大连大学建筑工程学院 辽宁大连
摘要：BIM技术从国外引进国内后，得到快速的发展，特别在房屋建设方面日趋成熟，使得工程建设获得效益。但在基础设施建设中，BIM的应用较之房建还不成熟，只是在个别重要工程或专项工程达到部分应用的效果，整体来说还未呈现普及化的程度。本文利用BIM技术和其特点，试图在围堰施工这一重难点施工过程运用它来帮助提升施工质量、节约工料和运输成本、保证进度和安全，对施工起到辅助作用。依托某特大桥桩基承台基础围堰在河道中施工的工程，结合现场的实际情况，提出运用BIM技术来辅助施工，最终应用效果可以看到该技术对施工起到一定的帮助作用，对相应类似的重难点工程具有实践参考意义。
关键词：BIM(建筑信息模型)；围堰施工；桥梁基础；Revit
1 引言
自‘十三五’规划以来，国内兴起一股基建设施的建设热潮，包括道路、桥梁、隧道、高铁、机场等大型项目的批准。正直当前BIM技术兴起，国内许多学者、工程人员进行BIM技术的应用研究，并将该技术应用到实际工程项目中，给工程建设施工带来一定的效率。在国外，被称为”BIM之父”的乔治亚理工大学的Chuck Eastman教授在1975年第一次提出BIM理念[1]，并且该理念一直沿用至今。在21世纪以前，BIM主要以研究为主，实际应用较少。但在2000年以后，BIM才正式应用到工程建设领域，并且在欧美等发达国家发展迅速，从政府到建筑科学研究院逐步形成一系列的发展规划和应用标准。在国内，BIM技术的起步研究较晚，但在我国有利的市场环境下经过十几年的快速发展也得到一些研究和应用成果。如清华大学BIM组率先对BIM架构进行研究并在2011年构建CBIMS体系结构，将BIM工具的规范主要分为技术标准和实施标准[2]；王勇，张建平等人建立了IFC数据扩展模型并编制了IFC数据描述标准，在实际工程中对该标准进行了验证[3]。作为BIM的强有力工具--软件推动着BIM技术的发展，国内外人员对BIM的研究不仅理论基础和工程实际应用上进行研究，而且还对软件和其解决方案进行研究。作为BIM的软件应用工具主要包括Autodesk公司系列软件、Bentley系列软件、Nemetschek Graphisoft系列软件、Gery Technology Dassault系列软件。每个软件的主要应用项目和应用专业不同，包括核心建模软件、方案设计软件、结构分析软件、可视化软件、施工及后期运营平台等。其中Autodesk系列因其CAD在国内具有先期市场，所以该系列软件是目前国内主要应用的BIM软件，特别是Revit的应用。
2 使用软件介绍
本次的围堰施工BIM应用采用Autodesk公司系列软件中的Revit、Navisworks、3Dsmax，下面就本次应用软件作一个简单的介绍：
Revit可作为面向全生命周期的BIM解决方案的基础软件[5]，有强大的数据信息整合能力；拥有强大的界面功能，操作易上手，包括建筑、结构、系统专业，可进行日照分析和荷载分析等功能；Revit内部设置多个插件接口，方便接入自己开发的插件和和外部软件实行对接，达到信息数据交互的目的；同时提供应用程序编程接口（API），外部程序可通过API访问和操作Revit；Revit还是一个很强大的参数化建模软件，其软件自身带有系统族，如不满足建模需要时，可以通过选择合适的族模板来进行自定义建族。Navisworks和Revit有很好的交互作用，可实现数据信息较完整的对接，方便Revit模型的后期应用；它是一款集设计协调、碰撞检查、施工模拟等功能于一体的强大三维软件，对于各类模型有很强的的整合能力，在各类工程建设的BIM应用中有着重要地位[6]。3Dsmax拥有强大的建模能力和动画功能，可将Revit模型导入该软件制作施工模拟动画，其渲染效果佳、逼真，表现能力强；常常用它来进行BIM模型的逼真动画展示，也是作为BIM可视化分析的一个基本软件。将这几个软件作为此次BIM应用的基础，可以达到BIM应用效果和实现BIM在工程施工中的有效应用。
3围堰施工
围堰指建设水利工程而采取的临时性围护结构。其作用不仅可以挡水和土进入施工区域，还可用来支撑基坑的侧壁。作为临时性结构，可以拆除回收后重复利用，常用在水利工程建设中和水中基础施工中等。其分类包括土石围堰、钢板桩围堰、锁扣钢管桩围堰、钢筋混凝土板围堰等，而各类围堰的适用范围不同，可根据不同的施工条件需要采用不同的类型。本文桥梁基础的施工采用钢板桩围堰施工，下面就钢板桩围堰介绍其大致施工流程[7-10]。
第一步：施工准备。包括机械设备检查、钢板桩、施工交底、人员培训等。第二步：测量放样。按照设定坐标放样桩位。第三步：钢板桩插打。从上游一角开始至下游合拢，这样可避免围堰内堆积淤泥，增加后期的施工量；插打第一根钢板桩后，其余钢板桩以第一根为基准点进行插打。第三步：安装内支撑和围檩。待钢板桩插打完毕后，焊接牛腿，安装内支撑和围檩。第四步：清淤至封底混凝土底部。清基过程保证围堰内外水头平衡和钢板桩上附土清理干净。第五步：浇筑封底混凝土。浇筑过程保证内外水头平衡。第六步：围堰内抽水至封底混凝土，割除钢护筒，凿除桩头。第七步：支模、绑扎钢筋、浇筑承台混凝土。浇筑过程边浇筑边拆除围檩和内支撑，施工墩身出水。第八步：拔出钢板桩。
