BIM技术在九圩港二线船闸中的应用

李善超，袁 野

(江苏省交通工程集团有限公司，南京 226001)

九圩港船闸位于江苏省南通市港闸区天生港镇，上连通扬、通吕两大运河和连申线，下接长江，是江苏省“两纵四横”干线航道网中通扬线的重要组成部分。2015年，九圩港二线船闸正式开工建设，其位于原一线船闸左侧，两船闸纵轴线相互平行，中心距为80 m，以下闸首下游面对齐布置，船闸范围 3.378 km。船闸建设规模为(230×23×4.0)m(闸室长×口门宽×槛上最小水深)，为Ⅲ级通航建筑物，土建工程合同价为3.37亿元。

1 BIM技术应用路线

目前，国内BIM技术的应用主要局限于工业与民用建筑、市政等领域，其在水运工程领域的应用才刚刚起步[1]。船闸作为大型综合单体通航建筑，其结构复杂、涉及专业多、实施周期长，且对施工组织和协调的要求高。BIM技术优势主要体现在可视化、协调性、模拟性、优化性及可出图性等五大方面，通过真实性模拟和建筑可视化来更好地进行项目沟通，让项目各方了解工期、进度、成本和环境等项目基本信息，将BIM技术引入船闸项目的施工和后期运营维护中，对控制项目投资、增强管理的有效性、提高工程质量及减少返工和浪费等方面均有积极作用。基于BIM技术在工业及民用建筑领域的广泛应用，本文总结提出了船闸工程施工过程中BIM技术的基本应用路线[2]，如图1所示。

2 BIM技术应用情况

BIM技术在本项目中的应用主要有以下几点：参数化建模、图纸审查与碰撞检验、施工模拟与三维交底、方案优化与比选、可视化进度管理、工程量统计与审核、质量安全管理等。

2.1 参数化建模

选用Autodesk Revit作为BIM核心建模软件，对船闸结构物进行细化拆分(如图2所示)，其模型拆分依据为分项工程单元划分及工程量计量清单。

图2 闸首结构拆分示意

利用Autodesk Revit“族”样板文件，结合构件截面尺寸信息创建出以数据驱动模型的参数化族文件。其数据包含构件尺寸、标高、材质和标识数据等多种属性，通过改变构件属性，对构件进行准确定位，确保模型的精度。标准闸室墙“族”模型及其参数设置如图3所示。

2.2 图纸审查与碰撞检验

船闸施工工序较为复杂，其结构与预埋件之间的碰撞问题是传统二维设计中的一大难题，而基于BIM技术的多专业协同及碰撞检测能够很好地解决这个问题。以三维BIM信息模型代替二维图纸，可以解决传统二维审图中难想像、易遗漏及效率低等问题，在施工前快速、准确、全面地检查出设计图纸中的错、漏、碰、缺问题，从而减少施工中的返工现象，以节约成本、缩短工期及保证建筑质量。

钢筋设计时，传统的二维CAD出图并不考虑钢筋体积，故钢筋与预埋件之间存在的碰撞问题是传统二维设计中难以解决的。通过Autodesk Revit对钢筋进行三维建模，同时利用Navisworks软件对钢筋及预埋件等模型进行碰撞检查。闸门轨道预埋件与格梗钢筋的碰撞检测及检测报告如图4所示。

图3 标准闸室墙“族”

图4 闸门轨道与格梗钢筋碰撞检测及报告

2.3 施工模拟与三维交底

新建船闸位于一线船闸左侧，其所在航道有长江北路高架跨越，地理位置特殊，施工场地布置较为困难。在施工准备阶段，利用Autodesk Revit对项目部驻地、拌和楼及钢筋加工场地等构件进行三维建模，通过Infraworks平台，将所有结构物结合二维图纸、GIS工具、光栅数据放置于真实地形之上，从而对场地进行合理的规划及模拟布置。

施工技术交底在实际施工中发挥着主导作用，传统的施工交底是以文字配合CAD图及表格的形式进行，这种传统的二维平面技术交底很难直观清晰地表达复杂的施工方案。基于BIM技术的施工方案交底，可将施工流程以三维模型及施工动画模拟的方式直观易懂地展现出来，有利于展示施工的先后顺序以及特殊节点的说明处理。

闸室墙钢护面施工方案制定中，将BIM模型成果整合进方案，充分考虑材料利用、碰撞检查和施工安全等问题，实现方案最优化。其中，钢护面制作胎架与胎架BIM模型对比如图5所示，钢护面吊装动画模拟如图6所示。

图5 钢护面制作胎架与胎架BIM模型对比

图6 钢护面吊装动画模拟

2.4 施工方案优化与比选

闸室墙底节施工方案主要有两种：搭设钢管支架施工和小型移动模架施工，如图7所示。通过BIM技术对两种施工方案的施工流程及施工工艺建立参数化模型，然后针对人员、机械、材料和工期等四大方面对模型进行细化分析，通过对比，小型移动模架施工法比搭设钢管支架施工法节约人工5人、工期2天及材料费用约0.4万元。

