基于BIM+物联网的通吕运河枢纽工程智慧建造关键技术

文/蒋一波 尚琦智 高 艳

建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）是集成了工程物理特征、功能特性和管理要素的工程全要素数字信息化模型，提供了建筑工程可视化和量化分析的可能性，进而能大大提高工程施工及管理效率。同时，BIM可实现以工程数字化为核心的工程全生命期管理，为水利工程建设提供新的技术，为水利提质增效和创新发展带来机会。

通吕运河水利枢纽工程位于南通市通吕运河下游入江口门处，工程总投资约4亿元，工程采用闸站结合方案，由1座抽水泵站和10孔节制闸组成，泵站单向引水设计流量为100m3/s，装置三台竖井贯流泵机组。项目建设管理者以争创“大禹奖”为目标，全面高效推进品质通吕、精度通吕、智慧通吕、创新通吕、安全通吕、清新通吕。针对其“智慧通吕”建设理念，施工单位引进BIM+智慧建造信息化项目管理系统，应用Revit等软件对该泵站工程进行BIM建模，在施工质量、安全、进度等各方面高标准要求下，利用BIM+智慧建造信息化系统有效应用，优化工艺实施过程，增强施工效率，提升工程施工管理水平。

一、BIM应用的总体规划

1.BIM应用需求

通吕运河水利枢纽工程BIM应用需满足：施工部署及施工工艺事先虚拟建造，为项目科学、高效组织实施提供保障；利用BIM+智慧工地系统数字化管控,实现项目施工精细化管理；通过模型建立以发现图纸遗漏、矛盾或错误，通过碰撞检查找出具体问题后进一步完善设计方案等。

2.BIM应用流程

引进BIM+智慧建造关键技术，通过将BIM、物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术应用于水利枢纽工程建设管理，构建水利枢纽工程智慧建造关键技术，加强施工过程中对进度、质量、安全、环境等要素全方位实时监控，着力打造水利工程建设精细化、标准化、智能化管理模式。

二、BIM技术的具体应用

1.设计阶段模型建立

根据设计图纸并严格按照BIM标准体系搭建水工结构、金结、建筑、MEP、幕墙各专业基础模型，并由BIM工程师组织各专业工程师进行检查、分析，核对模型准确性、完整性等。

2.施工过程部署

（1）虚拟仿真。前期BIM策划先行。项目部入场之初，通过BIM规划，高效利用场地，建设标准化园林式工地。

（2）临建布置。通过虚拟布置确定场区内加工厂等临时设施，合理布置临建系统装置，响应绿色节能施工要求。

（3）大型机械管理。通过建筑模型与场地位置关系，方便确定塔吊等大型机械的布置方案，检查群塔高度关系与碰撞情况，对现场布置有更直观的把控。

3.图纸会审及优化

在构建模型过程中，利用BIM技术三维可视化并结合施工现场实际情况，提前将图纸存在的问题向设计单位反馈，及时优化调整施工图，有效缩短设计变更时间，加快施工实施进度。

4.沉浸式可视化技术交底

为解决常规平面化施工技术交底不够直观、被交底人对交底内容理解和认识不到位等问题，利用BIM模型的直观特点，进行沉浸式可视化施工技术交底，以提高交底内容直观性和精确度，提升施工技术交底效果。

5.基于BIM施工模拟优化

应用BIM模型深度优化模板设计，指导施工生产，提高成品质量检测合格率。在施工中提前运用BIM技术对工程实体进行精准建模，并虚拟施工，发现问题及时调整施工安排，如对基础和防渗三轴水泥搅拌桩进行三维精细化桩位放样，模拟现场施工，用于指导现场实施以消除空间误差。

6.碰撞检测

利用BIM建模技术，预先对设计图中的机电管线进行三维立体排布，消除位置矛盾或不合理布置方式等，优化设计使其布局更加科学合理。进行三维可视化交底，在虚拟建筑物内部漫游，了解各个构件信息、设备位置关系、空间关系、施工顺序等，提高施工人员对图纸的理解。

