閘墩施工質(zhì)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(yōu)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(xiàn)質(zhì)量動態(tài)控制，從而保證工程施工質(zhì)量，提高施工管理水平。

【關鍵詞】BIM；閘墩；施工模擬；質(zhì)量控制

1研究背景

應用BIM技術可實現(xiàn)工程幾何模型與屬性信息的融合，據(jù)此合理調(diào)整施工工序，實現(xiàn)施工過程信息化與精細化管理，檢驗結(jié)構(gòu)構(gòu)造、功能，優(yōu)化施工組織設計，提高工程質(zhì)量。以Revit為建模軟件，制作參數(shù)化族及族文件，添加參數(shù)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(shù)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(tǒng)質(zhì)量控制存在信息孤島、協(xié)同程度低、不具可視化等問題，基于BIM技術的施工過程質(zhì)量控制可提高工程質(zhì)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(gòu)建、碰撞檢查、工程量核算、施工工藝模擬和動態(tài)質(zhì)量控制，研究基于BIM技術的變截面閘墩施工動態(tài)質(zhì)量管理實施路徑。

2模型構(gòu)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(nèi)，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(yōu)化閘墩施工工藝，促進質(zhì)量管理信息化，但閘墩與其他構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)件均為一次澆筑成型，然而在水工建筑中許多構(gòu)件體積巨大，無法一次成型。這種構(gòu)件如果只用一個模型圖元進行構(gòu)建不合理，所以在該項目建模中，對主要研究的閘墩構(gòu)件采用單構(gòu)件分層的模式進行多圖元建模，對其余構(gòu)件仍按正常單構(gòu)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(shù)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(jù)資料規(guī)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(shù)化分層設計，使制作的構(gòu)件族可進行后續(xù)工作。以其中某一中墩參數(shù)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(shù)驅(qū)動實現(xiàn)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(huán)境中的融合命令制作，通過參數(shù)控制上下兩底面的二維形狀生成三維模型，構(gòu)件參數(shù)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(shù)化驅(qū)動思路是：先生成整體形狀，再通過參數(shù)控制空心形狀剪切實體形狀并形成所需構(gòu)件圖元。另外，閘墩上還附帶牛腿構(gòu)件，牛腿采用Revit族環(huán)境中的拉伸命令生成整體形狀，生成后在構(gòu)件上下方各制作1個空心形狀，通過參數(shù)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(shù)化設計。在完成閘墩模型分層構(gòu)件參數(shù)化設計后，開始對整個水閘項目其他族構(gòu)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(gòu)建，建筑模型（包含啟閉機房和控制室）中閘墩分層構(gòu)件的拼裝是關鍵環(huán)節(jié)。針對閘墩拼裝，根據(jù)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(jù)設計標高進行閘墩模型拼裝，拼裝后根據(jù)分層閘墩構(gòu)件所在標高位置形狀進行參數(shù)調(diào)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(shù)驅(qū)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(yōu)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(yōu)化，提前消除不協(xié)調(diào)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(fā)現(xiàn)閘墩與墊塊形狀不協(xié)調(diào)、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(tǒng)計

水閘工程中，異形構(gòu)件較多，如弧形翼墻、閘墩、箱式岸墻、護坡等，工程量統(tǒng)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(tǒng)計強度，提高統(tǒng)計數(shù)據(jù)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(zhì)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(zhì)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(xiàn)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(jié)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(shù)化、可視化功能可實現(xiàn)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(shù)時，“實際密實度”低于“理論密實度”，可能是振搗不足或?qū)嶋H澆筑混凝土量不足。4）通過澆筑過程中質(zhì)量控制關鍵點的監(jiān)測，及時采取措施進行“質(zhì)量糾偏”，有助于實現(xiàn)澆筑過程質(zhì)量控制。

4結(jié)語

運用BIM技術，通過三維建模，實現(xiàn)閘墩關鍵工藝優(yōu)化、施工進度模擬、工程量核算；進一步關聯(lián)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(zhì)量控制”的密實度相關聯(lián)，有效保證大體積、不規(guī)則構(gòu)件的動態(tài)質(zhì)量控制，初步實現(xiàn)施工質(zhì)量動態(tài)管理。將BIM技術應用于施工質(zhì)量管理，可保證工程施工質(zhì)量，提高施工質(zhì)量動態(tài)管理信息化水平。

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作者：任永祥 楊益民 李賀 單位：許昌職業(yè)技術學院