閘墩施工質量管理BIM技術應用

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【摘要】依托河南某水閘項目，采用Autodesk平臺探索BIM技術在水閘施工管理中的應用。應用BIM技術優化施工方案，快速準確復核工程量，模擬施工流程，并通過BIM模型實現質量動態控制，從而保證工程施工質量，提高施工管理水平。

【關鍵詞】BIM；閘墩；施工模擬；質量控制

1研究背景

應用BIM技術可實現工程幾何模型與屬性信息的融合，據此合理調整施工工序，實現施工過程信息化與精細化管理，檢驗結構構造、功能，優化施工組織設計，提高工程質量。以Revit為建模軟件，制作參數化族及族文件，添加參數后成庫，可在其他項目重復利用，提高建模速度。通過建立BIM參數化三維模型進行場地布置和工程量計算，將模型導入Navisworks進行深化設計、碰撞檢查、虛擬施工，進而論證施工方案的可行性。傳統質量控制存在信息孤島、協同程度低、不具可視化等問題，基于BIM技術的施工過程質量控制可提高工程質量管理水平。本文依托北汝河大陳攔河閘除險加固工程，基于bim技術，通過模型構建、碰撞檢查、工程量核算、施工工藝模擬和動態質量控制，研究基于BIM技術的變截面閘墩施工動態質量管理實施路徑。

2模型構建

許昌市北汝河大陳攔河閘除險加固工程位于河南省襄城縣境內，屬Ⅱ等大型水閘工程。本工程共12孔，單孔凈寬10.0m，總寬143.5m。6個中墩為大體積混凝土，長23.0m，寬1.5m，高11.5m。閘墩部分要求導管出料口距混凝土澆筑面始終保持在0.8～1.5m。閘墩分層澆筑，每層澆筑厚度不大于50cm，要求設置降溫冷水管。本研究的主要目的是優化閘墩施工工藝，促進質量管理信息化，但閘墩與其他構件如閘底板、兩岸翼墻、岸墻、上部建筑物和公路橋等均有連接關系，忽視其他構件，只對閘墩建模不可行，需對大陳閘進行整體建模。通常建筑模型建立均為一個構件（如梁、板、柱），在模型中是一個單獨圖元，在房屋建筑中，每層獨立構件均為一次澆筑成型，然而在水工建筑中許多構件體積巨大，無法一次成型。這種構件如果只用一個模型圖元進行構建不合理，所以在該項目建模中，對主要研究的閘墩構件采用單構件分層的模式進行多圖元建模，對其余構件仍按正常單構件、單圖元建模。建模過程中，針對大陳閘項目所需提供的技術支持，對模型進行參數化建立，建模過程分為以下3個步驟。

2.1信息收集與整理

三維建模之前，首先收集項目水工圖紙、建筑圖紙、施工技術方案等項目資料，對其進行整理歸類，根據資料規劃整個建模流程。

2.2族的制作

該步驟主要工作是項目所需族庫的設計制作（有一部分是通用族庫）。首先對閘墩部分進行參數化分層設計，使制作的構件族可進行后續工作。以其中某一中墩參數化設計為例，針對項目需求將整個閘墩設計成可按高度分層的若干部分，通過參數驅動實現幾何形狀改變，閘墩形狀為自下而上的收口，收口后又自下而上進行擴口，如圖1所示。將整個閘墩分為兩部分，閘墩下部自下而上收口為第1部分；閘墩上部自下而上擴口為第2部分。第1部分閘墩形狀采用Revit族環境中的融合命令制作，通過參數控制上下兩底面的二維形狀生成三維模型，構件參數如圖2所示。其中，a1為閘墩下部下底面第1部分（尾部）長度；a1-1為閘墩下部上底面尾部長度；a2為閘墩第2部分（中部）長度；a3為第3部分（門槽）長度；a4為閘墩下部下底面第4部分（頭部）長度；a4-1為閘墩下部上底面頭部長度；b1為門槽寬度；b2為閘墩寬度。第2部分自下向上擴口也同樣使用融合命令生成。此部分參數化驅動思路是：先生成整體形狀，再通過參數控制空心形狀剪切實體形狀并形成所需構件圖元。另外，閘墩上還附帶牛腿構件，牛腿采用Revit族環境中的拉伸命令生成整體形狀，生成后在構件上下方各制作1個空心形狀，通過參數控制空心形狀剪切實心形狀，從而控制整體圖元形狀。大陳閘共有閘墩13個，包含邊墩、縫墩和中墩3種類型，均按此思路進行參數化設計。在完成閘墩模型分層構件參數化設計后，開始對整個水閘項目其他族構件（如排架柱、岸墻、檢修橋、公路橋箱形梁、公路橋路面、護欄等）進行族的制作。

