王海濱

（長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443002）

我國“十一五”期間已將BIM 技術(shù)列入國家戰(zhàn)略性前瞻性技術(shù)來研究。與建筑領(lǐng)域相比，BIM 在水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用相對滯后。因此，對水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施BIM的應(yīng)用進(jìn)行整體把握并提出相應(yīng)的行業(yè)應(yīng)用推廣建議，對全面改變水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域信息化應(yīng)用水平的滯后現(xiàn)狀具有重要意義。2016 年，交通運(yùn)輸部將BIM 技術(shù)在交通建設(shè)行業(yè)的應(yīng)用規(guī)劃為“十三五”期十大重大技術(shù)方向和技術(shù)政策之首。2017 年12 月，交通運(yùn)輸部辦公廳發(fā)布“關(guān)于推進(jìn)公路水運(yùn)工程BIM 技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見”，在公路水運(yùn)工程中大力推進(jìn)BIM 技術(shù)的應(yīng)用，提升公路水運(yùn)工程建設(shè)品質(zhì)，落實(shí)全生命期管理理念。

1 工程概況

三峽庫區(qū)舊州河錨地位三峽壩上歸州水道右岸（長江上游航道里程82.5～86.2km），主要建設(shè)5000 噸級?；峰^位8 個，每個錨位由2 個直立式靠船墩組成。每個錨位可滿足4 艘5000 噸級?；反⒖浚そY(jié)構(gòu)滿足風(fēng)速小于6 級時8 艘5000 噸級普通貨船靠泊要求，配套建設(shè)電纜接岸棧橋、岸電設(shè)施、導(dǎo)助航設(shè)施等。

工程區(qū)域位于新華夏系第二隆起帶上，西有四川盆地，東有江漢平原，北北東向的新華夏構(gòu)造在壩區(qū)北部被強(qiáng)大的緯向構(gòu)造-秦嶺東西向構(gòu)造帶所限制，淮陽山字型的西翼直插本區(qū)。錨地區(qū)域巖土層空間分布特征明顯，層位分布穩(wěn)定，規(guī)律性較強(qiáng)?；鶐r各巖層呈互層狀伴隨，隨地形起伏較大，巖體內(nèi)節(jié)理、裂隙發(fā)育，局部巖體破碎，大部分區(qū)域覆蓋層較薄，局部覆蓋層較厚。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及鉆孔揭露，勘區(qū)主要為第四系沖積成因淤泥質(zhì)土、坡積粉質(zhì)黏土及侏羅紀(jì)（J2）泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉細(xì)砂巖等。

2 結(jié)構(gòu)方案比選

根據(jù)工程區(qū)域地質(zhì)條件，水工結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)可采用鉆孔灌注樁，根據(jù)結(jié)構(gòu)物規(guī)模、荷載大小選擇基巖作為樁基持力層?？看招褪皆诟邩抖张_結(jié)構(gòu)和高樁框架結(jié)構(gòu)兩種方案之間進(jìn)行比較選擇。

圖1 3#錨位高樁墩臺結(jié)構(gòu)剖面圖

方案一：靠船墩采用高樁墩臺結(jié)構(gòu)，墩臺頂標(biāo)高為164.0m，墩臺之上設(shè)置4 根鋼筋混凝土立柱；立柱頂設(shè)鋼筋混凝土平臺，平臺頂標(biāo)高為179.0m；墩臺之下設(shè)9 根鉆孔灌注樁。方案二：靠船墩采用高樁框架式結(jié)構(gòu)，樁基采用9 根灌注樁，施工水位以上采用8 根鋼立柱（內(nèi)灌混凝土）；立柱頂部設(shè)置鋼平臺，頂高程為179m。兩種方案優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1。

表1 靠船墩結(jié)構(gòu)方案對比表

從工程投資、工期保障、使用方便等方面考慮，采用方案一。靠船墩采用高樁墩臺結(jié)構(gòu)，墩臺之上設(shè)置4根鋼筋混凝土立柱，墩臺之下設(shè)9 根鉆孔灌注樁，臨江側(cè)3 根樁基外設(shè)2 根鋼靠船構(gòu)件和5 層系纜平臺；錨位緊鄰下游側(cè)系靠船墩上緣設(shè)置1 套岸電設(shè)施，主要包括導(dǎo)向架、電纜卷筒、接電箱平臺、限位浮箱和提升絞車；錨位岸電設(shè)施所需電纜通過電纜接岸棧橋由陸上接入系靠船墩頂部平臺，電纜接岸棧橋采用樁基架空結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)為實(shí)腹式鋼聯(lián)橋，基礎(chǔ)采用單根灌注樁。

