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第卷第期水运工程Vol.No.2015年月ChinaWaterwayEngineeringJun.2015收稿日期：2015-02-*基金项目：住房城乡建设部2014科学技术项目计划(2014-S1A-003)基于BIM+理论的船闸工程建设新模式王学锋1，吴鹏程1,2，黄天荣2，赵渊2（1上海海事大学物流研究中心，上海200000；2上海国际航运服务中心开发有限公司，上海200080；）摘要：运用系统工程理念，首次提出BIM+理论进行船闸工程的建设。通过BIM技术与3D打印、互联网等技术的有机结合，进行了船闸工程的设计优化、施工管理及运营管理等工作，实现了基于BIM+理论的船闸工程建设新模式。工程实践表明，该模式简单高效，破解了船闸工程复杂结构建设的难题，具有广阔应用前景，可为类似工程建设提供理论指导与技术借鉴。关键词：建筑信息模型，船闸工程，BIM+，优化中图分类号：TU599文献标识码：Adoi：10.3969／j.issn.1007-9629.2012.01.007ApplicationofBIMintheconstructionoflockengineeringanditsBIM+theoryInWestShipLockEngineeringofShanghaiInternationalShippingServiceCenterCaseXuefengWang1,PengchengWu1,2,YuanZhao2(1.ResearchCenterofLogistics,ShanghaiMaritimeUniversity,,Shanghai,China）(2.ShanghaiInternationalShippingServiceCenterDevelopmentCo.Ltd,Shanghai,China）Abstract:BasedonWestLockprojectofShanghaiInternationalShippingServiceCenter,doresearchonapplicationsusingBIMtechnologyindifferentphasesoftheWestLockproject:toanalogtechnologyprocess(yachtinboundandoutboundprocesses,harborbasinroutinedredgingprocessorwaterdrainingwhenadistresshappen,thelockgategatesinsideandoutsiderepairingprocess,etc.);tooptimizethedesignplan(optimizationofprocessdesign,optimizationofmetalstructures,optimizationofwaterconveyancesystem,optimizationofhydraulicstructuresdesign);toachievetheimmersiveroamingplatforminthedesigningstageofwesternlock;combinetheBIMtechnology,Internetofthingstechnologyandoperationmanagement:proposedtobuildtheBIM+platformtheoryandthewholelifecycleinformationmanagementplatformofproject.Keywords:BIM;LockEngineering;“BIM+”theory1.引言BIM（BuildingInformationModel,建筑信息模型）是以三维数字技术为基础，对建筑物理和功能特征进行数字式表达，并集成了建筑工程项目各种相关信息的一种工程数据模型[1]。由于BIM技术具备信息共享及虚拟建模的优势，21世纪以来BIM的应用取得了突破性进展，正逐步成为一种取代二维图纸的新型信息模型。在我国，BIM正日益得到重视与应用，第卷第期水运工程Vol.No.2015年月ChinaWaterwayEngineeringJun.2015先后有北京奥运会水立方、上海世博会地下变电站、上海中心以及上海迪斯尼等重点项目应用了该项技术[2]。然而，当前BIM的应用主要局限于工民建、市政等领域，BIM在水运工程领域的应用才刚刚起步[3]，由于水运工程是建筑业的重大组成部分，推进BIM技术在水运工程的应用，势必对全面促进我国建筑业信息化[4]、提高企业竞争力与效益等有着巨大的积极意义。以上海国际航运服务中心西船闸输水廊道前端为例，介绍了BIM在船闸输水廊道前端复杂多曲面异形空间设计及优化中的应用，并结合BIM三维模型对复杂多曲面异形空间进行了模板拆分、拼接、安装以及工程量统计等工作，提高了施工精度，缩短了施工工期与节能成本，为工程顺利竣工提供了有力保障。BIM在上海国际航运服务中心西船闸输水廊道实现了成功应用，并取得了良好的效果，可为类似的水运工程项目应用BIM技术提供了典范与宝贵的借鉴经验。2.工程概况上海国际航运服务中心位于上海市虹口区北外滩汇山地块，东起秦皇岛路轮渡站，西至公平路轮渡站，北侧为拟建的大连路泵站搬迁工程，南临黄浦江。由于项目为公共环境工程，项目进行了别具一格的创新滨水景观设计[5]，其亮点之一便是在地块设置了西船闸将游艇码头与黄浦江相连。为保证船闸输水稳定、减小噪声以及节水、节地等，项目创新设计了垂直于河道的内循环单侧输水系统[6]，输水廊道前端采用了复杂多曲面异形结构设计保证输水，如图1所示。(a)船闸输水系统(b)复杂多曲面输水廊道图1输水系统及输水廊道异形曲面由于该输水系统为首创，有关复杂多曲面输水廊道的建造并无先例，而工艺要求混凝土结合面平整光滑、无错缝，且浇筑时不允许能漏浆、挂浆、蜂窝等现象。