BIM技術(shù)在高樁碼頭樁基施工中的應(yīng)用

陳瑩

摘 要：BIM技術(shù)在水運工程中應(yīng)用尚屬于起步階段。依托國內(nèi)某高樁梁板碼頭項目，對基于BIM技術(shù)的樁基碰撞檢驗和沉樁過程模擬應(yīng)用進(jìn)行研究，提前消除交叉和碰樁問題，保障樁基順利施工，可為同類型應(yīng)用場景提供參考。

關(guān)鍵詞：Pile-Supported Wharf BIM 打樁 模擬

BIM（Building Information Modeling）中文一般翻譯為建筑信息模型，它是一個建設(shè)項目物理和功能特性的數(shù)字化表達(dá)，是為其從策劃、設(shè)計、施工、運維直至拆除的全生命期內(nèi)所有決策提供科學(xué)依據(jù)的數(shù)據(jù)庫，是項目各參與方進(jìn)行協(xié)同、交互、共享的信息資源平臺。

20世紀(jì)90年代初，設(shè)計行業(yè)經(jīng)歷了從手工繪圖到甩掉圖板進(jìn)行二維計算機(jī)繪圖的第一次信息技術(shù)變革，目前正在經(jīng)歷從二維計算機(jī)繪圖轉(zhuǎn)為基于BIM技術(shù)進(jìn)行項目全生命期綜合應(yīng)用的第二次信息技術(shù)變革。BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用，將加快實現(xiàn)工程建設(shè)項目全生命周期的數(shù)字化、智能化，提高工程建設(shè)質(zhì)量和安全，促進(jìn)建管養(yǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，它是工程建設(shè)向數(shù)字化、智能化、信息化發(fā)展的重要技術(shù)手段，是工程行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

BIM技術(shù)在水運工程行業(yè)起步相對較晚，目前尚無行業(yè)BIM技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系，應(yīng)用案例也主要集中在設(shè)計階段和施工階段的單項或某幾項應(yīng)用上。設(shè)計階段的應(yīng)用主要有模型建立、模型核查、結(jié)構(gòu)分析、成果優(yōu)化、模型出圖、工程量計算等。施工階段的應(yīng)用主要有可視化施工、工藝流程模擬、施工深化設(shè)計、碰撞檢驗、形象進(jìn)度展示等。

依托國內(nèi)某高樁梁板碼頭項目，對基于BIM技術(shù)的樁基碰撞檢驗和沉樁過程模擬應(yīng)用進(jìn)行研究。

1.工程概況

1.1 建設(shè)內(nèi)容

本工程位于長江下游某港區(qū)，建設(shè)規(guī)模為1個40000噸級通用泊位、2個50000噸級通用泊位、1個50000噸級通用散貨泊位、1個2000噸級通用散貨泊位、1個1000噸級通用散貨泊位。

1.2 結(jié)構(gòu)方案

通用泊位靠船裝卸平臺總長698.25m，寬35m；通用散貨泊位靠船裝卸平臺總長24 6.0 0m，寬30m。通用泊位靠船裝卸平臺通過3座引橋與岸相接，引橋從上游至下游寬度依次為12m、15m、15m。裝卸平臺和引橋均采用高樁梁板結(jié)構(gòu)，其中平臺排架間距為8m，共91榀，排架基礎(chǔ)采用Ф1000PHC管樁，除下游側(cè)端部與一期碼頭相鄰排架采用2對4：1叉樁和6根直樁外，其余每榀排架設(shè)2對4：1叉樁和5根直樁；#1、#2引橋標(biāo)準(zhǔn)排架間距均為16m，#3引橋標(biāo)準(zhǔn)排架間距為12.5m，排架基礎(chǔ)采用Ф1000mmPHC管樁和Ф1000mm鉆孔灌注樁，每榀標(biāo)準(zhǔn)寬排架設(shè)3根樁。

本碼頭樁基工程量見表1。

1.3 沉樁方案

PHC管樁沉樁總體順序：安排三條打樁船同時打樁，按梯階式打樁。其中兩條打樁船沉設(shè)#1～#3泊位碼頭樁，另外一條沉設(shè)#6～#8泊位碼頭樁。本工程打樁船統(tǒng)計表見表2。

#1打樁船先打引橋樁，再施打碼頭平臺樁，由下游往上游沉樁施工（共422根），#2打樁船以碼頭中部排架為界，由下游往上游沉樁施工（共491根）。#3打樁船沉設(shè)#6～#8泊位碼頭樁，由上游往下游打，最后沉設(shè)鋼管防護(hù)樁（共264根）。

2.樁基碰撞檢驗

本工程打入樁數(shù)量多，布置較為復(fù)雜，易發(fā)生碰樁現(xiàn)象，在施工過程中常會導(dǎo)致斷樁，甚至造成機(jī)械設(shè)備損壞或人員傷亡。根據(jù)《港口工程樁基規(guī)范》和《高樁碼頭設(shè)計與施工規(guī)范》，應(yīng)在施工前檢驗樁基是否存在碰撞。

樁基碰撞驗算通常采用公式法，計算兩根樁正位時的最小凈距，但公式法驗算工作量大，且樁的位置和碰樁情況并不直觀。利用CAD三維建?？梢灾庇^地觀察和反應(yīng)碰樁現(xiàn)象，但需要多次利用交集命令檢查相鄰兩根樁的碰撞情況，較為繁瑣，且無法快速、簡單求得相鄰樁基間的最小凈距。