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

2019 年，交通運(yùn)輸部組織有關(guān)單位在總結(jié)大量國內(nèi)水運(yùn)工程信息模型應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，借鑒國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，吸納水運(yùn)工程信息模型應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合我國水運(yùn)工程信息模型應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展需求先后制定了JTS-T198-1-2019 水運(yùn)工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、JTS-T198-2-2019 水運(yùn)工程設(shè)計(jì)信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和JTS-T198-3-2019 水運(yùn)工程施工信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)三部水運(yùn)工程信息模型標(biāo)準(zhǔn)，解決水運(yùn)工程缺乏相應(yīng)的信息模型標(biāo)準(zhǔn)的問題，推進(jìn)信息模型在水運(yùn)工程中的應(yīng)用。

大水位差深水靠船墩設(shè)計(jì)與其他建筑設(shè)計(jì)存在較大差別，靠船墩主體結(jié)構(gòu)分為上、下部結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)主要由樁基、鋼橫撐、鋼縱撐等組成，構(gòu)件形式較為簡單。上部結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜一點(diǎn)，包括靠船構(gòu)件、系纜平臺以及岸電設(shè)施的導(dǎo)向架、電纜卷筒、接電箱平臺、限位浮箱和提升絞車等。由于Autodesk 設(shè)計(jì)平臺開放性強(qiáng)、有較多的配套軟件和對象庫，核心建模軟件Revit 其他有關(guān)軟件與有很好的交互性[3]。結(jié)合靠船墩結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，Autodesk 可以滿足BIM 設(shè)計(jì)需要，完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作。同時Autodesk 平臺也存在對大體量模型的支持能力不足和Revit建模軟件在復(fù)雜曲面的造型能力不足的問題，但是考慮到靠船墩結(jié)構(gòu)整體上來說比較方正，還可以利用Autodesk 公司的Inventor 軟件對有比較復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)的系船柱進(jìn)行建模，通過BIM 交換功能轉(zhuǎn)換成Revit族使用，可以有效解決上述問題。

3.2 總平面圖布置

本工程BIM 設(shè)計(jì)主要包含有：總平面布置、導(dǎo)助航設(shè)施、水工建筑物、岸電設(shè)施、碰撞檢查和工程量計(jì)算。總平面布置包括錨泊方式展示和平面布置方案。通過結(jié)合衛(wèi)星云圖和精確的勘測地形對工程平面布置進(jìn)行了可視化模擬。如圖2 所示，勘測資料導(dǎo)入BIM 建模軟件后生成三維地形，用模型線繪制出結(jié)構(gòu)輪廓，統(tǒng)一各專業(yè)項(xiàng)目基點(diǎn)。此文件被存為項(xiàng)目中心文件，各專業(yè)將在此文件基礎(chǔ)上進(jìn)行BIM 設(shè)計(jì)。

圖2 舊州河錨地總平面布置

3.3 水工建筑物

不同于傳統(tǒng)建筑專業(yè)可直接使用大量BIM 建模軟件的內(nèi)部系統(tǒng)族，水工建筑物BIM 設(shè)計(jì)包含了大量不規(guī)則結(jié)構(gòu)建模。為了準(zhǔn)確的包含所有的設(shè)計(jì)信息，在進(jìn)行BIM 設(shè)計(jì)之前，對水工結(jié)構(gòu)進(jìn)行了構(gòu)件級分解。為了適應(yīng)設(shè)計(jì)的多樣性和族文件的延伸應(yīng)用，對所有構(gòu)件進(jìn)行了參數(shù)化建模。參數(shù)化的族可以根據(jù)需要直接通過修改數(shù)值來對模型進(jìn)行修改。所有的構(gòu)件組導(dǎo)入中心文件，根據(jù)需要進(jìn)行模型搭建，形成最終的結(jié)構(gòu)模型。與此同時也建立起了一個屬于本項(xiàng)目的小型族庫和材質(zhì)庫，并在中心文件中進(jìn)行共享，方便各專業(yè)進(jìn)行使用和材質(zhì)統(tǒng)一。