2.3模型整體拼裝

大陳閘模型整體由地形、水工、建筑、公路等模型組成，其中水工和公路共同構建，建筑模型（包含啟閉機房和控制室）中閘墩分層構件的拼裝是關鍵環節。針對閘墩拼裝，根據其施工要求單獨設計一個標高，分層閘墩圖元每層標高為500mm，共有23個標高，整個閘墩模型總高11.5m。根據設計標高進行閘墩模型拼裝，拼裝后根據分層閘墩構件所在標高位置形狀進行參數調整，拼裝也按設計族的理念進行。閘墩第1部分形狀為自下而上收口，參數驅動使其變成收口形狀。閘墩模型完成后，開始對剩余部件進行組裝，最后得到大陳閘整體模型，如圖3所示。

3工程應用

3.1施工方案優化

在閘墩施工前，利用BIM技術進行虛擬建造，利用Navisworks的檢查功能對閘墩施工整體布局進行優化，提前消除不協調部分；利用軟件進行漫游，查找閘墩中是否存在不合理之處。通過檢查發現閘墩與墊塊形狀不協調、邊墩與下游翼墻存在碰撞等問題，如圖4，5所示。

3.2工程量統計

水閘工程中，異形構件較多，如弧形翼墻、閘墩、箱式岸墻、護坡等，工程量統計較繁瑣，利用BIM技術可對工程量進行復核，大大降低工程量統計強度，提高統計數據的準確性。

3.3閘墩施工工藝模擬

利用BIM可視化特點，在閘墩大體積混凝土澆筑專項方案制定時，能清晰表達各工序、部位（如模板、閘墩混凝土、泵管、降溫冷水管）之間的“空間-時間”關系，使技術人員一目了然，改變以往“方案以文字描述為主，使閱讀者難以快速理解”的狀況。施工工藝模擬如圖6所示。

3.4閘墩混凝土澆筑質量控制

閘墩迎水面（變截面部分）高7.5m，從閘底板向上逐漸收口，呈“下大上小”的形式，須整體一次澆筑，不利于混凝土澆筑振搗密實，質量控制難度大。在施工中運用BIM可視化、信息化特點，模擬混凝土澆筑過程，遵循體積控制原理，通過混凝土澆筑的高程控制，實現對混凝土密實度的控制?；谏鲜鲈恚诨炷翝仓?，按每車商品混凝土10m3的體積控制方法，精確計算混凝土澆筑控制高程，如圖7所示。通過計算可知，澆筑過程中需進行24次多點高程測量，取平均值作為實測高程，并計算其與控制高程的誤差，實際澆筑平均高程與澆筑控制高程對比如圖8所示，從而可得到如下結論。1）實際澆筑平均高程與澆筑控制高程非常接近，說明運用BIM參數化、可視化功能可實現施工過程的精確模擬。2）澆筑過程中，“誤差”大小即實際澆筑平均高程與澆筑控制高程的差值，可反映已澆筑混凝土的密實度。3）在施工中，當“誤差”為正數時，“實際密實度”低于“理論密實度”，可能是振搗不足或實際澆筑混凝土量不足。4）通過澆筑過程中質量控制關鍵點的監測，及時采取措施進行“質量糾偏”，有助于實現澆筑過程質量控制。

4結語

運用BIM技術，通過三維建模，實現閘墩關鍵工藝優化、施工進度模擬、工程量核算；進一步關聯進度計劃后，將“計劃進度”與“實際進度”對比分析得到的“進度偏差”與“閘墩澆筑質量控制”的密實度相關聯，有效保證大體積、不規則構件的動態質量控制，初步實現施工質量動態管理。將BIM技術應用于施工質量管理，可保證工程施工質量，提高施工質量動態管理信息化水平。

參考文獻：

[1]王飛，孫鵬，趙磊.基于Autodesk的堤壩BIM模型構建與信息化框架開發與應用[J].水運工程，2019（1）：150-155，212.

[2]曾啟，李新偉，鄭聲波.基于BIM的裝配式建筑構件庫建立方法研究[J].施工技術，2019，48（22）：19-22.

[3]武警，侯勇，洪亮，等.取水口與護岸工程一體化設計與施工[J].水運工程，2019（9）：327-329，338.

[4]陶玉波，藺志剛，董甲甲.基于BIM的水利工程4D進度監控系統關鍵技術[J].人民黃河，2019，41（3）：135-139.

[5]廖晨彥，喬梁，陳良志.基于BIM技術的地基處理方案建模與分析[J].水運工程，2019（9）：191-195.

[6]葉建科，耿茜，鄭易，等.BIM建模技術在海事碼頭結構設計中的應用[J].水運工程，2018（10）：172-176.

[7]白碩.水閘BIM族庫構建與應用研究[D].鄭州：華北水利水電大學，2017.

[8]杰德爾別克•馬迪尼葉，牛志偉，蒯鵬程，等.基于Revit及Navisworks軟件的泵站BIM模型及其應用[J].水電能源科學，2018，36（6）：92-95.

[9]王彥.基于BIM的施工過程質量控制研究[D].贛州：江西理工大學，2015.

作者：任永祥 楊益民 李賀 單位：許昌職業技術學院