BIM技术在水工码头施工中的应用研究与开发

顾晓彬 张晓辉

中交三航局第三工程有限公司 江苏 南京 210011

1 工程概况

通海码头一期工程位于江苏省南通市与海门市交界处（图1）。工程拟建设70 000 t级高桩码头1座，外档布置3个70 000 t级杂货泊位，预留集装箱功能，上游内档建设一个5 000 t级杂货泊位，以及相关配套设施。码头设计年通过能力5 373 000 t。码头建设工期为440 d。

图1 项目效果图

2 BIM应用的必要性

通海码头一期工程工期短，工程规模大。要想如期完成码头建设，必须投入大量的船机设备。如果采用原有的管理手段，势必会投入大量的人力物力，管理成本也会大幅度增加。

因此必须在常规的工程管理模式中进行改进创新，减少管理人员和管理成本，提高工程建设管理效率。而通海码头建设管理难点主要体现在以下2点：

1）如何协调施工管理手段落后与现有先进设备之间的矛盾。设备技术的革新会提高生产效率，但是在大量设备同时投入施工时往往会由于管理手段的落后导致设备不能最大程度地发挥其产能。因此在设备技术革新的同时管理手段也需要升级，否则就会造成资源的浪费。BIM技术在协调设备运行以及进度管理方面可以做到精细化管理，并且在国内众多地铁项目中都有不错的应用效果，因此通海码头工程尝试应用BIM技术来管理进度。

2）如何整合信息，用信息化管理手段提升管理效率。要在440 d内完成如此大规模的码头建设，信息管理是关键。信息化管理是国家倡导的管理模式，也是建筑行业发展的趋势。中交系统相继开发了众多信息化管理平台，但是这些管理平台都是独立运行的，存在着数据重复录入等弊端，为了能够高效地应用这些信息管理平台，需要完成信息数据的整合利用。BIM技术就是以信息为核心的管理系统，在数据搜集和信息整合方面都有着强大的功能，因此通海码头工程尝试应用BIM技术来进行信息化管理。

3 BIM技术应用

3.1 BIM模型建立及图纸找错

BIM技术应用的第一步是进行模型建立。BIM技术对工程的管理是在模型的基础上完成的。BIM系统中有许多建模软件，其中Revit软件应用较为广泛，它具有3大特点：使用广泛，操作便捷；功能强大，插件丰富；源代码公开。项目部通过BIM技术系统中的REVIT软件完成了通海码头模型（图2）的建立。

图2 通海码头一期工程模型

3D模型比图纸具有更为强烈的直观性，为施工图审核提供了便捷。工程师虽然可以通过二维图纸发现设计错误，但是需要花费大量的时间精力。通过设计图建立三维模型后，工程师可以快速、直观地找出设计的不合理处，为后续施工扫除障碍。

在完成通海码头模型建立后，项目管理人员第一时间发现了设计图纸中的2处最明显的错误：一处是码头排水口面板的尺寸偏差（图3），另外一处则是变电所平台PHC管桩碰桩（图4），这为后续施工提供了便捷。

图3 排水口构件尺寸误差

图4 变电所平台碰桩

3.2 通过BIM技术优化现场施工部署

要在440 d内完成大规模的码头建设，进度管理是绝不允许有任何差错的。可要想如期完工就必须要投入大量的船机设备。本工程预计要投入3艘打桩船、2艘搅拌船、4艘起重船、若干运输船和交通船。

本工程水上施工区域紧邻常熟锚地，在狭小的施工区域内投入如此多的船机，若船机施工安排部署稍有不妥，各个船机之间势必会相互影响，最终将导致工期延长。

工程师通过BIM系统中Navisworks软件将施工进度进行5D（三维＋时间＋成本）模拟，常规的进度管理软件Project只能简单显示数量及百分比，而Navisworks软件可以将进度计划精确到具体构件并通过模型展示。将进度计划用模型进行3D模拟，便于工程人员估算施工时间和施工成本，同时发现施工计划安排的不合理，更便于施工计划的调整修改。

