魏玲

（棗莊市港航和機(jī)場(chǎng)建設(shè)發(fā)展中心，山東 棗莊 277800）

船閘工程具有涉及專業(yè)多、施工周期長(zhǎng)、交叉施工多、協(xié)調(diào)工作量大等特點(diǎn)，施工難度與復(fù)雜程度相對(duì)較高?，F(xiàn)將廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)領(lǐng)域的BIM 技術(shù)引入船閘工程建設(shè)管理中，對(duì)優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)、減少返工與整改、提高工程質(zhì)量和生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期等具有重要作用。

1 項(xiàng)目概況

擬建船閘建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為Ⅱ級(jí)，與現(xiàn)有船閘軸線距離89 米，有效尺度為230 米×23 米×5 米（長(zhǎng)度×寬度×門檻水深），設(shè)計(jì)年單向通過(guò)能力2900 萬(wàn)噸，上游引航道采用“直線進(jìn)閘、曲線出閘”，兩閘共用引航道；下游引航道采用“曲線進(jìn)閘、直線出閘”，與原船閘分設(shè)引航道，下游靠船墩布置在兩閘引航道之間，兩閘共用靠船墩。項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容包括船閘主體工程、上下游導(dǎo)靠航建筑物、上游導(dǎo)航段橋梁改建、跨兩線船閘交通橋及防洪大堤退建等配套和附屬設(shè)施。

2 項(xiàng)目特點(diǎn)與控制目標(biāo)

2.1 項(xiàng)目特點(diǎn)分析

（1）工期緊張。項(xiàng)目計(jì)劃工期36 個(gè)月，要完成土地征遷、棄土區(qū)選用、管理區(qū)臨時(shí)堤防建設(shè)與拆除、工程施工、交工驗(yàn)收、船閘調(diào)試等工作，與水利、國(guó)土等部門協(xié)調(diào)工作量大，建設(shè)內(nèi)容多，施工周期長(zhǎng)。

（2）施工難度大。項(xiàng)目包括水工、電氣、金屬結(jié)構(gòu)、堤防、橋梁、房建等多個(gè)專業(yè)；一線船閘與擬建船閘共用下游引航道，施工的同時(shí)不能影響正常通航，施工空間狹窄；混凝土結(jié)構(gòu)物高度為十至二十米，存在大量的大體積混凝土施工和高大模板安裝與拆裝；項(xiàng)目分成兩個(gè)標(biāo)段，交叉施工較多。

引入BIM 技術(shù)將為工程項(xiàng)目信息化提供有力的技術(shù)支持，使得項(xiàng)目建設(shè)實(shí)現(xiàn)可視化、信息協(xié)同化，促進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量和管理水平的提升[1]。

2.2 項(xiàng)目控制目標(biāo)

以施工圖為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)工程數(shù)據(jù)信息進(jìn)行三維立體建模和模擬分析，向參建單位提供直觀、可視的模擬施工場(chǎng)景，在一定程度上克服了二維圖紙的抽象性造成的參建各方的識(shí)圖差異，促進(jìn)各方對(duì)項(xiàng)目信息的了解和認(rèn)同，有利于統(tǒng)一交流意圖，減少審閱時(shí)間；通過(guò)模擬工程施工過(guò)程，預(yù)測(cè)可能存在的問(wèn)題，提前考慮調(diào)整方案和應(yīng)對(duì)措施，避免返工造成的人財(cái)物浪費(fèi)，為開展施工圖繪審、工程量復(fù)核、施工方案編制、施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等提供高效的技術(shù)支撐。

3 BIM 技術(shù)在船閘施工中的應(yīng)用

3.1 總體實(shí)施方案

結(jié)合船閘工程的重點(diǎn)難點(diǎn)分析，利用 Revit、3dMax等建模軟件對(duì)閘門、閘室、閘首、浮式系船柱等復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行3D 建模，利用Navisworks、Lumion6.0 進(jìn)行碰撞檢測(cè)、4D 模擬施工、應(yīng)力分析（見(jiàn)圖1）、動(dòng)畫演示等，建立可視的施工流程與施工情境，輔助調(diào)整優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高項(xiàng)目數(shù)字化水平。

圖1 閘室結(jié)構(gòu)與閘門應(yīng)力分析

尤其是重點(diǎn)工藝工序、新型施工工藝及交叉施工，制定專項(xiàng)施工方案是保證工程順利實(shí)施的基本條件。通過(guò)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行精細(xì)化模擬，檢測(cè)施工工序、高程控制、作業(yè)時(shí)間與空間等是否準(zhǔn)確合理，對(duì)工程中可能出現(xiàn)的影響工程質(zhì)量的因素以及可能存在的安全隱患進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)通過(guò)BIM 輔助調(diào)整和完善施工方案的目的[2]。

3.2 具體應(yīng)用實(shí)例

3.2.1 閘室墻浮式系船柱施工

結(jié)合閘室墻施工，浮式系船柱采用可組裝的鋼支模施工法，定制的內(nèi)芯模板外緣線與鋼構(gòu)件內(nèi)緣線一致，通過(guò)鋼構(gòu)件與內(nèi)芯鋼模的可靠連接，且與墻身大模板連成整體（見(jiàn)圖2），進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一次性澆筑，實(shí)現(xiàn)與閘室墻身同時(shí)施工。浮式系船柱槽處結(jié)構(gòu)較薄，精度要求高，工程建成后浮式系船柱上下不順暢是常見(jiàn)的質(zhì)量通病。

