闸墩施工质量管理BIM技术应用

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【摘要】依托河南某水闸项目，采用Autodesk平台探索BIM技术在水闸施工管理中的应用。应用BIM技术优化施工方案，快速准确复核工程量，模拟施工流程，并通过BIM模型实现质量动态控制，从而保证工程施工质量，提高施工管理水平。

【关键词】BIM；闸墩；施工模拟；质量控制

1研究背景

应用BIM技术可实现工程几何模型与属性信息的融合，据此合理调整施工工序，实现施工过程信息化与精细化管理，检验结构构造、功能，优化施工组织设计，提高工程质量。以Revit为建模软件，制作参数化族及族文件，添加参数后成库，可在其他项目重复利用，提高建模速度。通过建立BIM参数化三维模型进行场地布置和工程量计算，将模型导入Navisworks进行深化设计、碰撞检查、虚拟施工，进而论证施工方案的可行性。传统质量控制存在信息孤岛、协同程度低、不具可视化等问题，基于BIM技术的施工过程质量控制可提高工程质量管理水平。本文依托北汝河大陈拦河闸除险加固工程，基于bim技术，通过模型构建、碰撞检查、工程量核算、施工工艺模拟和动态质量控制，研究基于BIM技术的变截面闸墩施工动态质量管理实施路径。

2模型构建

许昌市北汝河大陈拦河闸除险加固工程位于河南省襄城县境内，属Ⅱ等大型水闸工程。本工程共12孔，单孔净宽10.0m，总宽143.5m。6个中墩为大体积混凝土，长23.0m，宽1.5m，高11.5m。闸墩部分要求导管出料口距混凝土浇筑面始终保持在0.8～1.5m。闸墩分层浇筑，每层浇筑厚度不大于50cm，要求设置降温冷水管。本研究的主要目的是优化闸墩施工工艺，促进质量管理信息化，但闸墩与其他构件如闸底板、两岸翼墙、岸墙、上部建筑物和公路桥等均有连接关系，忽视其他构件，只对闸墩建模不可行，需对大陈闸进行整体建模。通常建筑模型建立均为一个构件（如梁、板、柱），在模型中是一个单独图元，在房屋建筑中，每层独立构件均为一次浇筑成型，然而在水工建筑中许多构件体积巨大，无法一次成型。这种构件如果只用一个模型图元进行构建不合理，所以在该项目建模中，对主要研究的闸墩构件采用单构件分层的模式进行多图元建模，对其余构件仍按正常单构件、单图元建模。建模过程中，针对大陈闸项目所需提供的技术支持，对模型进行参数化建立，建模过程分为以下3个步骤。

2.1信息收集与整理

三维建模之前，首先收集项目水工图纸、建筑图纸、施工技术方案等项目资料，对其进行整理归类，根据资料规划整个建模流程。

2.2族的制作

该步骤主要工作是项目所需族库的设计制作（有一部分是通用族库）。首先对闸墩部分进行参数化分层设计，使制作的构件族可进行后续工作。以其中某一中墩参数化设计为例，针对项目需求将整个闸墩设计成可按高度分层的若干部分，通过参数驱动实现几何形状改变，闸墩形状为自下而上的收口，收口后又自下而上进行扩口，如图1所示。将整个闸墩分为两部分，闸墩下部自下而上收口为第1部分；闸墩上部自下而上扩口为第2部分。第1部分闸墩形状采用Revit族环境中的融合命令制作，通过参数控制上下两底面的二维形状生成三维模型，构件参数如图2所示。其中，a1为闸墩下部下底面第1部分（尾部）长度；a1-1为闸墩下部上底面尾部长度；a2为闸墩第2部分（中部）长度；a3为第3部分（门槽）长度；a4为闸墩下部下底面第4部分（头部）长度；a4-1为闸墩下部上底面头部长度；b1为门槽宽度；b2为闸墩宽度。第2部分自下向上扩口也同样使用融合命令生成。此部分参数化驱动思路是：先生成整体形状，再通过参数控制空心形状剪切实体形状并形成所需构件图元。另外，闸墩上还附带牛腿构件，牛腿采用Revit族环境中的拉伸命令生成整体形状，生成后在构件上下方各制作1个空心形状，通过参数控制空心形状剪切实心形状，从而控制整体图元形状。大陈闸共有闸墩13个，包含边墩、缝墩和中墩3种类型，均按此思路进行参数化设计。在完成闸墩模型分层构件参数化设计后，开始对整个水闸项目其他族构件（如排架柱、岸墙、检修桥、公路桥箱形梁、公路桥路面、护栏等）进行族的制作。