本工程采用A u t o d e s k公司B I M系列軟件集中的R e v i t和Navisworks兩款軟件，利用碰撞檢查功能，可快速進(jìn)行碰樁校驗，且可以測量相鄰兩根樁基間的最小凈距，保證相鄰樁基間的安全間距。#6～#8泊位樁基布置模型如圖1所示。

通過運行碰撞檢查命令，檢測出兩對樁基（C16/C17、E16/E17）之間發(fā)生了碰撞。碰撞檢查報告和碰撞示意圖分別見圖2、圖3。

隨后，通過調(diào)整樁身斜度，消除了兩對樁基間的碰撞問題。同時，借助Navisworks軟件，對優(yōu)化后樁基凈間距進(jìn)行測量，如圖4所示。

3.打樁過程模擬

3.1模擬目的

本工程工期緊，打入樁數(shù)量多，且要趕在汛期到來之前“搶水位”施工。因此，科學(xué)合理地安排打樁順序，避免打樁過程中出現(xiàn)“交叉”和“碰撞”等問題至關(guān)重要。

本工程應(yīng)用Navisworks軟件，對樁基施工順序安排進(jìn)行了前期模擬，并結(jié)合模擬結(jié)果對打樁順序安排進(jìn)行優(yōu)化，避免打樁過程中出現(xiàn)“碰樁”和“碰船”，保證了樁基施工的順利完成。

3.2軟件工具簡介

Navisworks軟件是一款用于分析、虛擬漫游及仿真和數(shù)據(jù)整合的全面校審和三維數(shù)據(jù)協(xié)同BIM解決方案的軟件。它的主要功能有模型整合、虛擬漫游、碰撞檢測、沖突檢測、4D/5D施工模擬、渲染、動畫制作和數(shù)據(jù)發(fā)布等。

T i m e L i n e r工具是N a v i s works軟件的一個功能模塊，它可以從外部導(dǎo)入施工進(jìn)度計劃，并將進(jìn)度計劃與模型構(gòu)件關(guān)聯(lián)，以進(jìn)行4D模擬，并將模擬結(jié)果導(dǎo)出為圖像和動畫。

3.3打樁模擬流程

3.3.1模型處理及載入

首先需要在Revit中對所有樁基模型添加軸號（樁號）參數(shù)，如圖5所示?？梢酝ㄟ^二次開發(fā)插件進(jìn)行參數(shù)的批量自動添加。參數(shù)添加完畢后，整個模型導(dǎo)出為“nwc”格式，并載入到Navisworks中，如圖6所示。

3.3.2進(jìn)度文件導(dǎo)入

首先將樁基的施打時間安排錄入到P r oj e c t軟件，然后通過Navisworks的TimeLiner工具中的“數(shù)據(jù)源”選項卡將Project文件導(dǎo)入，并自動生成任務(wù)。隨后通過設(shè)置TimeLiner規(guī)則編輯器，利用“樁號”屬性將進(jìn)度安排自動賦予每根樁基并綁定。若后續(xù)更改Project文件，只需點擊同步即可完成Navisworks中的全部更新。設(shè)置好的TimeLiner工具如圖7所示。

3.3.3打樁模擬

通過“配置”選項卡對模擬進(jìn)行配置后，即可利用“模擬”選項卡對打樁過程進(jìn)行模擬。利用模擬結(jié)果，直觀地展示和驗證打樁安排的合理性，對打樁順序安排進(jìn)行優(yōu)化，并再次進(jìn)行模擬。過程中某時刻的打樁模擬情況如圖8所示。

4.結(jié)語

（1）利用BIM技術(shù)，可快速、直觀地校驗樁基碰撞情況，測量相鄰兩根樁基間的最小凈距，保證安全間距；

（2）利用Navisworks的TimeLiner模塊，對打樁過程進(jìn)行事前模擬，有助于科學(xué)合理地安排打樁順序，避免打樁過程中出現(xiàn)“交叉”和“碰撞”等問題。

（3）BIM技術(shù)在水運工程中的應(yīng)用尚屬于起步階段，應(yīng)用案例主要集中在設(shè)計階段和施工階段的單項或某幾項應(yīng)用上，實現(xiàn)全生命期的協(xié)同應(yīng)用將是下一步的工作重點之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]何關(guān)培.BIM總論[M].中國建筑工業(yè)出版社， 2011.

[2]劉松.水運基礎(chǔ)設(shè)施BIM協(xié)同設(shè)計云平臺及其應(yīng)用實踐[J].中國港灣建設(shè)，2017，37（10）： 74-77

[3]倪寅.BIM技術(shù)在水運工程中的應(yīng)用[J].水運工程，2018， （4）：128-133.

[4]鄒艷春，王煒正，賀軍昌.BIM技術(shù)在液化天然氣碼頭工程中的應(yīng)用[J].水運工程，2017， （7）： 160-164

[5]王勇，張建平.基于建筑信息模型的建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計[J].華南理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013， （3）：76-82.

[6]劉慶.Autodesk Navisworks應(yīng)用寶典[M].中國建筑工業(yè)出版社，2018.