对河道工程建设中应用BIM的思考

　　摘要：应用BIM技术,可大幅度提高工程建设的集成化程度,促进工程建设行业生产方式的转变,提高投资、设计、施工、运维乃至整个工程生命期的质量和效率,帮助项目管理者优化决策,提升管理水平,其在国外已成为施工行业工程管理的主要手段之一,在国内的应用还处于探索阶段,尤其在河道工程方面的应用实例还相对较少。运用BIM技术对某河道延伸拓浚工程进行工程建模,在进场准备阶段利用三维模型复核主体工程量,大大减轻了计算负担;同时在建模过程中,针对图纸问题及时反馈,减少了图纸会审的纰漏与工作量;利用模型位置关系进行碰撞检查,发现并解决了立模中钢筋与止水带的冲突问题,有效降低了项目部的沟通成本,减少信息错误。但BIM技术无法模拟施工区地质与水文条件等,需在后续应用过程中继续加以探索。

　　关键词：BIM建模; 工程量对比; 图纸检查; 碰撞检查; 河道工程;

　　BIM技术在国外已成为施工行业工程管理的主要手段之一,在房建、路桥、管道等众多领域均已推广应用,在国内的应用还处于探索阶段,尤其在河道工程方面的应用实例还相对较少。应用BIM技术,可大幅度提高工程建设的集成化程度,促进工程建设行业生产方式的转变,提高投资、设计、施工、运维乃至整个工程生命期的质量和效率,帮助项目管理者优化决策,提升管理水平。本文针对某河道延伸拓浚工程,探索BIM技术的应用点:利用BIM建模对图纸进行深入精细的审查,在施工前检查图纸错误,避免因图纸问题而出现工程返工;基于模型生成的工程量数据对工程量清单进行检查,对误差较大的部分进行分析,以便提前进行项目的成本控制;利用BIM的碰撞检查功能,对挡墙钢筋与止水带的布置进行检查,并根据检查结果提出优化设计建议。

　　1 基于河道工程的BIM技术应用

　　1.1 模型与工程量清单对比

　　1.1.1 针对已有工程进行清单对比

　　BIM的信息载体是三维模型,该工程采用的主要建模工具有civil 3D[1](其可直接提取高程点并生成地形图、提取地形实体)、C3D(其利用河道线性特点,对河道断面进行编辑,生成构筑物实体,如挡墙、格埂、回填土等)、revit(其负责桥涵、涵洞等相对复杂的工程部位的模型建立)三个软件。建模思路是将河道类比于“挖方公路”,利用civli 3D中的道路模块进行建模。模型建立完成并生成实体后,其工程量可由计算机自动计算,项目部汇总建模工程量后与原设计工程量对比。

　　工程量清单中土方开挖量为242.53万m3,模型计算的土方开挖量为231.76万m3,误差为4.42%。模型计算的混凝土挡墙工程量为25 244.46 m3,工程量清单为25 262 m3,误差仅为万分之7;但部分细微构件,如C25预制路缘石误差达128.87%(见表1),通过对模型的校核,初步判断问题出在模型的命名上,不同的命名导致同一类模型被重复计算。因此,在利用C3D部件编辑器进行断面编辑前,BIM小组应制定详细、明确的命名规则,防止因命名问题而导致工程量复核不准确。

　　表1 实体建(构)筑物工程量对比

　　根据工程量分析的结果不难看出,BIM软件在工程量计算方面,混凝土工程量计算比较精确,模型计算的土方开挖量也有一定的参考意义[2]。本工程结构相对简单,因此模型的优势未能完全体现,在遇到较复杂构件或变截面构件时,利用模型计算工程量在人工成本和精确度上会有较大的提升。

　　1.1.2 利用模型对变更或新增工程进行工程量核算

　　工程中常因现场条件等原因变更其原有设计(图纸)工作内容或工程量,变更后工作量难以及时更新,因此传统的计量办法多采用化简计算及现场签证的方法进行变更工程量的确定。而BIM建模后,可利用计算机自动计算工程量,计算结果更加精确,有助于施工过程中对材料的控制与管理。