2.3模型整体拼装

大陈闸模型整体由地形、水工、建筑、公路等模型组成，其中水工和公路共同构建，建筑模型（包含启闭机房和控制室）中闸墩分层构件的拼装是关键环节。针对闸墩拼装，根据其施工要求单独设计一个标高，分层闸墩图元每层标高为500mm，共有23个标高，整个闸墩模型总高11.5m。根据设计标高进行闸墩模型拼装，拼装后根据分层闸墩构件所在标高位置形状进行参数调整，拼装也按设计族的理念进行。闸墩第1部分形状为自下而上收口，参数驱动使其变成收口形状。闸墩模型完成后，开始对剩余部件进行组装，最后得到大陈闸整体模型，如图3所示。

3工程应用

3.1施工方案优化

在闸墩施工前，利用BIM技术进行虚拟建造，利用Navisworks的检查功能对闸墩施工整体布局进行优化，提前消除不协调部分；利用软件进行漫游，查找闸墩中是否存在不合理之处。通过检查发现闸墩与垫块形状不协调、边墩与下游翼墙存在碰撞等问题，如图4，5所示。

3.2工程量统计

水闸工程中，异形构件较多，如弧形翼墙、闸墩、箱式岸墙、护坡等，工程量统计较繁琐，利用BIM技术可对工程量进行复核，大大降低工程量统计强度，提高统计数据的准确性。

3.3闸墩施工工艺模拟

利用BIM可视化特点，在闸墩大体积混凝土浇筑专项方案制定时，能清晰表达各工序、部位（如模板、闸墩混凝土、泵管、降温冷水管）之间的“空间-时间”关系，使技术人员一目了然，改变以往“方案以文字描述为主，使阅读者难以快速理解”的状况。施工工艺模拟如图6所示。

3.4闸墩混凝土浇筑质量控制

闸墩迎水面（变截面部分）高7.5m，从闸底板向上逐渐收口，呈“下大上小”的形式，须整体一次浇筑，不利于混凝土浇筑振捣密实，质量控制难度大。在施工中运用BIM可视化、信息化特点，模拟混凝土浇筑过程，遵循体积控制原理，通过混凝土浇筑的高程控制，实现对混凝土密实度的控制。基于上述原理，在混凝土浇筑前，按每车商品混凝土10m3的体积控制方法，精确计算混凝土浇筑控制高程，如图7所示。通过计算可知，浇筑过程中需进行24次多点高程测量，取平均值作为实测高程，并计算其与控制高程的误差，实际浇筑平均高程与浇筑控制高程对比如图8所示，从而可得到如下结论。1）实际浇筑平均高程与浇筑控制高程非常接近，说明运用BIM参数化、可视化功能可实现施工过程的精确模拟。2）浇筑过程中，“误差”大小即实际浇筑平均高程与浇筑控制高程的差值，可反映已浇筑混凝土的密实度。3）在施工中，当“误差”为正数时，“实际密实度”低于“理论密实度”，可能是振捣不足或实际浇筑混凝土量不足。4）通过浇筑过程中质量控制关键点的监测，及时采取措施进行“质量纠偏”，有助于实现浇筑过程质量控制。

4结语

运用BIM技术，通过三维建模，实现闸墩关键工艺优化、施工进度模拟、工程量核算；进一步关联进度计划后，将“计划进度”与“实际进度”对比分析得到的“进度偏差”与“闸墩浇筑质量控制”的密实度相关联，有效保证大体积、不规则构件的动态质量控制，初步实现施工质量动态管理。将BIM技术应用于施工质量管理，可保证工程施工质量，提高施工质量动态管理信息化水平。

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作者：任永祥 杨益民 李贺 单位：许昌职业技术学院