胡 令

(中交三航局第二工程有限公司， 上海200122 )

当前， BIM 技术已不仅仅局限于建筑工程，而是在桥梁、 铁路、 公路、 电力设施、 港口码头等工程中均有应用。 2010 年以来， BIM 技术在水运基础设施中的应用与日俱增。

王伟[1]在河内航道设计中引入BIM 技术， 通过三维模型表达传递设计意图， 设计参数、 三维设计模型、二维图纸与工程量之间能够实现前后动态关联， 当设计方案发生变更时， 只须调整设计参数， 图纸及工程量即自动随之变化， 极大地减少了工作量。 陆晶晶等[2]在洋山四期集装箱码头设计中运用BIM 技术， 通过建模、 场地划分、 堆场和布置、 管线布置和土建建模， 协调各工种，在施工的参数化、 可视化和协同性方面取得了显著的成效。 芦志强等[3]对高桩码头设计施工一体化BIM 技术应用进行了探索和总结。 通过多专业集成应用、 各参与方协同应用、 跨阶段的综合应用， 以及针对性的平台开发和工具开发， 实现了高桩码头建造各专业的协同、 信息模型的可视化和优化， 并二次开发深入应用。 结合实际需要开发了快速放置构件、 桩基承载力自动计算等程序和数字化移交平台。

高桩码头工程施工过程中受约束条件与内外环境变化的影响， 实际工程施工进度、 工程成本与原定施工计划不可避免地会产生偏差[4]。 如果不及时纠正， 将给工程带来巨大风险， 甚至使工期或成本超出合同规定[5]。

本文针对洋山四期Ⅱ标段高桩码头的案例，阐述为提高港口工程设计和施工质量和效率而引入BIM 技术， 在港口工程施工的可视化施工、 碰撞检查、 工程量计算、 施工组织设计等方面取得的显著成果， 更具体的目标是建立企业数据库，实现施工三维可视化、 成本数据管控精细化及质量安全控制手段化等。

1 工程概况

本工程位于小洋山岛最西面， 与已建洋山二期工程毗邻， 是全自动化集装箱码头[6]。 将BIM技术应用于洋山四期码头Ⅰ标段， 即东端0 ～918 m的集装箱码头作为试点段(图1)。

本工程运用BIM 技术存在以下难点: 1)质量方面， 预埋构件位置高程以及沉桩、 现浇桩帽和构件安装等施工工序验收控制标准更为严格， 各工序之间衔接紧密、 相互影响、 碰撞点较多；2)进度方面， 安装构件数量大， 构件类型多， 实际施工进度与原定施工进度计划之间的差距很难在第一时间被察觉， 且质量控制不好也会影响施工进度； 3)成本方面， 参考传统工程数据为设计提供的工程量清单， 本工程实际施工的工程量清单与实际成本基础数据相差甚大。

2 研究内容与技术路线

2.1 研究内容

在BIM 设计阶段， 依次要经过建模、 施工模拟、 出图模板设置、 施工图导出和运维阶段应用等主要过程。 综合考虑运维阶段对BIM 模型管理的细度要求， 对码头施工环境、 土建、 机电及监测各专业确定建模标准； 综合考虑参数化建模的便捷性及后续软件研发的便利性， 确定建模软件；确定合理的建模范围、 场景划分原则、 模型参数、模型材质等； 创建并形成符合运维要求的高桩码头BIM 几何模型和相关数据参数(静态参数)， 为后续BIM 应用提供基础。 同时也做好人员部署与BIM 技术成果移交安排， 确保BIM 技术在施工模拟、 成本管控、 施工可视化和质量控制化方面发挥出应有的作用。

1)企业数据管理互联网化。 建立企业数据库并二次开发BIM 应用模块， 使得模块与数据库对接[7]。 现场管理人员可通过移动端将现场信息传输到数据库， 与BIM 模型及造价数据进行对比分析。 企业总部及项目部可调取分析报告进行监控成本、 进度管理， 形成先汇集数据、 再整理和分析数据， 而后利用分析后的数据进行成本管控的三步骤。

2)虚拟施工可视化。 利用Revit 软件按施工蓝图精确建立BIM 三维模型。 实现审图、 交底、 碰撞检查可视化， 发掘设计施工过程中存在的问题。结合BIM 模型完成虚拟施工， 可事前反映施工难点和易漏的施工细节， 及时完善施工场地布局，分析与选择最佳方案或进行方案优化[8]。 码头三维模型见图2。

