蘆志強，蘇東升，崔峰

（中交水運規(guī)劃設(shè)計院有限公司，北京 100007）

1 研究背景

交通運輸部“十三五”科技規(guī)劃將BIM技術(shù)推廣列入重點工作之一。目前，各省市對BIM技術(shù)應(yīng)用開展了相應(yīng)探索，如上海中心大廈、深中通道、深圳前海、北京城市副中心、北京中國尊等項目應(yīng)用[1-5]。2016年，交通運輸部將某港區(qū)集裝箱碼頭6—10號泊位項目列入標準化示范項目。借此契機，建設(shè)單位對此項目6號及7號泊位開展BIM綜合應(yīng)用探索，實現(xiàn)BIM技術(shù)在設(shè)計施工一體化管理中的特有價值。

該項目擬新建2個20萬噸級和3個15萬噸級專業(yè)化集裝箱泊位（碼頭水工結(jié)構(gòu)兼顧20萬噸級），碼頭岸線總長2 150 m，通過6座引橋與堆場相連，設(shè)計年通過能力430萬TEU，工程總投資79億元。本次BIM技術(shù)應(yīng)用的工程范圍為6號、7號泊位（第1至第13結(jié)構(gòu)段）碼頭平臺、7—8號引橋，內(nèi)容包括水工結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)備、地質(zhì)、電氣、給排水以及水上建構(gòu)筑物等。

2 應(yīng)用目標

2.1 總體目標

通過BIM技術(shù)在本項目設(shè)計與施工過程中的一體化應(yīng)用，滿足業(yè)主方和項目管理團隊進行動態(tài)項目管理的需求，實現(xiàn)項目數(shù)字化管理、提升項目建造品質(zhì)，為碼頭數(shù)字化運營創(chuàng)建應(yīng)用平臺、提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、預(yù)留擴展接口，打造全生命期BIM在水運工程應(yīng)用的示范工程。

2.2 主要內(nèi)容

實施內(nèi)容分為四部分，建立BIM設(shè)計模型、搭建BIM應(yīng)用平臺、實施施工過程BIM管理、提煉標準規(guī)范。

1）設(shè)計建模及優(yōu)化，形成設(shè)計模型：建立工程范圍內(nèi)各專業(yè)設(shè)計BIM模型，通過優(yōu)化和深化設(shè)計，預(yù)判實施風(fēng)險。

2）平臺開發(fā)和標準制定，形成協(xié)同工作機制：開發(fā)數(shù)字化移交平臺，實現(xiàn)施工階段的“讀、寫、查、批”等管理功能；制定各階段工作規(guī)則，統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換格式，實現(xiàn)各應(yīng)用階段內(nèi)的橫向協(xié)同以及兩個階段之間的縱向協(xié)同。

3）施工配合及過程管理，形成竣工模型：施工單位在設(shè)計模型的基礎(chǔ)上，利用數(shù)字化移交平臺，不斷深化和應(yīng)用BIM模型，在進度、質(zhì)量和費用管理等方面開展探索性應(yīng)用，提高工程建設(shè)品質(zhì)。

4）實施效果評估，形成項目或企業(yè)規(guī)范：BIM技術(shù)是一套社會技術(shù)體系，需要各參與者遵循一定規(guī)則，充分發(fā)揮潛在價值。通過應(yīng)用效果分析，對實施過程中有益做法進行總結(jié)，提煉升華技術(shù)成果。

3 研究成果及實施效果

3.1 設(shè)計建模與應(yīng)用

1）各專業(yè)模型

設(shè)計階段分別建立地質(zhì)、結(jié)構(gòu)、電氣、給排水、裝卸工藝的分裝模型，實現(xiàn)了各專業(yè)設(shè)計成果和地質(zhì)條件的三維可視化。特別是創(chuàng)建了水工結(jié)構(gòu)配筋模型，對樁、樁帽、節(jié)點、縱橫梁等進行三維配筋，配筋結(jié)構(gòu)直觀可見，鋼筋量統(tǒng)計方便快捷，深化了三維設(shè)計成果。

2）整合模型

為了實施各專業(yè)碰撞檢查，提前發(fā)現(xiàn)工程實施風(fēng)險，需要將各專業(yè)設(shè)計模型組裝為一個整體，分別對各專業(yè)間的互提條件和空間布置進行檢查復(fù)核。模型組裝如圖1所示。

