BIM技術(shù)在太平排澇泵站施工中的應(yīng)用

范浩威，盧 杰，馬定球

(廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東 東莞 523710)

1 項(xiàng)目概況

太平排澇泵站工程位于佛山市南海區(qū)西樵鎮(zhèn)樵桑聯(lián)圍南片的桑園圍吉水片內(nèi)，工程按照30年一遇 24 h 設(shè)計(jì)暴雨1 d排干并控制圍內(nèi)水位低于1.10 m的排澇標(biāo)準(zhǔn),新建排澇泵站設(shè)計(jì)排澇流量為30.0 m3/s，安裝4臺(tái)1 600ZLQ-6型立式軸流泵，配套4臺(tái)TL1 000-20/2 150型同步電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)揚(yáng)程工況下單泵裝機(jī)流量為8.38 m3/s，總裝機(jī)流量為33.52 m3/s，單泵裝機(jī)容量為1 000 kW，總裝機(jī)容量為4 000 kW。工程采用堤后式設(shè)置泵房的布置方案，泵站和太平船閘之間設(shè)置人工隔離島分離。主要建筑物按進(jìn)出水口方向順序?yàn)?內(nèi)引涌護(hù)底段、內(nèi)引涌橋涵段、內(nèi)涌反濾段、內(nèi)涌清污閘段、內(nèi)涌進(jìn)水前池段、內(nèi)涌進(jìn)水池段、泵房段、出水涵洞段、外江防洪閘段、外江斜坡段、外江消力池段、外江護(hù)坦段等。泵站中心線垂直于堤圍，泵站內(nèi)涌清污閘段至外江消力池段中心線與太平船閘軸線平行，兩者距離約29 m，泵站內(nèi)引涌段至內(nèi)涌護(hù)坦段中心線與太平船閘軸線大致成28°夾角，泵站外江消力池段至外江護(hù)坦段中心線與太平船閘軸線大致成32°夾角。

本工程等別為Ⅲ等，泵站規(guī)模為中型，出水涵洞及外江防洪閘建筑物級(jí)別為2級(jí)，其余永久性主要建筑物為3級(jí)，永久性次要建筑物為4級(jí)，臨時(shí)性水工建筑物級(jí)別為4級(jí)。太平排澇泵站平面布置圖示意如圖1所示。

圖1 太平排澇泵站平面布置示意

2 項(xiàng)目施工難點(diǎn)

該工程項(xiàng)目施工難點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)項(xiàng)目工期緊，任務(wù)重;

2)現(xiàn)場(chǎng)狹長(zhǎng)，機(jī)械設(shè)備多，交叉作業(yè)影響大;

3)臨近船閘不平衡深基坑施工難度大，安全管控風(fēng)險(xiǎn)高;

4)主廠房支撐體系設(shè)計(jì)難度大。

采用傳統(tǒng)方法，大多數(shù)水工施工圖紙較少考慮其他專業(yè)，一些復(fù)雜節(jié)點(diǎn)只能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工，這不僅影響施工進(jìn)度，施工成本也會(huì)大大增加。利用BIM技術(shù)，工程各參與方可以通過(guò)BIM建模進(jìn)行工程信息交換和共享；能夠預(yù)先進(jìn)行碰撞檢查，節(jié)省大量的時(shí)間、人力以及財(cái)力，大大提高了工作效率，也便于工程的管理與控制。因此，經(jīng)多方比較和分析研究，決定采用BIM技術(shù)來(lái)實(shí)施。

3 BIM技術(shù)的應(yīng)用

3.1 BIM模型建立

在項(xiàng)目施工前期，根據(jù)項(xiàng)目施工圖紙，利用Revit軟件完成本項(xiàng)目BIM模型的建立，實(shí)現(xiàn)了二維圖紙向三維模型的轉(zhuǎn)變，有效的避免了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的思維盲區(qū)，能清晰地表達(dá)出設(shè)計(jì)意圖，反映項(xiàng)目設(shè)計(jì)情況。太平排澇泵站三維模型示意如圖2所示。

圖2 太平排澇泵站三維模型示意

3.2 流道模型建立

由于流道模板制作施工難度大、外觀質(zhì)量要求高，若采用傳統(tǒng)的施工工藝靠經(jīng)驗(yàn)一邊拼裝一邊下料法，不但施工進(jìn)度慢，材料浪費(fèi)多，施工成本高，而且龍骨受力不均，質(zhì)量難以控制。通過(guò)利用BIM技術(shù)解決流道制造進(jìn)度、精度、質(zhì)量的同時(shí)，又可以節(jié)約成本。流道三維模型示意如圖3所示。