通过Navisworks软件将关键位置的桩的打设进度精确到具体桩位（图5），并通过模型进行3D模拟。

经过反复多次的模拟施工（图6），将沉桩计划安排得更为合理，这样可以避免在实际施工过程中出现纰漏，尽可能节约工期，降低成本。

图5 沉桩进度精确到构件

图6 沉桩施工进度模拟

模拟施工在通海码头工程中还运用在了技术交底环节，在技术交底时通过三维动画演示可以更加直观地对一线班组进行交底，比以往的技术交底效果更好。

打桩船根据每一阶段项目部提供的沉桩进度计划表来进行沉桩作业，有效地防止了漏桩现象的产生，同时也最大程度地避免了与其他船机发生干扰而影响进度。

在构件安装等其他工序施工中，通过Navisworks软件将进度计划精确到具体构件，将进度计划在原有的基础上进行优化，为施工进度管理提供了高效便捷的服务。

3.3 通过BIM技术进行方案模拟和工艺交底

基于鲁班BIM技术，码头项目以建筑模型为基础，制作施工动画，进行工程施工方案的模拟演示（图7），以直观的三维展示，论证施工方案的可操作性和合理性。通过三维动画制作能真实再现施工过程，将施工细节通过三维动画制作软件展现出来，提高了施工人员的工作效率，使施工工序更简明易懂，将施工工序通过施工动画准确地传递给施工人员。

图7 码头PHC管桩施工工艺模拟

3.4 通过BIM模型实现数据一体化管理

在构件施工结束后，由一线施工人员对BIM模型进行维护。例如每沉完一根桩，都要将沉桩的参数及时录入到BIM模型中（图8），录入模型的参数会同步上传到云平台，各个分部的施工人员都可以查看，便于构件质量控制以及后续的进度计划调整[1-3]。

录入BIM系统的参数，都存储在同一个BIM模型内，每个工程人员都可以在同一个平台内进行各个分项的工作，各个部门也可以在同一个平台内进行协调合作，在实现数据一体化管理后，工作效率得到了提高。

鲁班BIM系统自身带有数据筛选统计功能，工程人员可以根据实际需求，对参数进行筛选统计，并可导出相对应的统计表，为后续工作的顺利开展提供基础。

现场施工人员对照实际生产情况将每个构件的参数信息如实录入BIM系统，管理人员可以直接通过BIM模型对所需要的信息进行筛选查询。相较于常规的纸质资料，BIM模型内的数据信息更为全面，查询更为便捷，高效的数据管理提高了项目部的工作效率。

3.5 通过BIM技术实现施工现场信息化管理

将鲁班BIM系统与现场监控系统对接，在鲁班BIM系统内实现现场监控。对施工现场的人员设备进行定位，为工程建设的安全管理提供高效便捷的服务。通海码头施工现场装有10个监控探头。

监控探头所拍摄到的画面均可在BIM系统内查看（图9），对现场人员及设备可以达到定位功能。对于现场违章行为可以进行即时抓拍，提高施工安全管理效率。

图8 构件参数查看

图9 监控画面查看

将中交三航局开发的“三航现场通”APP与鲁班BIM系统对接，施工人员在现场可以即时上传安全质量信息，项目管理人员可以随时随地对现场进行指令发送，对下达的指令可以跟踪查询，便于工程安全及质量的管理。

3.6 通过BIM进行4D进度管理

BIM模型的三维可视化功能，为项目进度管理提供极大的便利。基于三维模型，加入施工状态信息，形成了基于BIM技术的4D进度管理，可视化效果强，与传统的进度报告单相比，进度信息承载能力强大，表现力突出。传统施工现场进度只是以数量的形式呈现，运用BIM软件可以实现工程进度的可视化，同时将施工计划进度和实际进度进行对比，进而可以更加直观、合理地安排施工进度。利用鲁班BIM平台，项目管理人员可实时且直观地查看项目现场的施工进度虚拟沙盘，与计划进度对比偏差，根据系统的计算结果，分析总结是否存在提高效率的可能性，合理安排下阶段施工所需材料及资金（图10）。