圖2 浮式系船柱鋼模板

通過(guò)Revit 精細(xì)化建模，并進(jìn)行三維可視化模擬和受力驗(yàn)算，采用組合式定型鋼模板，搭配定型支撐架定位可拆卸鋼木結(jié)構(gòu)定位系統(tǒng)，提高了模板安裝精度，優(yōu)化了施工工藝，解決了浮式系船柱質(zhì)量通病[3]。施工完成后，與傳統(tǒng)鋼模結(jié)構(gòu)相比，單段墻體進(jìn)度加快3 天，節(jié)省工期36 天，費(fèi)用大為減少。

3.2.2 下游靠船墩施工

下游導(dǎo)航及靠船建筑物設(shè)計(jì)方案中，一線船閘與新建船閘共用下游靠船墩，原靠船墩全部拆除后重建。原設(shè)計(jì)采用土圍堰進(jìn)行干地施工，但是由于施工期間要保證正常通航，且圍堰緊鄰船閘下閘首泄水區(qū)域，對(duì)土圍堰臨水側(cè)沖刷嚴(yán)重，很容易淤塞航道，存在較大安全隱患。為降低施工期間對(duì)一線船閘的正常運(yùn)行影響，通過(guò)Revit 建模和Lumion 三維模擬對(duì)新建25#墩身（緊臨原靠船墩）結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了建模分析和對(duì)比優(yōu)化，擋水圍堰采用土圍堰外側(cè)加單排鋼板樁進(jìn)行防水加固（見(jiàn)圖3），保證了干地施工的同時(shí)防止土圍堰坍塌淤塞航道。按照調(diào)整后的施工方案組織施工，比原方案節(jié)約工期30 天。

圖3 鋼板樁圍堰模型

3.2.3 跨閘交通橋設(shè)計(jì)變更

跨閘交通橋設(shè)計(jì)功能為船閘管理處場(chǎng)區(qū)內(nèi)道路，供管理區(qū)內(nèi)部使用。橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路二級(jí)，采用鋼筋混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。按照原設(shè)計(jì)方案計(jì)劃采用貝雷梁或吊籃組織施工，編制施工方案時(shí)通過(guò)BIM 技術(shù)進(jìn)行輔助驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)上述方案將造成一線船閘通航凈高不足，存在嚴(yán)重通航安全隱患，若考慮施工期間安全則需停航3 個(gè)月。鑒于停航施工將造成韓莊運(yùn)河段斷航的重大影響，兼顧船閘正常運(yùn)行和施工期間不影響通航的基本要求，將具備通車功能的現(xiàn)澆鋼筋混凝土橋變更為人行鋼結(jié)構(gòu)橋。調(diào)整后的方案費(fèi)用節(jié)余原概算一半，工期大大縮短[4]。

3.2.4 優(yōu)化土方開挖方案

船閘主體基坑開挖土方量大，閘首開挖深度最大高差接近19 米，分層開挖深度、場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸路線、挖運(yùn)土石方平衡等對(duì)成本和效率影響很大。通過(guò)利用無(wú)人機(jī)+Civil 3D，借助Civil3D、Revit 明細(xì)表進(jìn)行船閘主體結(jié)構(gòu)深基坑土方開挖量計(jì)算、平衡土方挖填調(diào)配、配合完成專項(xiàng)施工方案的編制，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)施工組織合理化，效益最大化。同時(shí)利用場(chǎng)地漫游，合理規(guī)劃運(yùn)輸路線，減少了倒運(yùn)次數(shù)和運(yùn)距，大大減少了施工成本。

3.2.5 輔助復(fù)核施工圖

在準(zhǔn)備閘首門檻施工方案時(shí)，通過(guò)Revit 檢查發(fā)現(xiàn)了圖紙標(biāo)高存在相互矛盾的問(wèn)題，后經(jīng)設(shè)計(jì)單位確認(rèn)及時(shí)進(jìn)行了標(biāo)高調(diào)整，將圖紙差錯(cuò)提前予以糾正，避免了返工造成的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間損失，保證了船閘主體工程實(shí)體質(zhì)量和如期完工。

4 總結(jié)

利用BIM 技術(shù)集成3D 模型與數(shù)據(jù)信息輔助項(xiàng)目建設(shè)是未來(lái)水運(yùn)工程的發(fā)展趨勢(shì)。本文簡(jiǎn)要介紹了BIM技術(shù)在船閘工程建設(shè)中的應(yīng)用，在一定程度上體現(xiàn)了BIM 技術(shù)的價(jià)值和作用，為未來(lái)類似項(xiàng)目的建設(shè)提供參考[5]。同時(shí)，BIM 技術(shù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，要注重對(duì)BIM標(biāo)準(zhǔn)框架體系的構(gòu)建與完善，流程和標(biāo)準(zhǔn)需要在實(shí)踐中逐步完善，以利于最大程度發(fā)揮BIM 技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。