建筑技术丨机场土石方与地基处理工程中的BIM技术应用研究

走马湖水系综合治理工程是鄂州花湖机场的先导项目，是设计施工总承包EPC项目。项目用地面积约528.7万 m2，且湖泊区域面积约占全场面积的1/4~1/3，土石方填筑约3 000万 m3，工程工期紧，工程量巨大。本项目施工内容主要有围堰、边坡、清淤换填、强夯置换、排水板、碎石桩施工等，具有地质条件复杂、施工难度大等特点。

为解决上述问题，研究了BIM技术在设计阶段与施工阶段的应用流程，构建了BIM技术在深化设计、造价管理、质量安全管理、施工进度管理等方面的应用内容，为今后相关工作的开展提供参考。

1 BIM技术在设计阶段与施工阶段的应用

1.1 设计阶段

在机场土石方与地基处理工程设计阶段，项目采用BIM技术对设计图纸进行部分翻模、部分正向设计、部分辅助设计出图，BIM技术主要用于场地分析、排水分析、路线分析、土石方填挖量计算、方案比选等。

1.1.1 场地排水分析

通过勘察数据，利用BIM+GIS技术进行场区内排水分析、坡度分析、高程分析、填挖方分析等，辅助设计进行方案优化。

以排水分析为例，根据原地势数据利用Civil 3D软件建立专项排水分析模型。模型体现坐标信息、地势信息、流域信息、水位信息、坡向信息及流向信息，并结合原有排水管网，建立项目临时围堰工程模型。根据模型出具排水分析报告。报告体现排水分析模型图像、排水分析结果，其中包括地势分析、流域分析、坡向分析及江水位分析，以及对场地设计方案或工程设计方案的排水分析数据对比，辅助确定排水方案、围堰方案等。

根据原始场地三维模型，建立场地坡率分析图。由于本场地地势较平坦，根据CJJ 83—2016《城乡建设用地竖向规划规范》，为满足地面排水的规划要求，地面自然排水坡度不宜小于0.3 %，故将本场地坡率总体分为3组，0~0.3 %为第一组；0.3 %~100 %为第二组；100 %以上的坡率为第三组，见表1。

由表1可见，本场区坡率大于0.3 %的区域面积占整个场区的90.5 %。坡率小于0.3 %的区域在湖积区，属于填方处理区域，因此整个场地的竖向高程满足排水要求。

表1 排水坡率分析表

1.1.2 土石方计算

通过BIM+GIS技术进行场区内土石方计算，通过图纸翻摸，审核图纸工程量，对出现的工程量差进行调差，减少设计误差，提高工程量的准确性，降低成本风险。利用Civil 3D和Revit软件进行工程量计算统计工作，根据原地面数据、设计面生成土石方挖填方实体，利用创建土方施工图功能，可以生成土方施工网格图，利用网格图统计出每个网格的挖填方量。利用验槽测量数据与清淤泥前测量数据，在Civil 3D中生成曲面，导出淤泥体图纸，在revit软件中利用淤泥体图纸建立淤泥族，最后在revit生成淤泥模型，统计淤泥工程量等。

1.1.3 围堰路线设计

根据勘察院提供的原始地质模型，在Civil 3D软件中进行围堰、便道等设计优化，以起到辅助设计出图、降低成本、优化设计的作用。施工现场对原地面进行复测，根据复测数据在Civil 3D建立原地面曲面模型，结合料源、地质条件、天气条件、业主要求、抽水要求、施工组织条件等现场施工条件，对设计路线进行重新设计。利用Civil 3D 中的路线设计功能，将围堰或者施工便道路线转化为深化设计道路路线，通过Civil 3D部件编辑器创建各个路线断面的横纵断面，自动生成围堰曲面或者道路曲面，将围堰或道路曲面与现场原始地形曲面进行放坡，生成实体如图1所示。

图1 围堰路线设计

1.2 施工阶段

1.2.1 施工方案模拟

利用BIM模型辅助完成工程施工方案，通过BIM模型，进行方案模拟及方案优化，验证施工方案的合理性；对各专业模型进行三维可视化交底，同时对施工重难点、安全风险点、工序工法、工程量计算等内容进行专项模拟分析，最终根据试验段报告和BIM优化分析，走马湖水系综合治理项目将部分区域强夯置换工艺换为排水板工艺。

1.2.2 施工进度模拟

为精细化控制施工进度，利用Fuzor和Navisworks软件对走马湖三工区湖区进行4D施工进度模拟，与实际进度进行对比和偏差分析，有助于快速展开进度偏差分析和采取纠偏措施，控制工期延误的风险。