圖1 組裝模型Fig.1 Assembly model

3）模型應(yīng)用

利用整合模型，在設(shè)計階段開展了整合檢查、沖突檢測與管線綜合、工程量復(fù)核、二維出圖等應(yīng)用，為消除實施風(fēng)險、提高設(shè)計質(zhì)量發(fā)揮了一定的作用。

通過剖切整合模型，生成平面、立面、剖面等二維圖形，核對建筑和結(jié)構(gòu)的構(gòu)件在平面、立面、剖面位置是否一致，以消除設(shè)計中不統(tǒng)一的錯誤。

實施了基樁碰撞檢查、沉樁碰船檢查和管線孔洞支撐檢查，見圖2。

圖2 碼頭基樁碰撞檢查Fig.2 Collision inspection of wharf pile foundation

通過BIM模型提取相應(yīng)部位工程量，采用C#語言編寫程序，對BIM模型進行工程量統(tǒng)計和復(fù)核，工程量清單復(fù)核表，為計劃和計量提供輔助參考，見圖3。

圖3 工程量統(tǒng)計Fig.3 Quantity statistics

在建立完成的三維模型基礎(chǔ)上抽取二維圖紙。將建立好的BIM進行輕量化導(dǎo)出，將幾何模型和屬性數(shù)據(jù)進行分離，同時將模型轉(zhuǎn)換為可以在控件上展示的模型。

3.2 施工交底與配合

可視化設(shè)計成果在施工技術(shù)交底中的價值非常明顯，在交流和處理技術(shù)問題時，大幅提高溝通效率和精準度。

另外，針對高樁碼頭沉樁施工的設(shè)計配合過程，本項目開發(fā)了樁基與地質(zhì)的聯(lián)動模型，該模型能夠直觀查詢樁基在各個土層中的入土深度，實現(xiàn)了樁基承載力自動計算，通過與設(shè)計樁力自動比對，輸出比對結(jié)果和相關(guān)參數(shù)的取值，內(nèi)置于BIM工作平臺中，為設(shè)計代表決策沉樁停錘提供參考數(shù)據(jù)，可用于沉樁的施工配合全過程。具體應(yīng)用為：

1）顯示或查詢每根基樁內(nèi)力設(shè)計值。

2）剖切基樁和地質(zhì)的組合模型任意斷面，顯示各土層層位信息和側(cè)摩阻、端阻力數(shù)據(jù)、基樁位置信息。

3）計算已沉基樁實際承載力，程序自動與樁力設(shè)計值比對，給出檢驗結(jié)果，為設(shè)計代表提供決策支持。

4）對任意基樁的任意入土深度，程序自動計算承載力設(shè)計值。為設(shè)計代表解決異常沉樁情況提供快速數(shù)據(jù)支持。

3.3 平臺功能設(shè)計與開發(fā)

數(shù)字化移交平臺是將設(shè)計模型無損傳遞到施工階段并實施過程管理的重要載體。該平臺針對BIM開發(fā)了“讀”、“寫”、“查”、“批”等功能，集成BIM模型、進度、質(zhì)量、圖紙、人員等信息，通過權(quán)限和流程設(shè)置，實現(xiàn)施工過程中的進度、質(zhì)量、費用的過程管理。

該系統(tǒng)采用前后臺分離的架構(gòu)編寫，有效簡化了系統(tǒng)邏輯關(guān)系，提升了開發(fā)效率。系統(tǒng)前臺圖形界面基于Untiy3d平臺構(gòu)建，采用異步加載技術(shù)，有效解決了大容量的模型文件讀取過程中造成的使用卡頓問題。同時，應(yīng)用多線程技術(shù)，使后臺運行于單獨的線程上，集中處理比較耗時的文件讀取工作和前臺提交的異步請求，充分發(fā)揮了現(xiàn)代多核心CPU的效能。此外，后臺采用面向接口編程技術(shù)，提升了系統(tǒng)的可擴展性，使系統(tǒng)通過少量的開發(fā)工作，即可較快地切換多種數(shù)據(jù)源。

本數(shù)字化平臺取Bentley平臺[6]及Unity3D[7]各家技術(shù)之長，將模型與應(yīng)用的深度融合，實現(xiàn)的系統(tǒng)功能包括工程概況、綜合查詢、進度管理、費用管理、質(zhì)量管理和系統(tǒng)維護。主界面如圖4所示。

圖4 數(shù)字化移交平臺主界面Fig.4 Digital transfer platform main interface

1）綜合查詢

針對模型可實現(xiàn)整體模型查詢、專業(yè)模型查詢、典型構(gòu)件和典型節(jié)點查詢，通過選擇時間節(jié)點和查詢條件，將查詢結(jié)果顯示在模型和數(shù)據(jù)框中，相應(yīng)信息也可下載打印。