3.3 深化設(shè)計(jì)

通過(guò)BIM技術(shù)三維深化設(shè)計(jì)，可以直觀的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙中的問(wèn)題，如孔位接口位置不符等。通過(guò)對(duì)圖紙進(jìn)行二次優(yōu)化，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)圖紙，減少返工情況，加快施工進(jìn)度。孔位接口位置不符示意如圖4所示。

圖3 流道三維模型示意

圖4 孔位接口位置不符示意

3.4 二維碼技術(shù)應(yīng)用

在工程項(xiàng)目施工過(guò)程中，傳統(tǒng)的技術(shù)交底是通過(guò)面對(duì)面講解紙質(zhì)交底文件，存在著“一次管一年”、“聽(tīng)完就完事”的現(xiàn)象，使交底流于形式。

二維碼具有儲(chǔ)存量大、保密性高、追蹤性高、抗損性強(qiáng)、成本便宜等特點(diǎn)，將相關(guān)技術(shù)交底、設(shè)備管理等資料文檔鏈接制作成二維碼，二維碼的唯一性確保文件與模型的一一對(duì)應(yīng)，將二維碼進(jìn)行打印并粘貼到作業(yè)區(qū)域，施工班組人員僅通過(guò)掃一掃二維碼的方式，即可查閱二維碼所鏈接的內(nèi)容，不用再去尋找相關(guān)的紙質(zhì)文檔。不僅為施工班組人員提供了便利，也方便后臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)，對(duì)工人進(jìn)行督查，避免技術(shù)質(zhì)量等事故的發(fā)生。二維碼信息管理系統(tǒng)示意如圖5所示，后臺(tái)統(tǒng)計(jì)示意如圖6所示。

3.5 施工方案模擬與優(yōu)化

項(xiàng)目工程范圍廣，涉及危大工程，為保證危大工程的安全性及其施工方案的可行性，利用BIM技術(shù)進(jìn)行施工方案模擬與優(yōu)化顯得十分重要。以主廠房梁板高支模為例，支撐體系在標(biāo)高8.2 m電機(jī)層結(jié)構(gòu)梁板

圖5 二維碼信息管理系統(tǒng)示意

圖6 后臺(tái)統(tǒng)計(jì)示意

上搭設(shè)高度 15.16 m，架體縱向長(zhǎng)度為34.6 m，橫向?qū)挾葹?3 m，其中框梁主要截面尺寸為350 mm×1 200 mm、350 mm×700 mm、300 mm×700 mm、240 mm×700 mm、240 mm×500 mm、260 mm×600 mm、240 mm×600 mm，板厚為140 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。支撐體系采用普通鋼管扣件式滿堂支撐體系，搭設(shè)在混凝土板上。根據(jù)事故分析，高支模支撐坍塌事故主要發(fā)生原因?yàn)榧荏w立桿失穩(wěn)破壞造成。因此，針對(duì)高支模支撐承受荷載和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，增大荷載分項(xiàng)系數(shù)，采用設(shè)置水平拉桿、豎向及水平剪刀撐等加固措施，以提高高支模支撐的整體穩(wěn)定強(qiáng)度和剛度。

主廠房梁板高支模通過(guò)利用BIM技術(shù)輔助施工，進(jìn)行總體工籌策劃、可視化交底，利用BIM技術(shù)反饋施工方案中存在的潛在問(wèn)題，通過(guò)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的對(duì)比，優(yōu)化施工方案，提高施工方案質(zhì)量，加快施工效率，減少10%的現(xiàn)場(chǎng)施工返工，縮短腳手架搭設(shè)工期2 d。高支模架體周轉(zhuǎn)材料計(jì)劃見(jiàn)表1所示，主廠房高支模施工模擬示意如圖7所示。

表1 高支模架體周轉(zhuǎn)材料計(jì)劃

圖7 主廠房高支模施工模擬示意

3.6 無(wú)人機(jī)進(jìn)度實(shí)施把控

由于本工程建設(shè)內(nèi)容多樣、專業(yè)交叉復(fù)雜、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高，施工階段，全面應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)建設(shè)全過(guò)程進(jìn)行輔助與管控顯得十分必要。

