BIM技术在科威特T1158基础设施项目的综合运用研究

BIM技术在科威特 T1158基础设施项目的综合运用研究

徐 超

中国电建集团中国水利水电第八工程局 有限公司，湖南 省长沙 市 41 0000

[摘 要]建筑信息模型（Building Information Modeling）利用BIM技术“精细化”“快捷性”“可视化”“规模化”的特点，有效结合工程实践经验，可以实现项目利益

[关键词]

0. 引言

土石方工程的设计及计算是否精准，直接决定了本项目整体施工方案及施工设备的选择、工期长短、造价高低等诸多方面。传统土方算量和箱涵设计的方法，是通过GPS全球定位系统（Global Positioning System）、全站仪、野外测量等进行测量，再根据不同地形使用不同的土方计算方法，手动或用Excel函数进行计算，再利用计算数据进行土方平衡调配及CAD制图设计箱涵。传统算量方法及制图方法受到地形、空间等条件限制且计算过程繁琐、可视化程度低，存在效率低、误差大、出错率高、易产生纠纷等缺点。

为了保证工程前期施工方案的精准性、优化设计方案，避免施工过程中发生窝工、返工、材料浪费等现象，通过采用BIM技术建立数字化三维模型，并与虚拟施工相结合，制定出最优施工方案，实现了项目降本创效。

0. 土石方平衡的BIM应用

Civil 3D软件能够利用DEM数字高程模型（Digital Elevation Model)构建的曲面数据进行土方量的精确计算，且能够直接输出土方施工图。首先根据合同文件及测量数据，通过Civil 3D建立原始地形曲面以及设计高程曲面，然后将两曲面原坐标叠加，计算土石方工程量，然后对整个场地分区分块，分别计算分区分块工程量，区块直接通过运距最短原则进行土石方平衡的调配。

图 1 土石方平衡应用流程图

1. 1. BIM-GIS 建立曲面叠加模型

项目运用GIS地理资讯系统（Geographic Information System）测量地形数据将地形数据矢量化，生成DEM数字模型，建立施工场地的原始高程数据曲面^[1]。原始曲面是Civil 3D 将GIS测量数据点连接，从而建立的地形表面的三维表现形式，是计算土石方的数据基础。运用Civil 3D使原始曲面与道路横截面、纵截面的设计高程数据曲面相结合，建立起原始-设计曲面高差显示模型，如图1所示。通过原始-设计曲面高差显示模型对项目进行分析，指出本项目土石方工程的难点、重点。

图 2 原始-设计曲面高差显示模型

1. 2. Civil 3D土石方分区调配计算

通过原始-设计曲面高差显示模型，能够很容易的判定挖方区和填方区，输出土石方施工的细化信息，确定场地土方转运施工便道，合理划分施工区域。

图 3 分区块计算工程量

然后通过Civil 3D计算各区域重心之间的直线距离，并结合单位运费用使用“运距最短”原则确定运输成本最经济、施工步骤最合理的平衡调配方^[2]。将施工区域合理划分区块，并对每个区块土石方量都进行精细计算，平衡调配计算流程如下：

（1）列出各个区域的土石方开挖量Q1、回填量Q2、清表可利用土石方量Q3；

（2）计算出该区域实际需开挖和回填的土石方量差值△Q，即需外借的土石方量：

△Q=Q1－Q2＋Q3

3. 若△Q>0，则表示土石方量有剩余，可调配至其他区域；若△Q<0，则表示回填土石方量不足，需从其它区域或外部借土回填；

4. 通过对比计算各区域间的运距，结合外借土的供给能力，计算出整体运输距离之和最小的路线，即为最经济的土石方平衡调配方案；

5. 利用BIM软件将计算出的最优调配方案在模型上直观显示出来。

1. 3. 方案分析与优化

通过分析合同文件，发现合同中未明确非道路部分的设计高程，使得别墅区宅基标高及箱涵标高有较大的优化空间。通过结合道路部分的开挖回填量，调节非道路部分设计高程制定施工方案并选取最优方案，实现了土石方平衡，节省了至少700万方借土。

0. 箱涵设计的BIM应用

1. 1. SAP 2000箱涵结构分析

首先通过DEM模型提取道路设计标高，结合合同中道路底部高程，一次性提取箱涵的覆土高度和坡降。然后将数据导入SAP2000合理划分出不同的施工段，并在原合同设计的基础上进行结构分析，根据不同的土体压力自动优化出合适的伸缩缝间距及箱涵壁厚等设计参数，进而优化箱涵结构，自动生成结构尺寸图和钢筋图。

图 4 箱涵设计应用流程图

图 5 箱涵结构分析剖面图

1. 2. 方案分析与优化

采用BIM技术建立箱涵模型，能够快速、准确地确定整个场区的设计标高、箱涵坡降及覆土高度，直观立体地展示综合箱涵的三维形态，模型相对位置精准。

0. 市政管网设计的BIM应用

市政管网包含供电管道、雨水管道、污水管道、给水管道、消防管道、燃气管道、通讯管道、小区智能化管道等工程，管网均在城市道路下面敷设，各管线间距、埋深有严格的尺寸要求。一旦发生管线碰撞，再调整设计方案需要付出沉重的代价。应用BIM技术建立管网模型并执行碰撞检查，能够很好的避免这一现象。

图 6 市政管网设计应用流程图

1. 1. Infraworks管网建模

运用Infraworks软件建立市政管网的各类模型，直观体现并综合考虑管线的设计、种类、数量、安全距离、预留检修空间等。

图 7 建立管网模型

1. 2. Navisworks复杂市政管网碰撞检查

碰撞检测可分为软碰撞和硬碰撞两种，硬碰撞是指结构所发生的实际碰撞，软碰撞是指施工中预留的操作空间不足。通过Navisworks软件将管网模型进行原坐标叠合，进行模型虚拟漫游，自动检查管线的碰撞位置。

图 8 市政管线碰撞检查

1. 3. 方案分析与优化

通过三维模型检查，可自动生成管线的碰撞报告，并通过模型中管线碰撞位置的高亮显示，及时发现并调节管线坡度、预见可能出现的隐患，从而预先制定出管线施工顺序。施工前进行可视化交底，能及时发现并提前预警施工过程中可能存在的问题。

0. 结论/结束语

科威特T1158基础设施项目土石方开挖约828万立方米，回填约954万立方米，管网长度约1000千米，土方工程量庞大，相当于1160个标准足球场大小。BIM技术能够实现参数化三维建模，模型精度高、算法科学严密，是未来必然的发展趋势，利用BIM技术“精细化”“快捷性”“可视化”“规模化”的特点，实际应用共节省借土700万，节约运输成本3000余万，节约工期3个月；通过箱涵建模分析设计优化，节省混凝土1万方，节约成本1000余万；通过管线建模及碰撞检查，有效实现了事前控制、现场无二次返工现象发生。

参考文献

[1]李志辉.基于BIM-GIS技术的场地土石方调配应用研究[A].装备技术，2018

[2]应潇斐，戴南，顾国平.利用BIM技术对土石方调配方案进行优化的方法.专利说明书，2017

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