俞元洪 余朝偉 徐亞飛

(浙江省圍海建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江 寧波 315000)

引江濟(jì)淮工程江淮溝通段施工J007-2標(biāo)段地質(zhì)條件較差，以膨脹土、崩解巖為主，遇水易軟化，如何快速施工減少膨脹土和崩解巖遇水軟化帶來的滑坡風(fēng)險(xiǎn)是本工程施工成敗的關(guān)鍵，為了確保項(xiàng)目按時(shí)、保質(zhì)、安全完成，并達(dá)到高效、節(jié)約的目的，在江淮溝通段施工J007-2標(biāo)段項(xiàng)目管理中應(yīng)用了BIM技術(shù)。

1 項(xiàng)目概況

引江濟(jì)淮工程是國(guó)務(wù)院確定的172項(xiàng)節(jié)水供水重大水利工程的標(biāo)志性工程之一，是一項(xiàng)跨流域、跨省的重大戰(zhàn)略性水資源配置和綜合利用工程，以城鄉(xiāng)供水和發(fā)展航運(yùn)為主，結(jié)合灌溉補(bǔ)水，同時(shí)對(duì)巢湖及淮河的水生態(tài)環(huán)境起到改善作用。引江濟(jì)淮工程作為一項(xiàng)大型調(diào)水工程，連通長(zhǎng)江、淮河兩大水系，從長(zhǎng)江的下游上段引水，向淮河的中游地區(qū)補(bǔ)水，引水流量300m3/s，入淮流量280m3/s。

引江濟(jì)淮工程輸水干線長(zhǎng)度為723km，自南向北劃分為引江濟(jì)巢、江淮溝通、江水北送三段。其中江淮溝通段施工J007-2標(biāo)段總長(zhǎng)2.40km，項(xiàng)目包含渠道土石方開挖及邊坡防護(hù)、新建連通渠及控制閘、棄渣場(chǎng)水土保持等工作內(nèi)容。渠道設(shè)計(jì)底寬60m，渠道坡口最寬處357m，渠道最大開挖深度46m，為引江濟(jì)淮開挖深度之最，渠道土石方開挖總工程量為1800萬m3；邊坡共分8級(jí)，每6m高度設(shè)置一個(gè)平臺(tái)，共設(shè)置7個(gè)平臺(tái)；巖質(zhì)邊坡坡比1∶2，土質(zhì)邊坡坡比1∶3；項(xiàng)目總工期為四年。

2 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

BIM(Building Information Modeling)技術(shù)，是一種利用數(shù)字信息進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理的方法，根據(jù)數(shù)字地形、施工設(shè)計(jì)圖紙，創(chuàng)建工程技術(shù)參數(shù)模型，集成工程項(xiàng)目的相關(guān)信息。該技術(shù)支持工程管理的各個(gè)環(huán)節(jié)，在工程建設(shè)過程中不斷補(bǔ)充完善相關(guān)信息，為工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理單位提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，可以在工程建設(shè)整個(gè)過程中起到提高工作效率、縮短建設(shè)工期、節(jié)約工程成本的作用[1]。通過BIM技術(shù)，能直觀展示施工中的難題并進(jìn)行有效的分析，提高工程施工管理水平。BIM技術(shù)在施工應(yīng)用方面，主要有以下特點(diǎn)。

2.1 可視性——施工技術(shù)交底可視化

BIM技術(shù)利用3D圖像構(gòu)建模型，基于BIM模型，可以將抽象的二維圖紙以虛擬仿真漫游動(dòng)畫形式展現(xiàn)出來，例如施工圖紙中，個(gè)別構(gòu)配件的信息在圖紙上只由線條表達(dá)，但其實(shí)體形狀需要施工作業(yè)人員自行想象，對(duì)于簡(jiǎn)單的構(gòu)配件沒有什么困難，對(duì)復(fù)雜的造型難以思考全面，BIM通過可視化的三維形式使構(gòu)筑物清晰展示出來，設(shè)計(jì)的建筑物具有“所見即所得”的效果，實(shí)現(xiàn)施工技術(shù)交底在可視化狀態(tài)下進(jìn)行，使施工作業(yè)人員能夠充分理解設(shè)計(jì)意圖，同時(shí)方便技術(shù)人員了解工程項(xiàng)目中存在的難點(diǎn)，為施工技術(shù)方案進(jìn)行更好的溝通、討論與決策創(chuàng)造條件，從而提高施工管理水平。

