BIM技術(shù)在雙曲薄殼混凝土屋面施工中的應(yīng)用

黃宗貴　張明亮， 2　周　瑾　李　賽　李鵬慧　陽　超

(1.湖南省第六工程有限公司，長沙　410015； 2.吉首大學(xué)城鄉(xiāng)資源與規(guī)劃學(xué)院，張家界　427000)

?

BIM技術(shù)在雙曲薄殼混凝土屋面施工中的應(yīng)用

黃宗貴1張明亮1， 2周瑾1李賽1李鵬慧1陽超1

(1.湖南省第六工程有限公司，長沙410015； 2.吉首大學(xué)城鄉(xiāng)資源與規(guī)劃學(xué)院，張家界427000)

隆平水稻博物館建設(shè)項目在施工過程中，采用BIM技術(shù)對雙曲薄殼混凝土屋面的支模、工程量統(tǒng)計、施工測量起到了科學(xué)的指導(dǎo)作用； 采用iBan移動應(yīng)用技術(shù)，使項目管理更加廣泛、透明、高效、快捷。通過BIM技術(shù)的施工應(yīng)用，顯著縮短了工期，節(jié)約了成本，獲得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

BIM； 雙曲屋面； 工程應(yīng)用； 信息化； 項目管理

1　引言

BIM，即Building Information Modeling，是以建筑物三維數(shù)字化為載體、以建筑物全生命周期為主線，將建筑產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)所需要的信息關(guān)聯(lián)起來而形成的建筑物信息集，對建筑前期項目設(shè)計、中期工程施工、后期物業(yè)運營等階段進行管理、協(xié)調(diào)的過程，它具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點。近年來，隨著國內(nèi)建筑業(yè)的快速發(fā)展，BIM技術(shù)在我國工程建設(shè)領(lǐng)域得到越來越廣泛的認(rèn)同和應(yīng)用[1-14]。國家住建部以及一些省市已出文對BIM 技術(shù)的應(yīng)用進行了推薦性的指導(dǎo)與建議[15-20]。BIM技術(shù)作為一種新一代創(chuàng)新性的計算機輔助設(shè)計工具與生產(chǎn)方式，成為建設(shè)信息化技術(shù)在建筑業(yè)的直接應(yīng)用，是將傳統(tǒng)粗放型的建筑業(yè)向精細(xì)、高效、統(tǒng)一轉(zhuǎn)變的一場技術(shù)革命，這次技術(shù)革命被稱為是建筑業(yè)繼20世紀(jì)甩掉手工繪圖板向CAD技術(shù)轉(zhuǎn)變后的又一次重大的技術(shù)突破。

2　工程概況

隆平水稻博物館位于長沙市隆平新區(qū)，瀏陽河?xùn)|岸，屬于中國首個水稻博物館，為湖南省重點建設(shè)項目。建筑造型呈7粒谷粒狀(如圖1所示)，總建筑面積為1.93萬m2，整體由1棟博物館主體建筑、1棟博物館配套用房及1個獨立地下車庫組成。博物館主體建筑地上二層、地下一層，配套用房地上二層、地下一層，獨立地下車庫為地下一層。工程結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)，屋面采用雙曲薄殼混凝土板，變截面弧梁、曲線梁，設(shè)置大量直角梯形柱，展廳最大凈高19.6m，施工難度較大。采用傳統(tǒng)施工技術(shù)耗時耗材，且很難達到設(shè)計質(zhì)量要求，特別是雙曲屋面混凝土梁板的施工。

此外，采用傳統(tǒng)的工程算量工具無法精確進行雙曲屋面的模板展開面積、鋼筋及混凝土用量的統(tǒng)計。針對上述特點，公司在該項目的投標(biāo)階段便采用了BIM技術(shù)，圖2-5為博物館各專業(yè)BIM模型圖。由于篇幅有限，本文僅介紹BIM技術(shù)在本工程雙曲薄殼混凝土屋面施工中的應(yīng)用。本工程雙曲薄殼混凝土屋面存在的主要技術(shù)特點及難點如下：