同时，本工程进度要求紧、施工难度大，为了保障工程的顺利按时实施，项目决定大胆引进BIM三维建模技术指导这种复杂多曲面异型空间的设计与施工。第卷第期水运工程Vol.No.2015年月ChinaWaterwayEngineeringJun.20153.空间信息及优化3.1空间信息三维展示由于船闸输水廊道为一典型的复杂多曲面异形结构，形状较为复杂，而且也非常不规则，平面CAD的二维图纸很难将设计意图表达清楚，容易造成参建各方对图纸理解不一致，造成出错甚至酿成重大工程质量事故。传统的二维图纸如图2所示。图2输水系统及输水廊道异形曲面二维图纸为准确表达复杂的设计意图，减少理解偏差，提高项目参建各方的沟通效率，项目组基于BIM技术建立了船闸输水廊道三维实体模型，并在此模型上加以空间尺寸标注，非常直观定量表达出船闸输水廊道的形状、尺寸以相对关系等，实现了船闸输水廊道复杂多曲面异形空间设计。通过这一三维实体模型的展示，参建各方真正掌握了设计意图，有力指导了船闸输水廊道的建造。模型图详见图3。图3船闸输水廊道空间信息第卷第期水运工程Vol.No.2015年月ChinaWaterwayEngineeringJun.20153.2设计信息优化3.2.1带状轮廓修改通过对输水廊道三维模型进行详细检查，发现了原先设计的进水口左侧带状轮廓过于复杂，会大大增加模板施工的难度及造价，于是将原来带状轮廓改成线状。此外，仔细研究输水廊道前端内部空间后发现，过小的空间可能会导致检修操作空间狭小，在与船闸未来运营单位沟通后，在输水廊道前端右侧增加了检修爬梯，以方便从侧边进行检修，详见图4。(a)修改前(b)修改后图4船闸输水廊道设计优化3.2.2圆倒角变直BIM三维模型还显示，输水廊道轮廓的圆弧倒角曲面拟合收缩均过于复杂，严重影响了后期模板的安装及施工质量，在不影响水力条件和规范要求的前提下，对输水廊道设计进行进一步的优化，将区域内500圆倒角全部平滑过渡200直倒角，如图5所示。(a)修改前(b)修改后图5船闸输水廊道设计优化增加检修扶梯第卷第期水运工程Vol.No.2015年月ChinaWaterwayEngineeringJun.20154.施工模板及优化由于前端输水廊道空间结构异常复杂，其配套的异形多曲面模板吊装比较困难，而施工精度要求高，施工难度大，因此项目组结合BIM技术对模板工程进行专项的设计与优化。4.1模板加工方案经过研究，项目组提出两套输水廊道前端的模板加工方案。方案一是BIM+数控机床，整个输水廊道前端按照复杂程度分为三大块，每块模板在数控机床上独立成型后驳运到现场后吊装、焊接；方案二则是BIM+可拆卸钢模板，将复杂多曲面异形结构拆分为八部分，每部分单独加工生产，采用钢板和模板支撑分块焊接和拼装，最后再拼接成型。上述两方案中，方案一技术可行、工程质量有保障，但经济性欠差，且钢板加上支撑体系重量偏大，吊装、拼接异常困难，而施工现场操作空间有限，如采用驳船浮吊，作业半径过长限制了单次起吊的重量。而方案二的加工工艺则较为成熟可靠，安装较为便捷，施工质量同样可以控制，最为重要的是方案二的模板可拆卸，这样在后期的东船闸工程可重复利用，经济技术指标优势明显。综上，经技术可行性及经济性比较，最终选定方案二为输水廊道复杂异形结构的模板加工方案，将复杂的曲面拆分为八部分单独加工后，再运输到现场拼装成型。4.2基于BIM的优化为配合模板施工，BIM在辅助模板设计、验证模板拆分方案、校核模板生产、进行模板安装和拆模模拟分析等环节发挥了重要作用，涵盖了模板设计、生产、拆分到安装四个环节。可以说，BIM技术的应用贯穿了西船闸输水廊道前端异形结构施工的全过程。4.2.1模型通过与模板生产厂商沟通，初步了解模板设计方案及生产加工细节，根据跟生产厂商沟通的结果，建立了模板的BIM三维实体模型，并以此为基础辅助模板细部设计、进行拆分尝试等，以最终提出切实可行的拆分方案，满足制作方便、安装准确及与吊装的要求。模板三维实体模型如图6所示。图6模板深化设计第卷第期水运工程Vol.No.2015年月ChinaWaterwayEngineeringJun.20154.2.2生成拆分方案对于模板的拆分，实际上有无数种不同的方案可供选择。结合工程施工经验，考虑到工序流程、拆分方便及准确安装等，运用BIM技术有针对性地进行了拆分和安装模拟，发挥了BIM技术特有的虚拟结构模拟优势，最后把模板拆分为如图7的八大块。图7模板拆分方案4.2.3校核模板拼接为了确保施工中无漏浆、挂浆、蜂窝等现象，根据模板生产后的实测数据，采用BIM技术进行了模板的拼接复核，如果量测缝隙小于/等于2mm，就不需要采取止浆措施，如大于2mm，就根据缝隙的具体情况采取止浆条或其他措施，避免漏浆或挂浆等问题。拼缝模拟及实照可分别参见图8、图9。图8模板拼接模拟图9现场模板实照4.2.4模拟安装和拆模利用BIM技术的虚拟漫游功能，对模板工程进行了模拟安装及拆模模拟，参建各方因此清楚知道整个拼接安装的空间结构，并得出了最窄位置的准确定位，了解施工难点及关键工序，并有针对性地采取了措施，并为脚手架的布置提供了重要信息。最终，本模板工程施工准备充分，实现了完全的预控，保证了施工质量。相关模拟可见图10、图11。第卷第期水运工程Vol.No.2015年月ChinaWaterwayEngineeringJun.2015(a)虚拟漫游入口(b)内部虚拟漫游(c)最窄位置图10虚拟漫游及模板最窄位置确定4.2.5模板工程算量通过三维建模、设计优化及施工模拟等，项目组拥有了最贴近真实构筑物的三维BIM模型，以及大量的基础数据和文档资料。基于这些信息，轻松实现了模板的工程量精确统计，为模板的实际施工、预算及决算等工作提供准确数据。统计具体数据如下：前端输水廊道迎水面积306.89m2，而输水廊道前端的6mm钢模板体积为1547944.49cm3，换算后得到输水廊道前端的模板总重量12.15T。具体的每块模板信息见下表1。表1前段输水廊道模板各项技术指标表编号面积（m2）