BIM+4D施工模拟技术在邳州市城区泵站改造提升工程中的应用

张涛

(广东河海工程咨询有限公司，广东 广州 510610 )

摘  要：本研究以邳州市城区泵站改造提升工程为依托，引入BIM+4D施工模拟技术，针对项目二维图纸深度不够、泵站设备精确定位要求较高、施工流程复杂等难题，建立了以图纸会审、场地布置、施工模拟为核心的BIM模型应用体系。通过碰撞检查、精细化分析、施工过程模拟实现了项目的数字化管理和精细化管理，提高施工项目管理的工作效率。

关键词：BIM技术；4D施工模拟；泵站；形象进度

泵站为城市防洪排涝的典型建筑物，是保障城市社会经济发展和人民安全的关键。在泵站的施工过程中，经常面临如下的问题：施工环境复杂，比如软土地基、深基坑、高水位和地下水位变化，这些都会增加施工难度；工程结构复杂，大型泵站涉及多个部分，如进水池、泵房、出水管道等，各部分的衔接和稳定性都很重要；管理协调难度大，泵站施工涉及多个专业领域，如土建、机电、自动化等，需要有效的协调机制。上述问题增加了泵站施工的难度、工期、技术及管理成本。与此同时，近年来，BIM（Building Information Modeling, 以下简称BIM）是一种集成了工程的物理特征、功能特性和管理要素的工程全要素数字信息化模型技术^[1-2]。BIM技术通过创建数字化的三维模型，实现了设计、施工和运营全过程的信息共享与协同工作，极大地提高了工程项目的管理效率和质量^[3-4]。BIM技术并非单独的依靠某个具体的软件来完成，它是专业的系统解决方案。BIM技术与移动互联、物联网、人工智能AI、地理信息系统、大数据等新一代信息技术融合已成为新的趋势^[5]。本研究以邳州市城区泵站改造提升工程为依托，将BIM技术与4D施工模拟技术有效融合，着力解决泵站桩型复杂、施工形象进度不明、图纸会审难度大、数字化、可视化缺失的问题。

1工程概况

1.1工程建设内容

邳州市城区泵站改造提升工程施工1标段-旧河头东站位于江苏省邳州市运河街道境内，位于京杭运河左堤与六保河交汇处，属治涝工程，排涝面积6.35km²，保护面积36.5km²，系邳州市运河街道主要排涝泵站。本工程主要建筑物级别：1级，次要建筑物级别：4级，临时建筑物级别：4级。设计标准：排涝标准20年一遇，中运河堤防防洪标准为100年一遇。邳州市旧河头东站改造提升工程主要建设内容为：拆除老站，新建旧河头东站，设计排涝流量20m³／s，包含土建、机电、金结、信息化等。图1为邳州市城区泵站改造提升工程施工1标段-旧河头东站平面图和纵剖面图。

（a）平面图

（b）纵剖面图

图1 邳州市城区泵站改造提升工程施工1标段-旧河头东站平面图和纵剖面图

1.2 项目建设难点

项目工艺单体构筑物空间布局紧凑，结构柱网密集，常规二维设计极易出现结构性碰撞。经调研，认为项目存在以下建设难点：

（1）设计单位交付的二维图纸深度不够，需设计与施工单位进行二次深化设计与施工方案优化；

（2）泵站设备与建筑物流道的精确定位要求较高，需要精准确定流道、预埋件和支吊架的位置；

（3）施工流程比较复杂，需要对施工过程进行可视化模拟，全方位进行技术交底。

2 研究方法

项目团队以邳州市旧河头东站相关图纸为基础建立三维模型，综合各结构模块特征进行碰撞检测，重点严查是否存在结构冲突的问题，以避免出现施工干扰，以此确定初步模型。本项目充分发挥BIM优势，针对泵站桩型复杂、流道复杂等问题进行结构优化；针对右岸空箱结构进行了材料优化，最终确定优化模型。在此基础上，施工单位根据施工顺序、施工空间等因素对修改后的模型进行复核，进行三维技术交底，并演示形象化进度流程，最后开展施工模拟，以确定综合模型^[6]。图2为技术应用流程。

图2 技术应用流程

3 主要成果

3.1图纸会审

BIM技术在图纸会审中的应用显著提升了图纸会审的深度和效率，为建筑项目的成功实施奠定了坚实的基础^[7]。在传统的图纸会审中，参与者往往需要通过二维图纸来理解设计意图，不仅耗时且容易产生误解。而随着BIM技术的引入，通过其强大的三维可视化和数据集成能力，为图纸会审带来革命性的变化。图3为BIM三维模型。

（a）BIM三维真实模型

（b）BIM三维线框模型

图3 BIM三维模型

通过图3BIM三维模型与图1设计图纸对比，BIM模型的数据集成功能使图纸会审更加全面和深入。模型中不仅包建筑的几何信息，还包括材料、尺寸、性能等详细属性。这意味着在图纸会审中参与者可以直接查询和验证这些信息，确保设计的准确性和合规性。此外，BIM模型还可以集成来自不同专业的设计数据，使跨专业的冲突和协调问题能够在早期被发现和解决。BIM模型使所有参与者能够在一个共享的虚拟环境中查看和分析建筑物结构。在图纸会审过程中，可以轻松地旋转、缩放和剖切模型，以检查建筑的各个部分，包括结构、机电、管道等系统的布局和相互关系。