(1)雙曲薄殼混凝土屋面測量定位體系復(fù)雜，屋面梁板任意兩個剖面曲率均不相同，結(jié)構(gòu)梁板曲線各處不一，施工測設(shè)難度極大；

圖1　工程效果圖

圖2　BIM建筑模型

圖3　BIM結(jié)構(gòu)模型

圖4　BIM施工模型

圖5　BIM管道安裝模型

(2)屋面各點標(biāo)高難以控制，支模架立桿高度不一致，屋面梁板各部位支撐鋼管、鋼筋、模板下料定尺難度極大，且定位難度大； 梁板支模水平向鋼管必須根據(jù)屋面弧度進行彎曲，部分板塊下鋼管彎曲后還應(yīng)進行切割；

(3)雙曲屋面支模體系的模板展開面積、鋼筋用量、混凝土用量等工程量計算難度極大，用傳統(tǒng)的計量工具計算精度不夠，且不利于項目成本把控。

3　BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1施工前準(zhǔn)備階段

項目施工前，項目部便成立BIM工作站，進行相應(yīng)技術(shù)人員的培訓(xùn)與軟硬件的配備，制定BIM工作計劃，見表1。工作站根據(jù)項目的實際需求配置BIM軟件，其中以Revit和廣聯(lián)達為主，其它軟件為輔，見表2。工作站硬件配置本著滿足日常所有需求的前提下，合理安排項目部資源，配置較好的工作站硬件設(shè)備，主要硬件參數(shù)詳見表3。

圖6　項目部BIM工作站掛牌

表1　項目BIM工作站工作計劃

表2　BIM工作站軟件配置表

類 別軟件名稱技術(shù)類Revit2015Navisworks商務(wù)類廣聯(lián)達土建算量廣聯(lián)達鋼筋算量BIM5D

表3　BIM工作站硬件配置表

硬件名稱型 號處理器Core(TM)i7-4790KCPU@4.00GHz內(nèi)存16GB顯卡NVIDIAQuadroK2000主硬盤2TB操作系統(tǒng)WIN764位

3.2BIM技術(shù)的具體實施

3.2.1由于本工程雙曲薄殼屋面造型復(fù)雜，項目建模環(huán)境選用相對自由靈活的概念體量環(huán)境。

1)在立面中按軸線位置設(shè)置參照平面，并按設(shè)計標(biāo)高設(shè)置參照點；

2)在立面中設(shè)置屋檐下口參照面并選定其為工作平面切換至樓層平面中；

3)在樓層平面中按設(shè)計圖紙要求在相應(yīng)軸線處設(shè)置平面參照點；

4)在立面中依次設(shè)置軸線處的參照平面為工作平面并切換至三維模式，用模型線將同一平面的三個參照點繪制成?。?/p>

5)選取各斷面的模型線弧并擬合生成薄殼雙曲屋面模型；

6)載入項目環(huán)境生成實體并設(shè)置剖面獲取各個剖面數(shù)據(jù)。

3.2.2運用Revit建模軟件內(nèi)部體量環(huán)境建立精確模型，通過3點定圓弧的方式繪制各軸線位置屋面定面輪廓，導(dǎo)入項目環(huán)境通過面屋頂工具生成弧形屋面。建立精確Revit模型后，輸出精確模型數(shù)據(jù)，提前制作實體支模樣板，預(yù)先解決施工操作重點及難點。

3.2.3在精確的模型上提取準(zhǔn)確信息，進行材料準(zhǔn)確定尺下料及材料的預(yù)加工。

1)根據(jù)支模立桿平面位置提取準(zhǔn)確的標(biāo)高信息，扣除板厚及支模體系的厚度得出每根立桿的高度，對每根立桿進行預(yù)拼接，需要切割鋼管的進行預(yù)加工；