通過(guò)全景航拍，實(shí)現(xiàn)基于無(wú)人機(jī)技術(shù)的信息化應(yīng)用，通過(guò)第三方平臺(tái)與移動(dòng)端實(shí)時(shí)展示施工場(chǎng)景、施工進(jìn)度與施工安全管理的現(xiàn)狀，使項(xiàng)目相關(guān)人員能夠及時(shí)掌握項(xiàng)目動(dòng)態(tài)，輔助對(duì)工程建設(shè)的全過(guò)程監(jiān)督。太平排澇泵站無(wú)人機(jī)航拍進(jìn)度追蹤示意如圖8所示。

3.7 無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是將無(wú)人機(jī)技術(shù)和傾斜攝影技術(shù)有效結(jié)合，通過(guò)無(wú)人機(jī)獲取同一位置多個(gè)角度的影像資料，對(duì)影像進(jìn)行預(yù)處理，利用區(qū)域聯(lián)合平差方法，獲取影像的形態(tài)與空間位置；利用多視角影像密集匹配技術(shù)，獲取影像坐標(biāo)，從而得到對(duì)應(yīng)地物的三維點(diǎn)云；利用TIN網(wǎng)格構(gòu)建技術(shù)，獲得具有地表真實(shí)形態(tài)和紋理特征的三維模型。與傳統(tǒng)的人工建模技術(shù)相比，無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)具有高精度、高效率、高真實(shí)感和低成本的優(yōu)點(diǎn)。

圖8 太平排澇泵站無(wú)人機(jī)航拍進(jìn)度追蹤示意

通過(guò)利用BIM技術(shù)，將平面布置CAD圖與原型地形表面模型形成對(duì)應(yīng)關(guān)系，原始地形表面模型投影到設(shè)計(jì)平面上，利用平整場(chǎng)地的功能，將各高程點(diǎn)調(diào)整至設(shè)計(jì)平面上的高程值，從而得到土方工程量，進(jìn)行土方調(diào)配，實(shí)現(xiàn)工程的土方平衡。太平排澇泵站GIS模型示意如圖9所示，太平排澇泵站土方平衡示意如圖10所示。

圖9 太平排澇泵站GIS模型示意

3.8土方結(jié)算三維算量復(fù)核

創(chuàng)新性地把civil 3D軟件應(yīng)用到了水利項(xiàng)目的施工中，基于獨(dú)立開(kāi)發(fā)的二次開(kāi)發(fā)插件集，模擬各已完成土方結(jié)算的地形曲面，進(jìn)行土方結(jié)算三維算量復(fù)核。

圖10 太平排澇泵站土方平衡示意

通過(guò)利用BIM技術(shù)，避免出現(xiàn)土方重復(fù)結(jié)算的情況，減少項(xiàng)目損失。太平排澇泵站土方結(jié)算三維算量復(fù)核圖示意如圖11所示。

圖11 土方結(jié)算三維算量復(fù)核示意

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)BIM規(guī)劃和管理，將全專業(yè)的BIM模型整合校對(duì)，并在施工過(guò)程中實(shí)時(shí)根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際施工結(jié)果，更新原始的設(shè)計(jì)模型，使模型包含項(xiàng)目整個(gè)施工過(guò)程的真實(shí)信息，包括工程建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等各專業(yè)相關(guān)模型大量、準(zhǔn)確的工程和構(gòu)件信息。

BIM模型與相關(guān)計(jì)算軟件的結(jié)合在實(shí)踐中展現(xiàn)了其高效的建模、計(jì)算能力，采用BIM技術(shù)進(jìn)行施工模擬與優(yōu)化及深化設(shè)計(jì)，確保施工的準(zhǔn)確性和可行性，提高了項(xiàng)目質(zhì)量和效率。基于信息化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程中進(jìn)度、質(zhì)量、安全、協(xié)調(diào)等全過(guò)程動(dòng)態(tài)管理，改變傳統(tǒng)項(xiàng)目管理模式，縮短項(xiàng)目工期，控制項(xiàng)目成本、提升項(xiàng)目質(zhì)量。通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)施，結(jié)合水利項(xiàng)目的自身特點(diǎn)，形成水利項(xiàng)目BIM應(yīng)用體系。