　　1.2 利用模型查找图纸问题

　　在图纸会审过程中,主要是针对图纸涉及的强制性条文进行确认,确保结构的安全性与可靠性。但图纸作为平面信息载体表达空间信息时难免会有所遗漏、冲突,如同一建筑在不同视图中高程有偏差或长度不对应等,在图纸会审中,部分细微的问题难以全部发现,直到施工阶段才暴露,轻则为施工管理与沟通制造障碍,严重时直接导致工程工期因图纸变更而延误。

　　BIM的建模过程其实就是利用计算机将工程结构的空间关系表达出来,虽然仍未考虑施工环境、施工难易程度等外界因素,但结构与地坪、结构与相邻建筑物、结构与结构之间的关系在建模过程中已经充分体现,相当于在软件中将工程“彩排”一遍。因此建模过程中,图纸问题直接反映在模型上,此时BIM小组可及时将问题反馈给项目部,提前与设计人员沟通确认,避免不必要的停工、返工。

　　以该河道延伸拓浚工程为例,道路起坡线处的排水沟长度(600 mm)与排水沟详图长度(645 mm)不一致,导致起坡点难以确定。由于有设计详图,因此一般图纸会审时仅会关注详图尺寸,而建模过程中,在确定相对位置关系时,便发现了此类问题。

　　除相对位置外,设计过程中也会因设计人员的表述有误,导致平面图展示内容与实际情况不符。此类问题大都涉及投影线、投影关系等,需要抽象的空间想象能力,因此在施工前很少有人对细部构造进行对比筛查。而BIM模型中,三视图的对应是建模的基础,建模阶段就是对图纸进行“全面体检”,基本可以做到全部图纸无遗漏问题。生成模型后,做到建模、计算工程量、检查图纸三者齐头并进。该工程在支河桥涵建模过程中,就发现了齿墙设置不明确的问题,按图纸尾部无齿墙,但按实际受力分析其尾部应有齿墙来增强抗滑稳定性,项目部及时与设计单位沟通,确定了齿墙的具体位置,为桥涵施工扫清了障碍。

　　1.3 用模型对工程实体进行优化

　　优化性是BIM的一大特性,在建模阶段主要是模型间相互位置的优化性(碰撞检查)。该工程碰撞检查就是利用revit模块进行钢筋与止水带的建模,建模完成后利用Navisworks模块进行碰撞检查。钢筋与止水带的检查应充分考虑检查精度,碰撞精度设置不宜过高,以免系统将钢筋误判为碰撞点,增加不必要的工作量。

　　工作人员根据碰撞检查的结果,可提出改进意见,经监理单位、设计单位、业主同意后按改进方案施工。提前进行建模,解决了施工中难以实施的“事前检查”问题,有利于施工单位节省工期,对于建设单位与设计单位可减少图纸变更量、提前优化图纸。

　　2 对河道工程建设中应用BIM的思考

　　2.1 BIM带来的收益

　　BIM作为一项信息应用技术,其收益很难量化成具体资金价值,但应用BIM技术在模型建立过程中,工程师需核对图纸各项信息,可以帮助其发现图纸中不同视图的对应尺寸及建筑物相对关系的错误,并提前向业主或设计单位反馈,减少双方在后期施工中的损失。建模完成后,对模型进行碰撞检查,可以帮助施工单位提前发现结构冲突部位,及时规避结构物冲突,减少施工中工作面协调问题或返工现象;模型工程量也随之生成,节省了技术人员大量的工程量核对时间,且对复杂构件(如桥涵,渐变段墙身等部位)的计算精度大大提升。在上述操作过程可以发现,只要命名正确,其实体工程量误差可控制在1%以内。土方开挖虽然受限于测点数量,精确度有所下降,但也能为工程建设提供一定的参考价值。