利用BIM技术可以对施工方案进行及时的优化，能够从施工实际出发，切实有效地指导施工，同时提高了工作效率，降低了施工成本。

图7 支架施工与移动模架施工断面对比

2.5 可视化进度管理

船闸结构复杂、涉及专业多、施工工期长，施工进度控制十分重要。传统的横道图、网络图只能单一地表述进度，可视化程度较低，用于进度管理效率低下[3]。将传统的进度计划与BIM技术结合起来，实现了进度管理的可视化。

通过Autodesk Revit将已建立的构件模型导入Navisworks中，利用Navisworks中TimeLiner工具对施工过程进行反复模拟，使可能出现的问题在模拟的环境中提前发生，然后逐一修改，并提前制定应对措施，使进度计划和施工方案达到最优。闸室墙底节施工进度模拟如图8所示。

图8 闸室墙底节施工进度模拟

2.6 工程量统计与审核

项目施工初期，利用Autodesk Revit软件对船闸各构件进行参数化建模，建模完成后即实现了工程量的自动统计，并且可以直接调取材料清单及工程量统计表。区别于传统的工程量统计，它是通过鲁班、广联达等算量软件计算出来的[4]。那么通过对比该统计工程量与设计理论工程量，就能够及时发现图纸工程量存在的误差，在项目实施初期及时更改，从而为施工预算提供数据支撑。

在项目施工过程中，需要频繁地进行工程量审核，期间涉及到大量的现场完成情况确认和工程量的统计及计算工作。利用BIM模型中记录的完成情况、现场签证情况，计量人员可以快速对已完成的工程量进行审核。标准闸室墙模型信息及工程量清单如图9所示。

图9 标准闸室墙模型信息及工程量清单

2.7 质量与安全管理

建筑施工是一套复杂的动态系统，通常包含多道工序且相互之间关系复杂，直接影响着项目施工的进程[5]。通过BIM的3D模拟平台模拟工程施工，对整个过程中的施工安全进行可视化管理，当现场质量与安全问题发生时，通过手机对质量安全内容进行拍照、录音和文字记录，并关联至模型。基于软件云自动实现手机与电脑数据同步，以文档图钉的形式在模型中展现，从而协助生产人员对质量安全问题进行处理。通过对BIM信息模型的应用，可建立有效的预防机制，提前规范施工人员的安全生产行为，促使人员、机械、材料和环境始终保持安全的状态，并持续改进，不断推动企业在安全生产过程中的规范化建设。其中，闸室墙底节龙门架沉浸式漫游模拟如图10所示。

图10 闸室墙底节龙门架沉浸式漫游模拟

3 BIM应用展望

现阶段BIM技术在船闸工程中的应用并不成熟，尤其在船闸施工方面，还没有形成统一的行业标准，故本文仅是对BIM技术引入船闸施工阶段的探索性研究。关于施工阶段BIM技术的应用内容，目前尚未得到充分的挖掘，未来其在船闸施工中的应用，可重点关注以下内容：

(1) 设计与施工对接

推动设计与施工之间的数据对接，利用BIM技术改变传统二维设计模式，进行三维设计，并导出三维设计图纸、三维模型。在项目设计阶段利用BIM技术进行多专业协同设计，提前发现各专业之间衔接方面的问题，以减少项目后期的变更。

(2) BIM技术与物联网结合

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，是互联网技术与各种社会活动的融合，是虚拟与现实的融合。利用BIM技术与物联网相结合，通过虚拟模型对船闸结构物及智能设备进行空间定位和实时监控，可以为船闸的各类检修及维护提供直观有效的支撑[6]。

(3) 建模标准

BIM的建模标准是BIM技术发展过程中的关键，现阶段船闸工程BIM模型缺少相应的建模标准，导致各种族信息参数杂乱无序，因此，有必要整合建模信息制订船闸工程BIM模型的建模标准。

(4) 软件优化与更新

基于建模需求，及时对软件进行优化与更新，从而推动建立更加适合船闸专业技术人员的操作平台。

4 小结

(1) 依托九圩港二线船闸工程，将BIM技术初次应用到船闸工程施工领域，总结提出了BIM技术在船闸施工中的应用路线。

(2) 通过参数化建模、图纸审查与碰撞检验、施工模拟与三维交底等7项应用，分别阐述了BIM技术在船闸施工方面所取得的技术与管理方面的创新。

(3) 突破了船闸工程传统的CAD图纸二维施工模式，解决了设计图纸与实际施工之间的冲突，缩短了建设工期，在提升工作效率的同时施工质量也得到了有效的保障。

基于BIM技术进行船闸项目全寿命周期管理[7]，将大大提高船闸的使用寿命，同时为后续船闸的运营维护打下坚实的基础。