3.7 将BIM技术与各个管理平台对接

图10 Luban Plan进度管理

目前，中交系统内有许多工程管理平台，例如中交第三航务工程局安全质量管理平台、中交三航局有限公司材料核销闭合管理系统、混凝土生产全过程监控管理信息系统等。但是各个管理平台登录网站都不同，网站的管理方也不同，而且存在数据重复录入的弊端。

为了将这些管理平台与BIM系统有效对接，使BIM系统成为信息管理平台的中心枢纽，项目部研发了插件，将各个管理平台对接到BIM系统。对接后，所有的管理平台都可以共享BIM系统内的施工数据信息，减少重复录入数据，而且在BIM系统内可以查看所有信息管理平台的数据信息，因此施工管理效率得到了提高。

中交集团开发的混凝土生产全过程监控管理信息系统可直接从混凝土搅拌站自动统计混凝土的强度、配合比、坍落度等参数信息，将这些信息在BIM系统内对应到相应的混凝土构件，就可自动生成“混凝土构件查询册”，只要点击“混凝土构件查询册”，就可以查询到该构件的混凝土参数信息，为现场构件的质量把控提供了便捷。

4 BIM应用效果

在BIM技术的指导下，码头建设目前没有出现工期延误、成本超值、安全事故等不利影响，而且在BIM系统的帮助下，工程建设管理比以往类似的工程更加高效便捷，尤其在以下2个方面，BIM技术应用效果比较理想[4-5]。

1）BIM技术应用后，施工图审核的准确性及效率得到了提高。施工进度实现了可视化管理，并且通过BIM技术的模拟施工功能，有效地避免了船机之间的相互影响。在所有船机发挥出最大产能的同时，项目管理人员没有额外增加，管理成本也在可控范围内。因此，BIM技术有效地协调了管理手段落后与现有先进设备之间的矛盾。

2）BIM模型作为信息枢纽，为工程资料的搜集、整理及查询提供了便捷；施工现场的安全在BIM系统管理下实现了现场实时监控，对人员设备进行了定位管理，有效地防止了安全事故的发生；将各个独立运行的管理平台与BIM系统有效对接，实现了数据共享，避免了数据重复录入，简化了信息管理平台的操作，减轻了工作量。通过BIM技术整合信息，实现信息化管理，提高了工作效率。

5 后续研究方向

1）研究基于BIM系统对实体工程的质量控制。为对工程实体进行更好的质量控制，通过参数录入，更新施工模型构件至实际构件的尺寸与定位，并可切换或对比两者。

2）研究基于BIM系统对现场实际施工中的人机料汇总。在施工成本控制中，对现场实际的人机料的投入进行详细的统计。对于使用的人工、大型机械与材料使用量，根据批次与所用区域或构件对应上，并进行统计，来确定人机料物资需求。

3）研究基于BIM模型的现场安全管理应用研究及开发。通过BIM模型可以对现场施工人员进行精确定位并可查看该施工人员是否接受过安全教育培训及其他信息。对于现场出现的船机设备等进行定位并查询该设备是否进行过报验。

4）研究基于BIM模型的施工信息及文件的应用研究与开发。研究构建施工文档储存系统方法，实现根据账户权限，通过施工信息模型构件调用储存系统功能，管理施工文件。

6 结语

BIM在通海码头一期工程的应用过程中，让我们既看到了BIM技术的优势，也提出了后续研究的新方向。BIM最开始是针对欧美国家工程管理的软件，在其中国化的过程中势必会出现各样的问题。

在今后对BIM技术应用的研究探索中，可以在如何更为便捷地建模，如何更为便捷地录入、导出数据，以及在施工模拟过程中如何加入更为完备的船机机械和人员来更真实地模拟施工流程这3个方面做深入研究，让BIM技术在中国的应用更为广泛。