圖3 水工結(jié)構(gòu)構(gòu)件分解

利用Inventor 對岸電浮箱軌道架進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，并輸出adsk 格式的族文件，再加載到Revit 軟件之中，為本工程提供搭建BIM 模型的族文件。

3.4 碰撞檢查

通過BIM 模型進(jìn)行三維可視化設(shè)計(jì)，直觀地反應(yīng)出由于想象能力的不足所帶來的細(xì)節(jié)碰撞，提高設(shè)計(jì)效率和工程量統(tǒng)計(jì)精確度?？捎行p少設(shè)計(jì)修改帶來的各專業(yè)間溝通時間和信息丟失。

在圖4 中可見，墩臺的平面設(shè)有限速靠泊標(biāo)志、岸電電纜卷筒、提升絞車和鋼爬梯出口。通過以水工結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的中心文件，各個專業(yè)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時直接避免不必要的結(jié)構(gòu)碰撞，減少設(shè)計(jì)返工時間，使各專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計(jì)更有效率。除了直觀的碰撞，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的碰撞通過專業(yè)軟件進(jìn)行檢查，通過檢查報(bào)告找到碰撞構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，碰撞檢查如圖5 所示。

圖4 3#錨位靠船墩俯視圖

圖5 碰撞檢查

3.5 后續(xù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

本項(xiàng)目BIM 設(shè)計(jì)以總平面布置為基礎(chǔ)，水工建筑物為結(jié)構(gòu)中心文件，方便各專業(yè)同時進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過使用BIM 平臺，在設(shè)計(jì)階段直接規(guī)避常見設(shè)計(jì)問題，提高專業(yè)間溝通效率，有效減少信息傳遞的流失，從而起到提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的效果。設(shè)計(jì)階段BIM 模型因?yàn)榘虼蟮臄?shù)據(jù)，所以可以在施工圖設(shè)計(jì)階段對模型進(jìn)行精細(xì)化的分解，將整個項(xiàng)目分解到最小的組成構(gòu)件，再根據(jù)實(shí)際施工方案進(jìn)行拼接。通過運(yùn)用BIM 模型對實(shí)際施工流程進(jìn)行一次數(shù)字化模擬，可以有效地幫助發(fā)現(xiàn)實(shí)際施工中可能會出現(xiàn)的困難點(diǎn)。同時，運(yùn)用Navisworks Manage 結(jié)合Project 軟件，可以對項(xiàng)目進(jìn)行施工進(jìn)度（4d）和費(fèi)用（5d）模擬，賦予各構(gòu)件工期及造價屬性，可以進(jìn)行施工進(jìn)度就費(fèi)用工程模擬，通過直觀的對比，控制施工進(jìn)度、費(fèi)用。

在施工期間，利用BIM 管理平臺，可讓業(yè)主方、設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方僅通過移動設(shè)備對項(xiàng)目進(jìn)行進(jìn)度、費(fèi)用問題管理。同時在施工現(xiàn)場，通過移動設(shè)備，發(fā)現(xiàn)問題及時上報(bào)，即時解決，大大減少了時間成本，從而加快項(xiàng)目施工進(jìn)度。

4 結(jié)語

本文結(jié)合三峽庫區(qū)深水靠船墩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的特點(diǎn)，選擇Autodesk 作為主力平臺進(jìn)行三維建模，為了提高效率，引入BIM 的參數(shù)化建模思想，分析并設(shè)計(jì)場景的參數(shù)化建模思路，提出了庫區(qū)深水靠船墩參數(shù)化建模方法，實(shí)現(xiàn)了集成可視化交互、信息交互、交互建模以及分析應(yīng)用的一體化空間的三維可視化場景。

通過對深水靠船墩模型的構(gòu)建與應(yīng)用，結(jié)合其他真實(shí)水運(yùn)工程場景具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜和種類多樣的特點(diǎn)，后續(xù)仍有包括場景要素的參數(shù)化建模、BIM 模型與多源數(shù)據(jù)的融合等問題需要進(jìn)一步展開研究。