　　2.2 BIM技术应用在河道工程方面的局限性

　　虽然BIM技术解决了该工程中的构件碰撞、流程规划、进度模拟等问题,但此类问题目前属于BIM技术成熟的应用点,对河道不具有针对性,而该工程施工阶段工作面的提供与施工过程中的降排水措施,很难通过BIM进行模拟,其原因分析如下。

　　(1)施工区域地质状况的不稳定性。

　　该工程地勘点为每50 m一处,受条件限制仅能勘测河道两岸的地质条件,其不确定性较大,因此根据地勘资料规划的施工作业面在破土动工后时常出现承载力不足、边坡垮塌等现象。一旦承载力与预期值不符,其前期规划的工作流程将全部因此变动,指导工作也就失去了意义。

　　(2)水的难模拟性。

　　目前,采用BIM技术难以对水流进行定义,无法模拟流动物体的轨迹、方向,以及实施截、排水措施后的浸润线的调整改变。据了解,此类流体的计算涉及相当复杂的专业计算逻辑,当前BIM对力学计算仍处于空白,其解决还需通过理正工具箱等。

　　(3)周边环境难以体现。

　　市政工程建设的一大难点是工程与周边环境的协调,BIM技术对于周边环境的建模主要依靠无人机测绘,但该工程处于限飞区,无人机技术一直无法利用,而通过传统的测量工作描绘地形其精细度无法达到要求,导致周边环境与工程相对位置无法在模型中展现。

　　(4)土方开挖仍是难点。

　　BIM建模的强项是体现实体模型,但对于河道工程中大量的开挖、疏浚工作,难以体现其在项目中的施工情况。该工程考虑的是利用开挖形成的工作面体现开挖工作,但实际开挖过程中,其开挖难以精确至具体方量,仅能利用运输车次进行开挖量估算,渣场收方时,前期记录的开挖量与收方工作量往往有出入,无法追溯至哪仓或哪个工作节点产生的问题,严重影响模型数据的准确性。开挖面也会因进度时常调整,因此开挖工作的数据收集很难与模型衔接,造成河道BIM模型中开挖工作的缺失。

　　2.3 BIM在工程管理阶段应用价值的思考

　　建模完成后,如何利用BIM模型进行项目管理,帮助项目实现信息化,以扩大其价值,可考虑从以下几个方面入手。

　　(1)模型建成后的三维可视化,可以降低项目部的沟通成本,减少信息错误;建模后施工动画的制作,可对施工中重难点进行生动、形象的技术交底,减少施工风险。

　　(2)将进度与模型衔接后进行沙盘预演,对进度安排不合理或遗漏的部分及时更改、调整,使进度计划合理有序,便于落实。

　　(3)施工过程中,利用手机APP基于模型部位发布整改任务,追踪整改落实情况,简化整改工作的流程,使整改工作全程可追溯。

　　(4)BIM应用平台搭建完成后将模型作为载体,录入模型全生命周期的相关信息与资料(材料来源、测量信息、质检资料等),为公司搭建起完备的工程资料库。这些收益虽然无法量化表示,但对工程临建准备期、施工生产期、结算评估期都可起到明显的帮助作用[3]。

　　(5)在BIM运用过程中,生成的动画、构件的二维码对工程具有较好的宣传作用。同时,BIM技术作为一项开源技术,应用内容可根据管理者的实际需要进行补充或缩减,在管理效率和管理成本中平衡优化。

　　参考文献

　　[1] 武卫平.AutoCAD Civil 3D 2018场地设计实例教程[M].北京:机械工业出版社,2018:141-150.

　　[2] 牛立军,韩涛.基于BIM技术的河道地形处理分析研究[J].四川建材,2019,45(12):183.

　　[3] 刘志明.水利水电行业BIM发展报告(2017—2018 年度)[M].北京:中国水利水电出版社,2018:167-168.