2)根據(jù)模型提取每根鋼筋的長度與弧度信息，根據(jù)下料原則進行下料與彎曲；

3)根據(jù)三維模型進行模板預(yù)拼接，再按照模板規(guī)格進行分割，提前對模板進行定尺下料。

由于各雙曲屋面混凝土梁板曲率半徑、標(biāo)高等均不同，提前導(dǎo)出各特征面標(biāo)高和平面坐標(biāo)明細(xì)表、相關(guān)數(shù)據(jù)及圖紙，并委派專人跟蹤指導(dǎo)施工人員進行支模作業(yè)，隨時驗收上一道工序，及時整改。圖7為雙曲混凝土屋面梁板BIM模型及各曲梁截面標(biāo)高示意圖。

(a)雙曲混凝土板模型

(b)曲梁模型

(c)曲梁剖面圖7　雙曲屋面混凝土梁板標(biāo)高示意圖

雙曲薄殼混凝土屋面支模目前國內(nèi)外應(yīng)用較少，正式施工前，根據(jù)BIM模型及各梁縱向剖圖搭設(shè)樣板，保障施工質(zhì)量，有效地指導(dǎo)了現(xiàn)場施工； 同時也縮短了施工工期，減少了現(xiàn)場架管的隨意切割浪費，節(jié)約了成本。

3.3工程量統(tǒng)計

根據(jù)本項目的建筑特點，從基礎(chǔ)到屋面以下構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式較普通，利用傳統(tǒng)軟件建模即可解決項目施工的需求。而屋面采用雙曲薄殼型混凝土結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的算量軟件已經(jīng)無法處理這種形狀的結(jié)構(gòu)體系，本項目采用Revit建立模型，斯維爾Revit三維算量軟件直接利用Revit模型進行計算，來處理工程量的精確統(tǒng)計。

(a)架管材料明細(xì)表

(b)高支模模型　　　　　　　(c)樣板搭設(shè)

(d)屋面梁板支模及鋼筋綁扎圖8　雙曲屋面混凝土梁板BIM技術(shù)應(yīng)用

通過BIM相關(guān)軟件可準(zhǔn)確進行工程量的統(tǒng)計，用于設(shè)計過程中的成本估算、以及施工開始前的工程量預(yù)算和施工完成后的工程量決算，同時進行異形構(gòu)件的精確工程量計算，便于材料調(diào)配、成本核算與結(jié)算。

(a)雙曲屋面板

(b)屋面曲梁圖9　雙曲屋面混凝土梁板工程量統(tǒng)計

3.4施工測量

本工程雙曲薄殼混凝土屋面支模體系的空間定位較為復(fù)雜，采用傳統(tǒng)測量定位難以滿足質(zhì)量要求，施工期間采用BIM技術(shù)，為保證現(xiàn)場主軸線控制精度，以及現(xiàn)場施工的通視要求，選取主軸線時特意避開各類構(gòu)筑物，并保證滿足最基本的測量原則：后視長前視短。屋面模型主軸線選取如圖10所示。

圖10　BIM技術(shù)軸線測量定位

利用“Point Layout”插件在向?qū)Ｐ蜕鲜叭√卣鼽c，獲取各特征點的三維坐標(biāo)。屋面混凝土梁板支模施工時，測量人員根據(jù)BIM模型導(dǎo)出的各特征點三維坐標(biāo)進行雙曲屋面的準(zhǔn)確定位，科學(xué)地指導(dǎo)了現(xiàn)場施工。

3.5BIM5D應(yīng)用

項目施工期間以BIM平臺為核心，集成土建、機電、幕墻等各專業(yè)模型，并以集成模型為載體，關(guān)聯(lián)施工過程中的進度、合同、成本、質(zhì)量、安全、圖紙、物料等信息，利用BIM模型的形象直觀、可計算分析的特性，為項目的進度、成本管控、物料管理等提供數(shù)據(jù)支撐，協(xié)助管理人員有效決策和精細(xì)管理，從而達到減少施工變更，縮短工期、控制成本、提升質(zhì)量的目的。