2）進度管理

通過交互4個時間參數(shù)：計劃開始時間、計劃完成時間、實際開始時間及實際完成時間，將BIM設(shè)計模型與施工進度掛接，進行施工進度分析和管理。

3）質(zhì)量管理

本項目質(zhì)量管理包括沉樁偏差管理、構(gòu)件安裝偏差管理、碼頭水工建筑物的變形觀測以及樁基檢測管理。質(zhì)量偏差以報警彈窗與高亮模型方式顯示，實現(xiàn)項目質(zhì)量信息集成。

4）費用管理

通過錄入構(gòu)件信息，可查詢施工作業(yè)模型中已完成構(gòu)件工程量信息，并自動統(tǒng)計工程量清單，形成報表。同時，將滿足合同約定的計量、計價規(guī)范要求的價格測算分攤至各施工構(gòu)件，利用工程量統(tǒng)計的結(jié)果，自動統(tǒng)計不同時期進度款參考值，為進度款支付提供決策支持。

3.4 相應(yīng)標準制定

在本項目的實踐過程中，從過程管理與成果控制等方面，衍生出諸多值得記錄及借鑒的書面材料。經(jīng)過多輪歸納、總結(jié)、篩選后，形成了BIM實踐不同階段的相應(yīng)標準，包括《設(shè)計階段BIM實施導(dǎo)則》、《BIM建模標準》、《BIM成果交付標準》等，從頂層構(gòu)建了適應(yīng)自身發(fā)展的BIM體系架構(gòu)。

4 收獲與體會

4.1 選擇適宜的軟件

搭建軟硬件環(huán)境是實現(xiàn)BIM應(yīng)用目標的基本條件。目前軟件技術(shù)和工程管理體制下，短期內(nèi)很難實現(xiàn)全生命期BIM應(yīng)用。本項目設(shè)計建模選用Bentley系列產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)軟件間數(shù)據(jù)無損傳遞和輕量化應(yīng)用，達到復(fù)核二維設(shè)計成果、輔助深化設(shè)計方案、提前發(fā)現(xiàn)并解決復(fù)雜技術(shù)問題的目的。

4.2 制定實用的規(guī)則

本項目制定了工作流程、模型層級、文件命名、建模標準等行為規(guī)則，復(fù)用性較強的元件創(chuàng)建規(guī)則，跨階段應(yīng)用的模型唯一ID編碼規(guī)則，提高了模型創(chuàng)建效率，為模型應(yīng)用和傳遞奠定了溝通基礎(chǔ)，為施工過程管理和后續(xù)數(shù)據(jù)應(yīng)用創(chuàng)造了一致性的規(guī)范條件。

4.3 開展針對性開發(fā)

目前水運工程BIM應(yīng)用尚處于起步探索階段，本項目二次開發(fā)的指導(dǎo)思想是“有所為、有所不為”，針對建模效率、數(shù)據(jù)傳遞等問題，開展了構(gòu)件快速布置、樁基承載力計算、移交平臺開發(fā)方面的探索，突出問題導(dǎo)向，效果顯著。

5 結(jié)語

該項目的BIM應(yīng)用是BIM在水運行業(yè)的一次新突破。

1）建模規(guī)范，應(yīng)用點多。對設(shè)計模型的層級劃分、ProjectWise協(xié)同平臺的運用、元件庫的建立及構(gòu)件編碼等方面進行了研究，實現(xiàn)了模型整合、碰撞檢測、設(shè)計二維抽圖、三維地質(zhì)建模、三維配筋建模及工程量復(fù)核等方面的應(yīng)用。

2）二次開發(fā)應(yīng)用深入。結(jié)合實際需要開發(fā)了快速放置構(gòu)件、樁基承載力自動計算等程序，開發(fā)了數(shù)字化移交平臺。

3）總體實施效果良好。從實施效果來看，穩(wěn)定提升了設(shè)計成果質(zhì)量，提高工作效率15%以上，施工管理的可視化、信息集成度、響應(yīng)及時性大幅提升。

目前，BIM在水運行業(yè)應(yīng)用還處于起步階段，隨著BIM在水運行業(yè)的普及范圍逐步擴大，如何降低建設(shè)和運維成本，實現(xiàn)全生命期BIM應(yīng)用，將成為發(fā)展新階段需要重點考慮的問題。