南向北進行沉箱安裝，并同步流水施工沉箱內(nèi)吹填砂和沉箱后護堤的塊石安裝。4個沉箱安裝（約100 m）后開始進行鋼管樁沉樁施工，樁間拋石與鋼管樁沉樁之間的施工步距不超過100 m。

考慮到防波堤形成掩護時對波浪的影響，碼頭上部結(jié)構(gòu)需要等防波堤拋石基本完成后才開始施工，而碼頭樁基及沉箱結(jié)構(gòu)則需要盡快完成為后方的陸域吹填提供主浪向的掩護。因此，本碼頭關(guān)鍵線路的施工安排即為由南向北依此開展沉箱安裝、鋼管樁沉樁和樁間拋石的施工，并在各工序之間保持100 m的施工步距。

4.2 主要施工工藝

4.2.1 沉箱安裝

根據(jù)設(shè)計斷面開挖后拋填塊石基床，選擇合適的窗口期通過拖輪將半潛駁上滑膜預制的沉箱拖至指定區(qū)域，GPS定位后注水下潛完成安裝。隨后，通過泥駁安裝DOP泵向沉箱各井格內(nèi)均勻填砂，完成后在沉箱頂部拋填一部分塊石，以防回填砂被沖刷，同時在沉箱后拋石護堤及邊坡碎石墊層，并敷設(shè)土工布。

4.2.2 鋼管樁沉樁

鋼管樁共129列，其中前7列樁采用400 t頂升平臺搭載260 t履帶吊進行施工，并通過導向架定位豎樁，采用液壓沖擊錘沉樁，后122列及P排樁采用步履式液壓頂推平臺，以已完成施工的工程樁為基礎(chǔ)通過自身頂推裝置及液壓系統(tǒng)進行移位，同樣采用260 t履帶吊吊液壓沖擊錘進行沉樁，并配有液壓移動式導向架進行鋼管樁的精確定位。鋼管樁施打結(jié)束后立即對裝配式透空結(jié)構(gòu)進行夾樁。

4.2.3 樁間拋石

樁間拋填的堤心石采用沉箱頂?shù)耐跈C和180 t履帶吊搭配拋石鐵盒、網(wǎng)兜以及多瓣抓斗進行拋填，護面塊石采用沉箱頂?shù)暮脱b配式拋石平臺頂?shù)?80 t履帶吊搭配拋石鐵盒和四瓣抓斗進行拋填，4 m3混凝土護面塊采用沉箱頂?shù)?80 t履帶吊在潛水員的配合下進行定點安放。拋石工具的外側(cè)都采用橡膠輪胎進行防護，并要求下放至距離拋石面2 m以內(nèi)才能打開進行拋石，以保護已完成的鋼管樁及夾樁結(jié)構(gòu)。

5 BIM應用部署

5.1 模型建立

模型的建立主要采用Revit2014，對于不能搭建的異形構(gòu)件需要其他輔助軟件搭建模型。在編碼的過程中，遵循一致性、規(guī)范性、完整性的原則[7]，各分部分項均按照統(tǒng)一的建模標準進行構(gòu)件命名、屬性定義、信息完整。

開工前進行地形測量，并將測量數(shù)據(jù)導入Auto-deskCivil3D建立地形曲面，通過Autodesk Revit和Autodesk Inventor軟件建立碼頭結(jié)構(gòu)構(gòu)件及附屬設(shè)施，并利用Autodesk Infrastructure Modeler導入地面模型，并將構(gòu)件按照設(shè)計意圖拼裝三維模型，展示三維效果。最終通過將三維模型導入Autodesk Navisworks軟件，實現(xiàn)了三維漫游查看整體效果。

5.2 構(gòu)件關(guān)聯(lián)

對單位工程創(chuàng)建WBS（Work Breakdown Structure）工作包分級目錄（時間樹），在此基礎(chǔ)上，通過Microsoft Project根據(jù)各級WBS節(jié)點之間的邏輯關(guān)系編制進度計劃，依據(jù)WBS工作包的構(gòu)件代碼定義WBS節(jié)點的屬性參數(shù)。計劃編制完成后，在BIM管理平臺中上傳進度計劃的mpp格式文件，并批量關(guān)聯(lián)基于相同WBS工作包邏輯規(guī)則下的模型構(gòu)建與進度計劃。

