关于BIM技术在水工码头施工中的应用研究与开发

2021-06-04 12:28发布

BIM技术最先起源于美国,经过一段时间的探索与研究,BIM已经发展为具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性八大特点的工程管理系统。近几年中国从西方引进的BIM技术,已在国内现代化建设进程中发挥着举足轻重的作用。中国引进BIM后,在房建及地铁施工中已取得良好的效益,但在水工码头领域还未有所突破。南通通海码头一期工程作为典型的水工码头项目,存在诸多施工难点。通过引入鲁班BIM等技术,南通通海码头一期工程项目的进度、质量、安全、成本等方面的管理水平均有了长足的提升。本项目作为水工码头领域BIM应用的实例,将为BIM技术在水工码头领域的应用研究提供新的思路。


通海码头一期工程位于南通市与海门市交界处。工程拟建设7万吨级高桩码头一座,外档布置3个7万吨级杂货泊位,预留集装箱功能,上游内档建设一个5000吨级杂货泊位,以及相关配套设施。码头设计年通过能力537.3万吨。码头建设工期为440天。


通海码头一期工程模型


BIM应用的必要性


通海码头一期工程工期短,工程规模大。要想如期完成码头建设,必须投入大量的船机设备。如果采用原有的管理手段,势必会投入大量的人力物力,管理成本也会大幅度增加。因此必须在常规的工程管理模式中进行改进创新,减少管理人员和管理成本,提高工程建设管理效率,因此通海码头建设管理难点主要体现在以下两点:


如何协调施工管理手段落后与现有先进设备的矛盾。设备技术的革新会提高生产效率。但是在大量设备同时投入施工时往往会由于管理手段的落后,导致设备不能最大程度地发挥其产能。因此在设备技术革新的同时管理手段也需要升级,否则就会造成资源的浪费。BIM技术在协调设备运行以及进度管理方面可以做到精细化管理,并且在国内众多地铁项目中都有不错的应用效果,因此通海码头工程尝试应用鲁班BIM技术来管理进度。


如何整合信息,用信息化管理手段提升管理效率。要在440天内完成如此大规模的码头建设,信息管理是关键。信息化管理是国家倡导的管理模式,也是建筑行业发展的趋势。中交系统相继开发了众多信息化管理平台,但是这些管理平台都是独立运行,存在着数据重复录入等弊端。为了能够高效地应用这些信息管理平台,需要完成信息数据整合利用。BIM技术就是以信息为核心的管理系统,在数据搜集和信息整合方面都有着强大的功能,因此通海码头工程尝试应用鲁班BIM技术来进行信息化管理。


BIM信息的整合与再利用


BIM模型建立及图纸找错


BIM技术应用的第一步是进行模型建立。BIM技术对工程的管理是在模型的基础上完成的。BIM系统中有许多建模软件,其中REVIT软件应用较为广泛。它具有三大特点:使用广泛,操作便捷;功能强大,插件丰富;源代码公开。项目部通过BIM技术系统中的REVIT软件,完成了通海码头模型的建立。


3D模型比图纸具有更为强烈的直观性,对施工图审核提供了便捷。工程师虽然可以通过二维图纸发现设计错误,但是需要花费大量的时间精力。通过设计图建立三维模型后,工程师可以快速直观地找出设计不合理处,为后续施工扫除障碍。


在完成通海码头模型建立后,项目管理人员第一时间发现了设计图纸中两处最明显的错误:一处是码头排水口面板的尺寸偏差,另外一处则是变电所平台PHC管桩碰桩,这为后续施工提供了便捷。


排水口构件尺寸误差


通过BIM技术优化现场施工部署


要在440天内完成大规模的码头建设,进度管理是决不允许有任何差错的。可要想如期完工就必须投入大量的船机设备。本工程预计要投入三艘打桩船,两艘搅拌船,四艘起重船,若干运输船和交通船。