2.2 模擬性——施工方案模擬及優(yōu)化

與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)不同的是，在BIM 技術(shù)的支撐下，可進(jìn)行施工方案模擬。根據(jù)制定的工程施工組織設(shè)計(jì)方案，以及項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃中的工序安排及時(shí)間安排，再根據(jù)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)特征構(gòu)建施工模型，從而實(shí)現(xiàn)建筑物的模擬施工，管理人員能夠掌握施工過程中存在的問題及難點(diǎn)，并對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化，及時(shí)彌補(bǔ)方案中的不足，為施工方案決策提供有效參考。

2.3 協(xié)調(diào)性——信息的集成與共享

在工程管理中，建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位都在做著相互協(xié)調(diào)和配合的工作。工程項(xiàng)目實(shí)施過程中遇到了問題，就要組織人員開協(xié)調(diào)會(huì)議商量問題的原因及解決方案，傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)會(huì)議是問題出現(xiàn)后再來解決，BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性服務(wù)能夠幫助我們提前處理這種問題。例如引江濟(jì)淮J007-2標(biāo)河渠工程施工范圍內(nèi)存在兩座橋梁，橋梁設(shè)計(jì)與河渠施工設(shè)計(jì)圖紙各自繪制，存在河渠工程管護(hù)道路與橋梁銜接問題，這就是施工過程中常遇到的碰撞問題。BIM 技術(shù)的建筑模型可以在前期對(duì)各種碰撞問題進(jìn)行協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，反饋于實(shí)際施工管理工作中。

3 BIM技術(shù)在工程施工中的應(yīng)用

本項(xiàng)目采用BIM技術(shù),構(gòu)建虛擬施工、施工過程控制以及成本控制的模型，實(shí)現(xiàn)5D模擬(三維+時(shí)間+費(fèi)用)下的施工模型構(gòu)建，保證了模型的可持續(xù)性與一致性，將虛擬施工的各方面與各階段都集成于BIM模型中。

3.1 BIM三維動(dòng)畫在工程施工中的應(yīng)用

3.1.1 工程展示中的應(yīng)用

可視化的BIM三維動(dòng)畫不僅可以用來匯報(bào)和展示，更重要的是，項(xiàng)目建設(shè)過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行，本項(xiàng)目對(duì)實(shí)體建立BIM三維動(dòng)畫(見圖1)，主河渠建模形成可視化漫游，視覺影像非常直觀，得到各界主管部門一致認(rèn)可。

圖1 BIM用于引江濟(jì)淮工程展示

3.1.2 臨時(shí)設(shè)施方案評(píng)審中的應(yīng)用

項(xiàng)目駐地臨時(shí)設(shè)施建設(shè)按照標(biāo)化要求，生活辦公用房采用徽派結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行景觀園林設(shè)計(jì)；由于建設(shè)方案需要通過評(píng)審認(rèn)可，而且時(shí)間緊，項(xiàng)目駐地臨時(shí)設(shè)施設(shè)計(jì)通過BIM建模實(shí)施，各種平立面圖都以3D立體模型、BIM三維動(dòng)畫的形式產(chǎn)出，BIM建立的 3D立體模型即為設(shè)計(jì)結(jié)果，根據(jù)模型形成的漫游動(dòng)畫，直觀地體現(xiàn)項(xiàng)目駐地各部分(見圖2)，項(xiàng)目駐地方案一次性通過評(píng)審；而且建設(shè)工程中根據(jù)模型指導(dǎo)施工，避免了不良地質(zhì)的影響，項(xiàng)目駐地在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)順利完成。