BIM技术支持实时协作和问题追踪， 极大地提高了图纸会审的效率。 通过BIM协作平台，团队成员可以在图纸会审过程中实时共享和编辑模型，标记问题， 并分配责任^[8]。这种实时协作确保了图纸会审中提出的问题能够被及时记录、跟踪和解决，避免了信息传递的延迟和误解。

3.2场地布置

BIM技术通过创建精确的三维模型，可以帮助项目团队在施工前进行详细的场地规划。通过BIM模型，可以模拟不同施工阶段的场地布局，包括临时设施的设置、施工道路的规划、材料堆放区的安排等。这种预先规划可以有效避免施工现场的混乱和冲突，确保施工活动的顺利进行。

在施工过程中，不同施工活动之间可能存在空间和时间上的冲突。BIM技术可以帮助项目团队在施工前检测这些潜在的冲突。通过BIM模型，可以模拟施工现场的动态变化，识别不同施工活动之间的冲突点。判断评估建筑物结构及设备之间的安全距离，确保施工活动的安全进行，如图4所示。

图4 BIM三维模型

3.3 4D施工模拟

为了解决传统平面施工技术交底不够直观、接底人与交底内容理解有偏差等问题，利用BIM可视化特点，进行三维技术交底，提高交底内容的直观性和精确度。

该工程泵站采用堤后式布置，主要由主泵房、出水池、穿堤涵洞及水闸等组成，轴向总体布置为：引河、站下前池、泵房、出水池、出水涵洞、出水闸和输水干渠。在该工程主体工程的施工中，涉及灌注桩施工、高喷墙施工、拉森钢板桩施工、方桩施工、搅拌桩施工等，桩型较多，工艺复杂。

在开展的专项QC小组活动中，应用BIM模型深度优化设计，指导施工生产，提高质量保证率。在施工中提前运用BIM技术对工程实体进行精准建模，并虚拟施工，发现问题及时调整施工安排，如对基础和板桩进行三维精细化桩位放样，模拟现场施工，用于指导现场实施以消除空间误差。技术人员通过制作三维安装大样示意图、施工模拟视频，对施工班组进行交底。通过施工交底会议，施工班组凭借实际施工经验提出优化意见，技术人员通过分析讨论后接纳部分意见，修改初步方案，形成最终实施方案，并以施工阶段模型为基础导出施工形象进度图。

（a）施工进度计划

（b）施工模拟进度计划

（c）施工模拟形象进度

图5 4D施工模拟

在图5中可以看到，原设计的施工进度计划仅停留在时间维度，缺乏形象进度，并且不能实时体现进度的滞后或超前，为此拉长了管理决策的反射弧，不能及时有效的调节工程进度。通过4D施工进度模拟的方法，能有效将时间进度和形象进度融合在一起，实现工程进度实时监测，实时调整。考虑4D施工模拟对计算硬件要求高的因素，特将该工程横道图中施工项目进行科学的合并，总体分为基础、站室、出水池、洞首、上下游底板及翼墙等9个任务，相应的时间进度也进行了合理的优化。对比图5模拟进度和计划进度总体一至，对滞后或超前的进度，图片5可更为直观的表示结果。

4 结语

随着水利数字孪生技术发展，BIM技术已经成为推动水利建设项目高效、精确和高质量发展的关键工具。对于施工质量复杂的项目，结合4D施工模拟技术，可以极大地优化项目管理和成本控制。BIM+4D施工模拟技术使得施工的每一个环节都能得到细致的规划和监控，进而确保施工过程的顺利进行和项目的高质量完成。

展望未来，随着BIM+4D施工模拟的不断进步，从项目设计到施工，从管理到维护，该技术将有效提高项目的整体管理能力，加速项目信息化的实现，现了项目精益化建造和智能化管理。

参考文献：

[1]孙殿泉.浅析BIM技术在建筑工程中的应用[J].中国建筑金属结构.2020(4):50-51.

[2]程江,王斌,张腾.BIM技术在广州西朗全地埋式污水处理厂施工中的应用[J].广东水利水电,2021(1):78-82.

[3]黄秋明,温锦成.基于BIM技术的建筑施工应用研究[J].科学技术创新，2023(14):166-169.

[4]詹述琦.浅析 BIM 技术在工程建设全过程管理中的应用[J].厦门科技，2024,30(2):31-32.

[5]黄浩,曹晗,丁仕洪,等.BIM 技术在大型站房改扩建工程中的应用[J].铁路技术创新,2021(4):83-90.

[6]文雅,孟依柯,汪传跃,等.基于BIM平台的海绵城市系统优化设计及评估[J]. 中国给水排水,2021,37(12):98-103.

[7]王媛媛,桂宗能,孙涛.基于GIS+BIM的智慧灌区管理系统的设计与应用 [C/OL].河海大学、阿拉善右旗人民政府, 2021: 45-54.

[8]胥照.“互联网+智慧水利”在水利施工现场管理中的应用探讨[J]. 江苏水利,2018(2):30-32.

作者简介：张涛，男，汉族，1988年5月生，江苏邳州人，2010年7月毕业于徐州建筑职业技术学院建筑设备与环境工程系水利工程专业，大学学历，工程师。邳州市委党校2012年第一期学员。现为广东河海工程咨询有限公司项目总监理工程师、江苏建筑职业技术学院建筑智能学院水利工程专业学生企业导师、江苏省政府采购评审专家、全国智慧水务产教融合共同体副秘书长。主要从事研究方向：水利水电工程、市政公用工程建设监理。通讯地址：江苏省邳州市碾庄镇祁庄村张东组647号，联系电话：15852087065，邮箱：921578213@qq.com