7.工程实体准确算量

BIM模型建立后，可根据模型参数准确快速计算及统计工程量，提升工程计量的准确度与工作效率。与传统的根据图纸计算工程量的方式，在异形构件工程量计量中尤为突出。

8.安全配置模型

对施工用外排脚手架配置安全模型，明确步距、立杆间距、剪刀撑配置等关键参数并进行脚手架稳定性验算。

9.模型安全分析交底

运用专业软件对施工模型涉及的如“四口五临边”等较大危险源进行分析和测评，生成分析及测评报告并利用建模技术进行三维可视化安全技术交底，提高作业人员安全防范意识。

10.传统施工工艺优化

本工程利用BIM+3D打印技术，指导泵站流道异形钢模板设计、加工及安装，并利用三维模型对相关人员进行技术交底。该施工技术有效解决了常规木模施工可能带来的流道断面结构尺寸精度不够、流道表面平整度差、现场配模工作量大、施工效率低等不利影响。

三、BIM管理应用

1.BIM+智慧建造管理平台

本项目自开工之初就搭建了BIM云端管理平台，通过分配项目管理人员权限，以终端BIM模型等信息共享互通为核心，实现施工进度实时可视化管理、质量安全管控信息云平台同步、设计图纸及施工规范等信息云端实时共享查询等，改变以往传统项目管理模式，使数字化管理深入项目常态化管理。

2.完成水利工程标准化构件库

项目部BIM工程师前期与软件研发人员进行了深入对接，在平台使用及管理过程中根据水利工程特点不断对平台系统进行优化设计与功能细化提升，并基于通吕运河水利枢纽工程不断完善水利工程专用构件库，使之初步适应水利工程建设。在项目部及公司的推动和支持下，现已根据本工程应用情况推出了BIM5D水利专版。

3.生产进度精细化管理

基于平台可实现进度信息的互联互通，实时读取进度信息，与BIM模型建立关联实现进度信息三维可视化，施工管理人员可详细看到施工任务完成情况、延期情况、延期原因、任务负责人等信息，而实现施工进度动态控制。

4.质量管理可追溯性

使用BIM5D平台质量问题追踪及处理功能，现场管理人员利用智能化终端设备（手机等）将现场发现的质量问题予以记录并在BIM模型中相应位置予以标注后反馈到平台云端，相应责任人能够第一时间收到问题信息并及时处理问题。

5.安全管控应用

现场安全管理人员可以使用手机客户端等智能终端设备将现场安全问题予以记录并在BIM模型中予以标注位置、问题级别、责任区域等信息，并反馈到平台云端从而第一时间推送给相关责任人，使其能够及时处理问题。

6.VR沉浸式虚拟安全教育

依托BIM+智慧工地云管理平台，引进BIM-VR安全体验系统，通过结合项目BIM模型设置虚拟危险源并模拟事故发生过程，让体验者走进较为真实的虚拟现实场景中，并通过沉浸式、互动式切身体验使其得到更直观、深刻的安全风险防范教育，以提升全员安全意识水平和安全操作技能。

7.劳务实名制管理

结合BIM技术、可穿戴智能安全帽、人员进出口闸道机和GIS系统，建立基于物联网的劳务实名制系统，可以实时统计工人的出工情况，并对施工人员进行实时定位，进行实时管控和科学调配。劳务实名制系统还可以直观地展示出施工现场各工种、各承包队伍工人的年龄分布等信息，便于进行社会化数据分析管理。

8.建筑物位移沉降观测

BIM模型建立过程中根据现场实际情况布设沉降位移观测点，导入现场实际监测数据并设置报警值，定期生成监测曲线及监测管理报告，有利于掌握建筑物位移情况，超过阈值时自动报警提醒，保证工程建设安全。

9.高支模支架安全监测

通过高支模监测系统，实现对高大模板立杆轴力、立杆倾斜、模板沉降、立杆位移受力状态的实时远程监控，避免安全事故的发生。

10.塔吊监控

引进塔吊监控系统，主要包括风速超限报警、防倾斜报警、禁行区域设置保护及预警、多塔吊的防碰撞预警、智能化制动控制、增加塔吊黑匣子等多种功能实现。

11.环境监测系统

本项目在施工现场专门设置有环境检测仪，实时监测空气质量、温度湿度和噪音音量，同时项目平台用图表方式直观展示环境监测状况，并且对历史数据进行可视化分析。