5.3 施工模擬

構(gòu)件關(guān)聯(lián)后，可通過虛擬施工動畫預覽的方式（見圖2），檢查施工進度計劃是否滿足約束條件、是否達到最優(yōu)狀況，并在此基礎(chǔ)上進行優(yōu)化調(diào)整[8]。通過施工模擬與進度計劃表相結(jié)合的方式，展示進度計劃表中各分項的邏輯關(guān)系及某一分項滯后可能產(chǎn)生的相應影響，有助于施工交底和現(xiàn)場協(xié)調(diào)。

5.4 信息填報

各分項工程的現(xiàn)場技術(shù)員根據(jù)現(xiàn)場實際完成情況定期通過移動終端（見圖3）錄入WBS工作包的實際完成工程量及相應的起始、完成時間，數(shù)據(jù)將自動同步至實際施工進度模型中。

圖2 施工進度模擬Fig.2Simulation of construction progress

圖3 移動終端信息填報Fig.3Data inputting by mobile device

通過移動終端上傳現(xiàn)場施工照片，也可自動與構(gòu)件相關(guān)聯(lián)，進行分類存檔。對于現(xiàn)場的質(zhì)量、安全問題，同樣可以通過移動終端錄入WBS工作包與構(gòu)件相關(guān)聯(lián)，落實整改責任人并對整改責任人的移動終端進行信息推送。

6 應用點分析

6.1 可視化施工交底

依托BIM平臺進行可視化施工交底，可以展現(xiàn)二維圖紙無法清晰表達的三維模型的結(jié)構(gòu)交界面，加深技術(shù)人員對設(shè)計圖紙的理解。并通過施工模擬動畫預覽的方式清晰直觀地展示總體施工步驟及進度計劃安排。以樁間拋石為例：共有4層，包括1層堤心石、2層護面塊石以及1層混凝土護面塊體，通過BIM模型可以清晰地展現(xiàn)每層石料或混凝土護面塊體的拋填或擺放次序，以及每層之間的標高邊界，有助于保證現(xiàn)場按照施工方案及進度計劃進行實施。

6.2 關(guān)鍵線路分析

結(jié)合進度計劃，BIM平臺自動分析關(guān)鍵線路，并將與之對應的構(gòu)件高亮顯示。隨著現(xiàn)場施工的進展，實際進度模型可以直觀地展示滯后的分項工程，并通過施工模擬查看工作面的分配情況，分析是否存在相互干擾導致進度滯后。在分析加快施工進度措施時，同樣可以通過施工進度模擬進行分析研究該措施的可行性以及關(guān)鍵線路是否變化對其它工序產(chǎn)生影響。以鋼管樁施工為例，原計劃采用400 t頂升平臺進行沉樁，但是施打了7列樁后發(fā)現(xiàn)實際工效不足2根/d，遠落后于進度計劃安排，并影響后續(xù)樁間拋石的施工開展。因此通過技術(shù)研發(fā)，引入了步履式液壓頂推平臺進行施工，實際工效達到4根/d，此時制約樁間拋石施工推進的主要原因變化為夾樁的施工，則現(xiàn)場需要采取相應的措施加快夾樁施工。

6.3 HSEQ管理

通過將質(zhì)量、安全問題與進度模型構(gòu)件的相關(guān)聯(lián)，可以協(xié)助分析總結(jié)質(zhì)量、安全的通病，并預測隱患部位。以沉箱安裝為例，其質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在其井格內(nèi)壁的蜂窩、麻面、裂縫等混凝土質(zhì)量問題，通過BIM平臺記錄相關(guān)的質(zhì)量問題評估分析與整改措施等技術(shù)文件，并跟蹤指定的整改責任人盡快完成整改，同時也引導質(zhì)檢部加強對沉箱預制時相應混凝土質(zhì)量控制的監(jiān)督。

6.4 越冬防護設(shè)計

由于該碼頭施工區(qū)域受地中海區(qū)域中長周期波影響，涌浪作用明顯，冬季極端最大波高可達12 m，且碼頭結(jié)構(gòu)施工時，工程防波堤還未能形成掩護，因此入冬之前需要對已完成的永久結(jié)構(gòu)進行防護，降低安全風險。根據(jù)現(xiàn)場實際進度信息的填報，更新施工進度模擬，可以對入冬前結(jié)構(gòu)完成的形態(tài)尤其是鋼管樁施工和樁間拋石的施工狀態(tài)進行預測，有助于越冬防護方案的準確設(shè)計與優(yōu)化。

