基于BIM技术的面板堆石坝施工管理研究

陈 园

（水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 引言

BIM（Building information Modeling）是由 Chuck M.Eastman在1975年提出的一种集数字化、信息化于一体的新型建筑信息模型[1]，在实际的优化设计、工程建设、施工管理、工程咨询等方面有广泛的应用[2]。

随着BIM的广泛应用，国内外对BIM越来越重视对其研究越来越多，在欧美国家尤其明显。例如将BIM用于工程项目的智能化管理[3]；Kymmel提出将BIM作为实现项目构建、规划、施工、运行、管理为一体的三维模型[4]；另外BIM还可用于进行不确定性分析对项目进行评估[5～6]，进而降低工程的成本，更加有效进行管理。在21世纪初期BIM技术逐渐在我国开始流行，虽然时间较短，但是对于BIM的研究发展速度还是较快[7～8]。2011年住建部明确要加强BIM在工程中的应用[9]，陆续制定了相关标准规范，但是对于实际应用，还是比较缺乏。

本文在此基础上将BIM技术应用于常见的面板堆石坝，研究其在面板堆石坝施工进度管理中的应用，为工程的实际建设提供理论依据。

2 模型建立

以某水利枢纽为工程基础来进行研究。该枢纽由水库、厂房、输水系统和附属设施等组成。流域面积为124 km2，正常蓄水位为541.60 m，详细特征水位见表1。混凝土坝高为101.9 m，面板堆石坝的坝面爬坡度均为1∶1.5。

表1 坝前特征水位

根据工程基础信息对施工过程进行可视化模拟，进而对施工进度进行管理。首先进行BIM团队组织的构建，BIM团队组织根据工程实际情况进行安排和调整，实现人力资源的最优化。BIM团队主要由工程师、技术研究团队、应用开发团队、技术支持团队、系统管理团队、数据维护团队、项目标准管理团队等组成，BIM团队组织结构见图1。

图1 BIM组织结构图

根据工程地质材料采用Civil 3D软件进行地形三维建模，见图2。

图2 三维地形图

在地形图的基础上建立面板堆石坝三维模型，根据工程坝体内材料的不同分为特殊垫层区、垫层区、堆石区、反滤层、坝面防护、防渗区等。根据情况将对应的数据录入BIM对应软件中，构建模型。本项目需要土石挖方796万m3，混凝土浇筑29.8万m3、过渡料填筑9.4万m3、垫层料填筑量为4.9万m3、回填灌浆1.05万m3、碎石量为6.7万m3以及其他需要的材料。使用三维建模软件创建的面板堆石坝BIM模型见图3。

图3 面板堆石坝BIM模型

3 施工进度三维动态模拟

根据工程施工的大致流程确定施工的关键路线及进度表。在施工中坝体由不同部分组成，施工顺序为优先进行坝基开挖，然后进行截流和下趾板结构的施工，下趾板施工完成后进行下垫层和过渡区的填筑，然后进行堆石体的填筑，堆石体优先进行大粒径的块石，然后砾石最后进行砂石的填筑，在填筑的过程中需要混凝土进行加固，填筑完成后进行面板的浇筑，最后进行周边附属设施的施工。具体见图4。

图4 简易施工流程图

施工流程确定后进行三维动态模拟，使用Navisworks软件进行面板堆石坝坝体的施工过程仿真模拟。在施工过程中坝面堆石采用平起法，使坝面可以相对平整的施工受力均衡。图5为采用BIM技术进行坝体浇筑预演过程。采用图5预演方案进行施工，按照图4施工流程图进行浇筑，在实际施工中将坝体切割为多个工作区域，同时进行施工来提高施工效率。

图5 BIM技术在坝体施工中的预演

Navisworks软件对施工流程进行自我检查合格后开始进行动态模拟，若发现与前期导入的标准规范有误差的话会有提醒，对于过大的误差会停止进程进行修改后重新进行模拟，具体模拟过程见图6。

图6 基于BIM技术的坝体三维动态施工过程

根据图6可知，BIM技术将各专业人员汇集在一起可以实现面板堆石坝的整个动态施工，可以根据设定好的程序按照顺序逐步进行坝体的施工。在施工中不同颜色代表不同的部分，BIM技术系统会自动的进行检查并对检查结果进行反馈，当出现较大的误差可能影响安全时，系统会及时的反馈出来进行调整。经过多次的调整可使施工进度及安全问题达到整体最优化，进而可以节约工期提高施工效率。

4 采用灰色系统理论进行评价

采用灰色系统理论对BIM技术在面板堆石坝施工的应用进行评价。BIM模型项目成熟度可以分为五个等级：初始级、可重复级、定义级、管理级、优化级。随着BIM信息的逐渐丰富和完善，项目的成熟度会逐渐增加，表明项目的预期成果与实际成果之间越来越接近。依据BIM成熟度模型进行评价，构建BIM信息成熟度模型指标评价体系见图7。主要分为信息因素、组织因素和交互方式因素三大类，针对每类因素进行细分。

图7 BIM信息成熟度模型指标评价体系

对于评价体系采用10分制，评分标准见表2。根据评分标准可以邀请一定数量的专家进行打分组成一个矩阵，本项目邀请10位专家打分评价矩阵见表3。

表2 评分标准

表3 专家打分评价矩阵

由灰度及白化函数得出灰色模糊评价矩阵R，参考序列U0如下：

对U0进行相关计算，令分辨系数为0.5，可以得到关联系数如下：

对关联度进行归一化处理得出评价指标的权重集合为：W=(0.056,0.057,0.058,0.062,0.061,0.057,0.062,0.048,0.051,0.063）

模糊评价矩阵为：

系数调整矩阵A为：

最终得出评价系数为：

根据评分标准可知此项目在施工进度管理上处于“管理级”，说明BIM技术信息基本已经满足需要，但是在交流方式和平台管理上，还不够完善需要进行进一步的完善来达到“优化级”。

5 结论

本文将BIM技术与仿真软件结合应用于面板堆石坝中对其施工进度进行管理研究，BIM可以很好地对面板堆石坝的施工进行动态管理，根据施工过程中出现的问题进行优化处理，进而提高施工的质量和效率。

采用灰色系统评价法对BIM技术的应用进行评价得出评价系数为7.38，处于“管理级”，说明BIM技术在此工程建设中理论已经比较成熟，可以进行应用。在应用中需要加强对BIM技术平台的管理，使得工程建设效率达到最优化。