1.2.3 施工计量与成本核算

通过Revit构件明细表功能，对模型构件进行构件数量、体积等统计工作，通过Revit建模实现对盲沟、集水井、监测、土石方等工程量进行快速核算。每月按照生产进度，建立施工模型，完善模型属性信息、试验资料信息。每月计量计价应有对应的模型量。每月收方模型应与资料、数字化数据相对应(图2)。

图2 BIM计价模型

通过BIM在施工阶段的成本应用，可大大提高建设方对已施工工程量的核算效率及准确性，为计量支付提供必要的决策依据，实现成本管理的精细化。针对地基处理工程，排水板、碎石桩、强夯置换桩数据巨大，项目应用数字化施工技术，通过数字化施工平台生成数据信息表，利用Dynamo软件将施工数据自动生成BIM施工模型，实现数字化施工与BIM施工模型转化，为计量计价奠定基础，如图3所示。

图3 排水板计量计价模型

1.2.4 BIM5D协同管理

基于BIM5D平台，通过BIM技术的三维可视性化优势，为后期各工区BIM技术应用提供基础。通过BIM5D电脑PC端，将BIM模型导入平台，在平台中划分流水段，上传进度计划，导入方案、标准，实现施工模拟、工艺库关联等功能。通过BIM5D手机移动端，对现场安全、质量、生产进度现场进行把控，将施工影像资料上传收集等。通过BIM5 D网页端，实现公司、项目部领导远程了解项目安全、质量、生产进度、资料等完成情况。根据已经审核过的进度计划进行周计划设置，监督现场施工进度。基于BIM协同平台有效提升了项目安全质量隐患整改效率和整改水平，提高了项目进度管理及信息整合水平。在质量、安全管理中，利用网页端汇总的数据，可统计质量安全管理过程中的各类问题。针对项目场区范围大、车辆多、爆破等危险源较多，项目部采用BIM5D定点巡视功能，在场区危险源处张贴危险源二维码，每天定点巡视，提高安全意识，加强项目安全管控。

2 BIM技术应用总结

走马湖综合治理工程通过BIM技术在EPC项目中的综合应用，极大地加快了项目整体施工进度，提高了施工质量和施工管理效率。在设计方面，将大大降低设计成本和管理成本，减少设计人员的工作强度，由传统的二维审图变为三维模型立体审图，优化设计方案，对设计审图方面工作效率提高50 %以上，缩短了设计优化的时间，降低了设计成本；在施工管理方面，通过BIM5D平台的协同管理，增强现场管理人员对现场安全、质量、进度的把控，实现对现场情况的实时监督指导；在工程计量方面，将极大地提高结算效率，大幅提高建设方对已施工工程量的核算效率及准确性，为计量支付提供必要的决策依据，实现成本管理的精细化。

2.1 软件应用技术路线

项目采用Civil 3D对场地原始场地进行建模，通过设计完成面和原始地质面形成实体模型，导出为族，以族的形式插入Revit中，通过在Revit建立项目，导出构建明细表。地基处理工程通过Dynamo软件，将施工数据自动生成Revit模型。通过revit转换到BIM5D平台中进行协同应用管理的技术路线，并协助进行算量和分析。

2.2 BIM5D平台协同管理

采用Lumion、Fuzor、Navisworks、BIm5D等软件实现项目可视化、仿真性、协调性、优化性等功能；基于BIM协同平台的安全、质量、进度、成本管理，有效地提升了项目安全质量隐患整改效率和整改水平，强化了以日保周、以周保月、以月保年的进度管理体系，推动了项目进度管理反馈机制的改良，弥补了日常劳动力、机械、问题原因等基础数据统计不足的短板，提升了项目进度管理水平及信息整合水平。

2.3 基于BIM技术三维可视化

对复杂节点、施工工艺、施工节点等进行施工模拟、三维技术交底、行走漫游、碰撞检查等，有效提高了项目技术管理水平，对项目图纸会审、方案编制、技术交底、技术交流等技术管理行为起到了良好的辅助作用。

3 结束语

项目自开工以来，积极努力推行，应用各种信息化管理平台及软件。各个信息管理平台的联合应用，实现了施工管控、施工计量、资料同步一体化，做到施工现场可视化、虚拟化的协同管理，实现施工进度、安全质量、成本全过程的信息化管理。项目BIM技术的应用做到施工任务有迹可循，实现质量情况可追溯的动态管理。通过施工进度的虚拟控制与优化，计划进度与实际进度的对比，更直观地找出差异，分析原因。BIM技术在EPC项目中的应用将为后期机场工程建设提供宝贵的BIM应用经验，同时项目采用的BIM施工计量计价技术，将为BIM计量的转型提供宝贵的试验经验，同时项目在机场BIM技术的应用，为推动“四型机场”的建设提供了强有力的支持。

摘自《建筑技术》2022年5月，霍二鹏， 金 敏， 杨 京