圖2 BIM用于臨時(shí)設(shè)施方案評(píng)審

3.1.3 技術(shù)交底中的應(yīng)用

BIM技術(shù)可以將復(fù)雜的施工工藝通過三維動(dòng)畫演示出來，可直觀地反映各工序之間的順序及空間碰撞關(guān)系，在編制施工方案時(shí)起到輔助作用，并且在施工管理及技術(shù)交底中采用BIM三維動(dòng)畫形式(見圖3)，使管理人員及工人更直觀地認(rèn)識(shí)施工工藝及施工要點(diǎn)。在本項(xiàng)目中形成BIM三維動(dòng)畫的施工方法有“崩解巖渠道開挖六位一體施工工法”“復(fù)雜地基引水箱涵混凝土行走式內(nèi)模施工工法”“格構(gòu)梁式混凝土面板成套機(jī)械施工工法”“崩解巖渠道邊坡錨桿施工工法”，這些施工方法均已被評(píng)為部級(jí)施工工法。

圖3 BIM用于箱涵鋼筋施工技術(shù)交底

3.1.4 工程驗(yàn)收中的應(yīng)用

每個(gè)單位工程完工時(shí)，將工程施工情況形成BIM三維動(dòng)畫，首先通過BIM三維動(dòng)畫模擬進(jìn)行工程介紹，再結(jié)合施工過程的施工順序?qū)⒄w工程在模型中拆分，附加各個(gè)工序施工時(shí)間、施工工藝、施工要點(diǎn)、質(zhì)量驗(yàn)收等情況，并添加施工過程中的影像資料，通過BIM三維動(dòng)畫展示一個(gè)詳細(xì)的施工過程。在小蜀山分干渠連通渠工程驗(yàn)收過程中，通過BIM動(dòng)畫展示，直觀形象清晰地展示了整個(gè)單位工程的施工過程，得到驗(yàn)收單位的一致肯定，單位工程順利通過驗(yàn)收。

3.2 BIM模型在工程施工中的應(yīng)用

3.2.1 BIM模型在造價(jià)管理中的應(yīng)用

BIM建?？梢郧逦?、直觀地展示工程結(jié)構(gòu)，技術(shù)人員通過BIM模型可以充分理解設(shè)計(jì)意圖，同時(shí)可以將項(xiàng)目的各個(gè)工作內(nèi)容、工藝流程等進(jìn)行可視化展示、協(xié)調(diào)、模擬，并以CAD圖紙導(dǎo)出。在本項(xiàng)目施工過程中，由于下渠道路與坡面、坡頂管護(hù)道路(根據(jù)地形高程修建)與坡面屬于三維交叉，二維平面CAD無法準(zhǔn)確反映交叉部位的細(xì)部結(jié)構(gòu)，無法準(zhǔn)確計(jì)算工程量，通過BIM三維建模直觀反映出交叉部位結(jié)構(gòu)形態(tài)，并準(zhǔn)確地計(jì)算出工程量，為嚴(yán)格控制工程造價(jià)提供可靠依據(jù)。另外，將BIM技術(shù)應(yīng)用于造價(jià)中，各階段、各分項(xiàng)內(nèi)容的組成及工藝流程一目了然，可準(zhǔn)確計(jì)算不同階段所需的材料量、勞動(dòng)力和機(jī)械，提高工程造價(jià)及內(nèi)部成本測(cè)算的準(zhǔn)確性。

3.2.2 BIM模型在工程施工進(jìn)度管理中的應(yīng)用

工程項(xiàng)目施工進(jìn)度管理最終目標(biāo)是確保工程按期完成，這就要求在工程建設(shè)過程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制和糾正偏差，以保證實(shí)際施工進(jìn)度符合計(jì)劃進(jìn)度管理的目標(biāo)。將BIM技術(shù)應(yīng)用于工程項(xiàng)目進(jìn)度管理中，項(xiàng)目工程實(shí)際進(jìn)度和各階段形象面貌可以清晰、直觀地展示在BIM三維動(dòng)畫模型中，將計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際施工情況進(jìn)行可視化對(duì)比，項(xiàng)目進(jìn)度對(duì)比一目了然，當(dāng)實(shí)際施工情況與計(jì)劃進(jìn)度不同時(shí)，及時(shí)調(diào)整存在差異的地方，從而提高工程項(xiàng)目施工進(jìn)度控制的能力[2]。