本工程水上施工区域紧邻常熟锚地,在狭小的施工区域内投入如此多的船机,若船机施工安排部署稍有不妥,各个船机之间势必会相互影响,最终将导致工期延长。


工程师通过BIM系统中NAVISWORKS软件将施工进度进行5D(三维+时间+成本)模拟,常规的进度管理软件PROJECT只能简单显示数量及百分比,而NAVISWORKS软件可以将进度计划精确到具体构件,并通过模型展示。将进度计划用模型进行3D模拟,便于工程人员估算施工时间和施工成本,同时发现施工计划安排的不合理,更便于施工计划的调整修改。


变电所平台碰桩


通过NAVISWORKS软件将关键位置的桩的打设进度精确到具体桩位,并通过模型进行3D模拟。


经过反复多次的模拟施工,将沉桩计划安排得更为合理,这样可以避免在实际施工过程中出现纰漏,尽可能节约工期,降低成本。


模拟施工在通海码头工程还运用在了技术交底环节,在技术交底时通过三维动画演示,可以更加直观地对一线班组进行交底,比以往的技术交底效果更好。


打桩船根据每一阶段项目部提供的沉桩进度计划表来进行沉桩作业,有效防止了漏桩现象的产生,同时也最大程度的避免了与其他船机发生干扰而影响进度。


在板件安装等其他工序施工中,通过NAVISWORKS软件将进度计划精确到具体构件,将进度计划在原有的基础上进行优化,为施工进度管理提供了高效便捷的服务。


沉桩进度精确到构件


沉桩施工进度模拟


通过BIM技术进行方案模拟和工艺交底


基于鲁班BIM技术,码头项目以建筑模型为基础,制作施工动画,进行工程施工方案的模拟演示,以直观的三维展示,论证施工方案的可操作性和合理性。通过三维动画制作能真实再现施工过程,将施工细节通过三维动画制作软件展现出来,提高了施工人员的工作效率,使施工工序更简明易懂,将施工工序通过施工动画准确地传递给施工人员。


通过BIM模型实现数据一体化管理


构件参数查看图


在构件施工结束后,由一线施工人员对BIM模型进行维护。例如每沉完一根桩,都要将沉桩的参数及时录入到BIM模型中,录入模型的参数会同步上传到云平台,各个分部的施工人员都可以查看,便于构件质量控制,便于后续进度计划进行相应的调整。


录入BIM系统的参数,都存储在同一个BIM模型内,每个工程人员都可以在同一个平台内进行各个分项的工作,各个部门也可以在同一个平台内进行协调合作,在实现数据一体化管理后,工作效率得到了提高。


鲁班BIM系统自身带有数据筛选统计功能,工程人员可以根据实际需求,对参数进行筛选统计,并可导出相对应的统计表,对后续工作的顺利开展提供基础。


现场施工人员对照实际生产情况,将每个构件的参数信息如实录入进BIM系统,管理人员可以直接通过BIM模型,对所需要的信息进行筛选查询。相较于常规的纸质资料,BIM模型内的数据信息更为全面,查询更为便捷,高效的数据管理提高了项目部的工作效率。


信息统计表示意图


通过BIM技术实现施工现场信息化管理


将鲁班BIM系统与现场监控系统对接,在鲁班BIM系统内实现现场监控。对施工现场的人员设备进行定位,为工程建设的安全管理提供高效便捷的服务。


通海码头施工现场装有10个监控探头。


现场监控探头布置图


监控画面查看


监控探头所拍摄到的画面均可在BIM系统内查看,对现场人员及设备可以达到定位功能。对于现场违章行为可以进行即时抓拍,提高施工安全管理效率。


将开发的“三航现场通”APP与鲁班BIM系统对接。施工人员在现场可以即时上传安全质量信息,项目管理人员可以随时随地对现场进行指令发送,对下达的指令可以跟踪查询,便于工程安全及质量的管理。


“三航现场通”APP


通过BIM进行4D进度管理


Luban Plan进度管理


BIM模型的三维可视化功能,为项目进度管理提供极大的便利,基于三维模型,加入施工状态信息,形成了基于BIM技术的4D进度管理,可视化效果强,与传统的进度报告单相比,进度信息承载能力强大,表现力突出。传统施工现场进度只是以数量的形式呈现,运用BIM软件可以实现工程进度的可视化,同时将施工计划进度和实际进度进行对比,进而可以更加直观合理地安排施工进度。利用鲁班BIM平台,项目管理人员可实时直观地查看项目现场的施工进度虚拟沙盘,与计划进度对比偏差。根据系统的计算结果,分析总结是否存在提高效率的可能性,合理安排下阶段施工所需材料及资金。