围堰施工过程中应注意以下几个关键点：整个施工过程必须实时观测钢板桩的垂直度，以便调整桩身竖直插打；围檩与内支撑要和桩身牢固焊接；清淤和浇筑时要保持内外水头平衡；每根桩插打过程中不可间歇时间过长；振动锤和桩头必须夹紧等。利用BIM可视化可对整个施工过程预演，可预先排除施工中可能存在的问题，包括锁扣和管桩焊接、起吊、插打顺序、排水、浇筑混凝土等过程。由于河道中基础施工时间过长、不可控因素多等困难，可进行进度模拟分析，排查碰撞施工问题，合理安排进度、机械进场、材料使用等。
4围堰施工BIM应用案例
4.1工程概况
新建某特大桥的全长为1300m，桥址区DK20+236~DK20+560为河道，其宽度约为324m。河道中基础施工和上部结构施工采用搭设钢栈桥辅助施工。河道上部采用3-（80+80）T构连续梁，河道中基础采用钻孔灌注桩+承台，采用围堰辅助施工基础和水中墩身。在河道中施工基础包括26#、27#、28#、29#、30#；其中26#、27#、28#、29#采用锁扣钢管桩围堰，30#采用钢板桩围堰。锁扣钢管桩主桩采用φ820*12mm钢管，阴阳扣采用φ194*8mm钢管与I20b加工，钢材型号均为Q235；围檩型号为2I45b，斜撑与对撑型号为φ426*8mm钢管。钢板桩采用SKSP-IV、Q295bz牌号钢板桩，桩长15m；内支撑设两层，第一层圈梁为2I45b，斜撑与对撑均为φ426*8mm钢管，第二层圈梁为2HN700*300，斜撑与对撑均为φ600*10mm钢管。
4.2建立模型
4.2.1建立参数化族
Revit项目系统族内没有围堰所需的构件，需要选择相应的族模板按照给定图纸建立参数化构件，参数化能够赋予构件尺寸信息、材质信息等，利用参数化可以快速建立同类型构件和方便工程量的统计[11]。利用自定义族建立钢管桩、阴阳扣、围檩和内支撑、钢板桩等构件。
4.2.2建立项目模型
第一步：利用Revit中地形创建功能，将地形坐标数据CSV格式文本导入到软件中建立三维地形模型，河道区域根据相应CAD二维图纸的导入用子面域命令将其分割开来并赋予水的材质，即完成地形、河流模型的创建。
第二步：绘制标高轴网。绘制标高轴网和参照线命令帮助构件定位。
第三步：载入自定义参数化族并在相应的位置放置图元。利用自带族库和Revit插件按照施工方案的要求布设施工机械和场地构件的布置，以方便后期的应用分析。最终建立的Revit整体模型如图1所示。
4.3.1工程量统计
利用Revit明细表自动统计功能，将建立的精细化模型的工程量按照不同的族类型进行统计，可统计出模型的材质、数量、质量、体积、长度等信息。也可将模型利用插件导出到第三方算量软件按照清单定额计量规则进行工程量统计[12]。
4.3.2 Navisworks 4D模拟
为保证导入后的材质不丢失，将模型通过插件导入Navisworks或直接在相同版本的Navisworks打开Revit文件格式等方式导入模型。利用该软件的4D施工模拟功能，可以将设计的施工进度计划提前在软件中实现建造过程，预先排除可能会发生的施工碰撞问题，实现优化施工方案。由于河道中基础施工的时间较长，受场地的限制，材料的空间有限，要提高施工效率，对施工流程的预演和材料堆放的优化显得重要。利用软件中的Timeliner功能进行模拟施工：添加施工任务、选择开始和结束日期、施工构件和相应的任务类型、设置动画时间等，为使机械施工更加生动，可以在Animator中设置机械动画并赋予到Timeliner中。
4.3.3 3Dsmax应用
3Dsmax渲染效果更加真实，动画制作能力更强。Revit模型导入3Dsmax，可以赋予场地环境、施工构件和施工机械等更加真实的材质，按照施工方案制作动画，最后分段渲染出视频，结合后期的视频处理软件进行声音效果、字幕、合成等处理。该软件制作的动画视频可以更加生动形象地将纸质施工方案三维化和做为施工技术交底，视频中的步骤严格按照方案精细化，可以排查施工方案中不合理的地方以方便进一步优化。
5总结
结合围堰施工特点和当前BIM技术的优点，运用BIM技术平台来对其辅助施工。BIM软件众多，各个软件有其不同的应用特色，本文选择市场上主流软件Autodesk系列软件，利用该系列软件的软件之间数据交互性强、Revit平台信息整合能力强大等特点来实施BIM技术的运用。本文以某特大桥河道中基础施工工程为例，首先利用Revit来建立场地三维、参数化构件、施工机械等施工模型，并在该软件中进行工程量的统计；然后将模型分别导入Navisworks和3Dsmax中进行施工进度模拟和三维可视化交底的应用。最终的运用效果：BIM技术在围堰施工中的运用得到现场施工人员的肯定，对施工方案进行了优化，提高了工程施工质量、安全施工、节约工料。对在相类似的工程施工中运用BIM平台具有实践参考意义。
参考文献：
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论文作者:颜志坚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/11
标签：围堰论文; 软件论文; 钢板论文; 模型论文; 河道论文; 技术论文; 构件论文; 《防护工程》2018年第26期论文;