本項(xiàng)目的主河渠土石方開挖施工前，先搭建土石方工程BIM模型，輔助計(jì)算各階段開挖工程量，然后通過土石方開挖工序建模，結(jié)合排水、場(chǎng)內(nèi)道路等各種工況條件，綜合考慮各種施工影響因素，模擬施工順序、土石方開挖設(shè)備數(shù)量及產(chǎn)量，為施工組織安排提供輔助。施工工程中，技術(shù)人員在BIM軟件平臺(tái)上，進(jìn)行進(jìn)度計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)度的可視化動(dòng)態(tài)模擬對(duì)比，供項(xiàng)目進(jìn)度管理時(shí)參考。

3.2.3 BIM模型在安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

在主河渠土石方開挖施工過程中，利用 BIM 技術(shù)的多維可視化、施工模擬的優(yōu)勢(shì)，通過在軟件中建立安全監(jiān)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)工程施工過程的邊坡安全動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)。本項(xiàng)目河道開挖最深處達(dá)46m，為保障河渠邊坡穩(wěn)定，需要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌握其穩(wěn)定性。為此共布置6個(gè)測(cè)管點(diǎn)位，每周進(jìn)行觀測(cè)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用BIM安全監(jiān)測(cè)模型將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、繪制動(dòng)態(tài)圖表，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化及動(dòng)態(tài)模擬邊坡變形的走向。

利用BIM安全監(jiān)測(cè)模型，將工程施工的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳導(dǎo)給BIM 模型上的警示系統(tǒng)，當(dāng)河渠周圍地表沉降、地下水位、土體水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)值超過預(yù)警值時(shí)，BIM 模型上的警示系統(tǒng)判別邊坡的危險(xiǎn)等級(jí)，預(yù)測(cè)邊坡下一步可能出現(xiàn)的變形，同時(shí)發(fā)出警示，項(xiàng)目部根據(jù)警示采取相應(yīng)的措施，調(diào)整施工方案，避免不良地質(zhì)帶來的滑坡風(fēng)險(xiǎn)[3]，確保了土石方開挖施工時(shí)的邊坡安全。

3.3 BIM信息集成在工程施工中的應(yīng)用

BIM 工程管理的核心是將施工過程中的質(zhì)量信息、安全信息錄入BIM軟件中，并將所有報(bào)表、圖紙、材料使用情況、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況隨時(shí)上傳，使BIM模型的構(gòu)件中具有質(zhì)量、安全等信息，此外還附加了二維碼識(shí)別圖紙的功能，方便現(xiàn)場(chǎng)人員利用終端設(shè)備查找檔案。信息有四部分，包括時(shí)間信息、坐標(biāo)信息、記錄信息和處理信息。

3.3.1 工程材料信息的集成與共享

在基于 BIM 的材料管理中，由材料員將材料管理的全過程信息進(jìn)行記錄，包括各項(xiàng)材料的合格證、質(zhì)量保證書、出廠檢測(cè)報(bào)告等信息，并與構(gòu)件部位進(jìn)行關(guān)聯(lián)。質(zhì)檢人員可以通過BIM開展材料信息的審核工作，并將抽樣送檢的材料部位在模型中進(jìn)行標(biāo)注，使材料管理信息更準(zhǔn)確、具有可追溯性。