将BIM技术与各个管理平台对接


目前,中交系统内有许多工程管理平台。例如中交第三航务工程局安全质量管理平台、中交三航局有限公司材料核销闭合管理系统、混凝土生产全过程监控管理信息系统等。但是各个管理平台登录网站都不同,网站的管理方也不同,而且存在数据重复录入的弊端。


为了将这些管理平台与BIM系统有效对接,使BIM系统成为信息管理平台的中心枢纽,项目部研发了插件将各个管理平台对接到BIM系统。对接后,所有的管理平台都可以共享BIM系统内的施工数据信息,减少重复录入数据,而且在BIM系统内可以查看所有信息管理平台的数据信息,因此施工管理效率得到了提高。


中交集团开发的混凝土生产全过程监控管理信息系统,可以直接从混凝土搅拌站自动统计混凝土的强度、配合比、塌落度等参数信息,将这些信息在BIM系统内对应到相应的混凝土构件,就可以自动生成“混凝土构件查询册”,只要点击“混凝土构件查询册”,就可以查询到该构件的混凝土参数信息,为现场构件的质量把控提供便捷。


使建设管理更加高效便捷


在BIM技术的指导下,码头建设目前没有出现工期延误、成本超值、安全事故等不利影响,而且在BIM系统的帮助下,工程建设管理比以往类似的工程更加高效便捷。尤其在以下两个方面,BIM技术应用效果比较理想。


BIM技术应用后,施工图审核的准确性及效率得到了提高。施工进度实现了可视化管理,并且通过BIM技术的模拟施工功能,有效避免了船机之间的相互影响。在所有船机发挥出最大产能的同时,项目管理人员没有额外增加,管理成本也在可控范围内。因此BIM技术有效地协调了管理手段落后与现有先进设备之间的矛盾。


BIM模型作为信息枢纽,为工程资料的搜集、整理、查询提供了便捷;施工现场的安全在BIM系统管理下实现了现场实时监控,对人员设备进行了定位管理,有效防治了安全事故的发生;将各个独立运行的管理平台与BIM系统有效对接,实现了数据共享,避免了数据重复录入,简化了信息管理平台的操作,减轻了工作量。通过BIM技术整合信息,实现了信息化管理,提高了工作效率。



后续研究方向


1.研究基于BIM系统对实体工程的质量控制


为了对工程实体进行更好的质量控制,通过参数录入,更新施工模型构件至实际构件的尺寸与定位,并可切换或对比两者。


2.研究基于BIM系统对现场实际施工中的人机料汇总


在施工成本控制中,对现场实际人机料的投入进行详细统计。对于使用的人工、大型机械与材料使用量,根据批次与所用区域或构件对应上,进行统计,来确定人机料物资需求。


3.研究基于BIM模型的现场安全管理应用研究与开发


通过BIM模型可以对现场施工人员进行精确定位,并可查看该施工人员是否接受过安全教育培训及其他信息。对于现场出现的船机设备等进行定位,并查询该设备是否进行过报验。


4.研究基于BIM模型的施工信息及文件的应用研究与开发


研究构建施工文档储存系统方法,实现根据账户权限,通过施工信息模型构件调用储存系统功能,管理施工文件。


BIM在通海码头一期工程的应用过程中,我们既看到了BIM技术的优势,也提出了后续研究的新方向。BIM最开始是针对欧美国家工程管理的软件,在其中国化的过程中势必会出现各种各样的问题。


在今后对BIM技术应用的研究探索中,可以在如何更为便捷地建模,如何更为便捷地录入导出数据,以及在施工模拟过程中加入更为完备的船机和人员、更为真实地模拟施工流程这三个方面做深入研究。让BIM技术在中国的应用更为广泛。


文章来源:https://www.bimsq.com
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