7 結(jié)語

1）BIM技術(shù)在復雜碼頭結(jié)構(gòu)施工可視化進度管理中的應用，通過可視化的施工進度模擬直觀清晰地展示設(shè)計模型及工序安排，并預測實際越冬防護時主體結(jié)構(gòu)的施工狀態(tài)，有助于現(xiàn)場施工的有序開展、工序搭接的協(xié)調(diào)以及防護方案的設(shè)計，同時協(xié)同了質(zhì)量、安全問題的整改和預防，提升了項目整體施工管理水平，優(yōu)化了資源整合情況，取得了一定的成效。

2）BIM技術(shù)在施工管理的成本產(chǎn)值、變更索賠、物資設(shè)備等方面有著很廣泛的應用空間，需要進一步加強對BIM技術(shù)在施工管理中的應用研究，提升水運工程行業(yè)整體管理水平。

[1]望毅，李銀發(fā).BIM技術(shù)在港口工程數(shù)字建造中的應用探索[J].武漢勘察設(shè)計，2016（1）：35-38. WANG Yi,LI Yin-fa.Study on application of BIM technology used in digitized port construction[J].Wuhan Investigation&Design, 2016(1):35-38.

[2]張冬樓.港口碼頭施工模擬BIM技術(shù)應用探討[J].珠江水運，2016（12）：76-77. ZHANG Dong-lou.Study on application of BIM technology used in simulation of port wharf construction[J].Pearl River Water Transport,2016(12):76-77.

[3]滿慶鵬，李曉東.基于普適計算和BIM的協(xié)同施工方法研究[J].土木工程學報，2012（S2）：311-315. MAN Qing-peng,LI Xiao-dong.Collaborative construction based on ubiquitous computing and BIM[J].China Civil Engineering Journal,2012(S2):311-315.

[4]張建平，李丁，林佳瑞，等.BIM在工程施工中的應用[J].施工技術(shù)，2012（16）：10-17. ZHANG Jian-ping,LI Ding,LIN Jia-rui,et al.Application of BIM in engineering construction[J].Construction Technology,2012(16): 10-17.

[5]紀凡榮，曲娣，尚方劍.BIM情景下的可視化工程進度管理研究[J].建筑經(jīng)濟，2014（10）：40-43. JI Fan-rong,QU Di,SHANG Fang-jian.Study on visualization of constructionschedulemanagementunderBIM scenarios[J]. Construction Economy,2014(10):40-43.

[6]程建華，王輝.項目管理中BIM技術(shù)的應用與推廣[J].施工技術(shù)，2012（16）：18-21，60. CHENG Jian-hua,WANG Hui.Application and popularization of BIM technology in project management[J].Construction Technology, 2012(16):18-21,60.

[7]翟世鴻，陳富強，黃睿奕，等.港口碼頭施工模擬BIM技術(shù)應用研究[J].湖南城市學院學報：自然科學版，2015（2）：68-71. ZHAI Shi-hong,CHEN Fu-qiang,HUANG Rui-yi,et al.Study on the application of BIM technology simulated in the construction of wharfs[J].Journal of Hunan City University:Natural Science,2015 (2):68-71.

[8]孫中梁，馬海賢，胡偉.基于BIM可視化技術(shù)的施工進度管理[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2016（3）：27-30. SUN Zhong-liang,MA Hai-xian,HU Wei.Construction schedule management based on BIM visualization technology[J].Railway Technical Innovation,2016(3):27-30.

Application of BIM technology in the visual schedule management of complicated wharf structure construction

WU Zun-qi1,DUAN Chang2,HUANG Rui-yi3,TAO Ran4*
（1.CCCC-FHDI Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510230,China;2.CCCC Second Harbour Engineering Co., Ltd.,Wuhan,Hubei 430012,China;3.CCCC Second Harbour Engineering Co.,Ltd.,National Enterprise Technology Center, Wuhan,Hubei 430040,China;4.China Harbour Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100027,China）

With the trend of BIM technology being extensively applied in construction engineering,considering the technical characteristics and management demands of port engineering,we deployed the application of BIM technology in visual schedule management based on a construction project of beam-slab high piled wharf with caisson structure,and analyzed and studied the application results,which is valuable for popularization.

BIM technology;complicated wharf structure construction;visualization;schedule management of construction

U655

A

2095-7874（2017）07-0022-05

10.7640/zggwjs201707005

2016-11-16

吳遵奇（1973—），男，福建平潭人，碩士，高級工程師，從事港口工程設(shè)計與施工項目管理工作。*通訊作者：陶然，E-mail：rtao@chec.bj.cn