图2 码头建模

3) 成本数据管控精细化。 利用BIM 模型与数据库， 以数据粒度达到构件级为管控对象， 根据时间、 空间、 工序关系等提取想要的成本基础数据(工程量、人材机消耗量、造价信息)[9]， 企业总部及项目部可高效、 快速地获取各项目管理所需的信息和数据， 实现各部门间对数据的协同与分析， 实现精细化成本管控。

4)质量安全控制手段化。 现场管理人员可在施工现场拍摄安全、 质量相关照片上传至数据库系统中， 与BIM 模型相应位置进行关联， 同时企业总部及项目部可利用该系统第一时间实现全局把控、 及时反馈并采取相应措施[10]。

2.2 技术路线

BIM 技术在本工程应用的技术路线分为施工前控制与施工中控制。 施工前控制主要由BIM 模型辅助图纸会审、 三维可视技术、 碰撞检查和管线设计优化三大块组成； 施工中控制主要由工程量计算与核对、 材料精细化管理、 施工监管3 大块组成。

BIM 技术应用的期望目标是: 提高项目精细管理水平、 提高工作效率及完善信息化管理流程。

3 BIM 技术在项目中的应用成果

3.1 在辅助图纸会审中的应用

在洋山码头模型建立过程中， 利用BIM 技术中的三维可视化技术及虚拟施工技术， 累计发现图纸疑问21 处， 在施工前及时修正错误并准备解决方案， 成功防范了工程误差， 降低了风险。

3.2 在技术交底中的应用

通过BIM 技术的三维模型对施工中的重点、难点和工艺复杂的施工区域实现可视化预演， 便于现场管理人员了解工艺流程和运转情况， 并对施工过程中可能发生的问题做提前关注与预警。图3 为桩帽施工节点动画示意。

图3 桩帽施工工艺动画节选

3.3 在成本控制中的应用

利用BIM 技术， 建立自动形成的预算模型，并统计工程量。 利用BIM 技术模型计算的工程量与甲方提供的清单工程量， 分析和估算现场实际施工时所需的工程量。 并在施工后将施工中实际使用量与上述工程量进行 “多算” 对比， 可以快速发现清单缺漏项和现场实际实施情况，为成本管控提供数据支撑， 实现材料精细化管理。 BIM 技术的成功应用， 为本工程节省成本56. 5 万元。

3.4 碰撞检查和管线综合优化

通过运用多专业集成应用平台对预埋管线进行碰撞检查[11](图4)。 本工程共发现碰撞点61 个，其中孔洞8 个、 碰撞点53 个。 通过BIM 技术的碰撞检测， 使得施工进度得以保证， 避免了材料浪费和二次施工， 为企业减少了损失。

图4 供水管与排水管碰撞检查

3.5 进度控制

通过BIM 技术所建立的三维模型， 将时间、空间、 造价与信息结合在一起， 可查看整个建造过程中造价曲线随时间变化的具体数值， 也可在当前时间段内查看造价情况， 方便现场采购、 周转及工程时间节点安排[12]。 将BIM 模型与施工进度计划及实际施工进度进行关联， 制作进度模拟动画， 通过颜色的变化及时发现工期的延误， 在后续的施工中进行管控调整， 共缩短关键线路施工时间12 d。

4 结语

1)基于BIM 技术的施工管理， 各岗位生产线生产管理都基于同一模型， 工程量数据、 材料数据准确、 统一， 数据透明化、 数据通过互联网模式实时共享， 对于计划与实际花费进行比较， 实现短周期、 全过程对资金风险以及盈利目标的控制。BIM 技术的应用为所有管理决策提供了数据支撑，项目管理可细化到构件级， 达到精细化水平。

2)BIM 模型建立完成时， 相应的工程量就已经生成， 不仅能及时准确地提供工程量数据， 还减少了重复计算的工作。 BIM 模型上传数据库，项目其他人员能够快速准确地调用相关数据， 提高工作效率。 同时相应的图纸设计问题通过三维可视化查找出来， 并通过碰撞检查找出相应碰撞点， 缩短了差错时间。

3)BIM 技术的成功实施， 使公司及项目信息化管理流程得以完善， 信息化管理需要的大量数据都可以从BIM 系统中获取。 企业总部及项目部得到的数据都是真实反映现场施工情况的， 真正做到动态管理， 全局把握。