3.3.2 工程質(zhì)量信息的集成與共享

將BIM模型與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況相對(duì)比，將現(xiàn)場(chǎng)檢查得到的相關(guān)信息關(guān)聯(lián)到BIM模型，詳細(xì)記錄現(xiàn)場(chǎng)檢查內(nèi)容，便于統(tǒng)計(jì)與日后復(fù)查。通過BIM軟件系統(tǒng)，報(bào)驗(yàn)申請(qǐng)方將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)后可自動(dòng)生成報(bào)驗(yàn)申請(qǐng)表，BIM軟件系統(tǒng)平臺(tái)上可設(shè)置相應(yīng)責(zé)任者審核、簽認(rèn)實(shí)時(shí)短信提醒，審核后及時(shí)簽認(rèn)。該模式下，可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、流程化信息的錄入與流轉(zhuǎn)，提高報(bào)驗(yàn)審核信息流轉(zhuǎn)效率。BIM軟件系統(tǒng)的質(zhì)量管理流程見圖4。

圖4 質(zhì)量管理流程

3.3.3 工程地質(zhì)信息的集成與共享

本項(xiàng)目主河渠均為巖土混合邊坡，其上部為膨脹土、下部為崩解巖，地質(zhì)較差。河渠開挖深度較大，不良地質(zhì)分布范圍廣。隨著工程的不斷推進(jìn)，從現(xiàn)場(chǎng)開挖揭露的巖質(zhì)邊坡來看，左岸地質(zhì)巖層產(chǎn)狀多為順坡向緩傾角，且?guī)r層地質(zhì)裂隙、層面及泥巖夾層較多，邊坡滲水點(diǎn)較多，揭露后呈現(xiàn)的地質(zhì)情況對(duì)邊坡穩(wěn)定極為不利。邊坡施工完成后，邊坡的地質(zhì)情況及滲水都會(huì)被覆蓋，為了建立長(zhǎng)期的工程地質(zhì)檔案，施工開挖揭露以后，項(xiàng)目部對(duì)地質(zhì)巖層產(chǎn)狀及滲水情況全部記錄并附加在BIM模型之中。在施工過程中，由于不良地質(zhì)、不利的水文條件等共同作用，局部區(qū)域出現(xiàn)滑動(dòng)傾向，設(shè)計(jì)單位對(duì)局部不良地質(zhì)采取加固處理。通過施工期的BIM多維安全監(jiān)測(cè)模型以及BIM不良地質(zhì)信息的三維圖形展示，需加固處理的部位清晰可見，從而將同一不良地質(zhì)問題一次性得到解決。

3.3.4 工程成本相關(guān)信息的集成與共享

BIM技術(shù)有著強(qiáng)大的建模、三維動(dòng)畫、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理以及計(jì)算能力，借助BIM技術(shù)能夠有效地控制工程項(xiàng)目成本。在施工前，通過BIM技術(shù)建立三維模型數(shù)據(jù)庫，BIM模型中關(guān)聯(lián)項(xiàng)目施工勞動(dòng)力需求計(jì)劃、機(jī)械設(shè)備的需求計(jì)劃、主要材料的需求計(jì)劃；在施工中，對(duì)使用的建筑材料、施工人員及施工設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集，將搜集到的與成本相關(guān)的所有信息關(guān)聯(lián)到BIM模型。BIM技術(shù)分析過程中經(jīng)數(shù)字化模擬對(duì)施工過程中存在的材料、勞動(dòng)力與設(shè)備的無效損耗和浪費(fèi)等進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，通過BIM軟件系統(tǒng)分析評(píng)估所提出的優(yōu)化措施對(duì)項(xiàng)目施工作出合理化的調(diào)整，以降低工程項(xiàng)目的施工成本[4]。

4 結(jié) 語

BIM技術(shù)在項(xiàng)目的施工階段有著非常重要的作用，使用BIM 技術(shù)指導(dǎo)施工，能夠提前發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目存在的問題及難點(diǎn)，對(duì)控制施工進(jìn)度、確保施工質(zhì)量及安全、優(yōu)化人材機(jī)的無效損耗以及不良地質(zhì)的安全監(jiān)測(cè)等起到很好的指導(dǎo)作用；雖然目前我國(guó)BIM技術(shù)應(yīng)用仍處于初級(jí)階段，但未來BIM技術(shù)將成為工程施工中一個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié)，隨著BIM技術(shù)的不斷進(jìn)步以及推廣使用，將為工程建設(shè)帶來新的管理提升。