(a)選取特征點

(b)獲取坐標(biāo)圖11　BIM技術(shù)在施工測量中應(yīng)用

3.6iBan應(yīng)用

項目施工過程中，施工技術(shù)人員通過iBan移動應(yīng)用，可在施工現(xiàn)場使用手機拍攝施工節(jié)點，將有疑問的節(jié)點照片上傳到系統(tǒng)后臺終端，與BIM模型相關(guān)位置進行對應(yīng)，在安全、質(zhì)量會議上解決問題非常方便，大大提高工作效率。項目部資料員可及時將設(shè)計變更、工程聯(lián)系單掃描上傳至終端，方便施工技術(shù)人員快捷的查閱。另外，項目部所有管理者均可通過手機第一時間看到，工程管理變得更加廣泛、透明、快捷、高效。

(a)材料采購計劃表

(b)集成模型圖12　項目施工BIM5D應(yīng)用

圖13　iBan應(yīng)用

5　結(jié)語

隆平水稻博物館建設(shè)項目在施工過程中，采用BIM技術(shù)對雙曲薄殼混凝土屋面的支模、工程量統(tǒng)計、施工測量起到了科學(xué)的指導(dǎo)作用； 采用iBan移動應(yīng)用技術(shù)，使項目管理更加廣泛、透明、高效與快捷。通過BIM技術(shù)的施工應(yīng)用，顯著縮短了工期，節(jié)約了成本，獲得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

說明：本工程BIM技術(shù)應(yīng)用榮獲湖南建工集團首屆“超越杯”BIM大賽綜合獎二等獎(2015年度)、首屆中國建設(shè)工程BIM大賽單項獎二等獎(2015年度)。

[1]高永剛， 李光金，董智力等.BIM技術(shù)在銀川火車站工程中的應(yīng)用[J].土木建筑工程信息技術(shù)， 2010， 3(2)： 72-75.

[2]秦凱凱.BIM技術(shù)在大型建筑安裝工程中的應(yīng)用[J].建筑施工， 2014， 36(2)： 171-173.

[3]李亭亭， 吳獻，尹莉等.BIM技術(shù)在工程建設(shè)項目中的應(yīng)用研究[J].土木建筑工程信息技術(shù)， 2014， 6(1)： 92-95.

[4]任錦龍， 毛路，榮慕寧.BIM技術(shù)在工程中的綜合應(yīng)用[J].建筑技術(shù)， 2012， 43(11)： 971-974.

[5]馬洪娟， 姚守儼.BIM技術(shù)在廣西體育中心網(wǎng)球館項目施工中的應(yīng)用探討[J].土木建筑工程信息技術(shù)， 2011， 3(3)： 40-44.

[6]周春波.BIM技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用研究[J].青島理工大學(xué)學(xué)報， 2013， 34(1)： 51-54.

[7]馬洪娟， 姚守儼，戈祥林等.BIM技術(shù)在南寧規(guī)劃展示館項目施工中應(yīng)用體會[J].土木建筑工程信息技術(shù)， 2011， 3(4)： 82-86.

[8]龍騰， 唐紅，吳念等.BIM技術(shù)在武漢某高架橋工程施工中的應(yīng)用研究[J].施工技術(shù)， 2014， 43(3)： 80-83.

[9]張建平， 李丁，林家瑞等.BIM在工程施工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)， 2012， 41(371)： 10-17.

[10]侯兆新， 杜艷飛，楊洋等.BIM在新加坡環(huán)球影城主題公園項目中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)， 2012， 41(377)： 68-71， 86.

[11]高永剛， 李光金.基于BIM可視化技術(shù)在杭州東站中的應(yīng)用[J].土木建筑工程信息技術(shù)， 2010， 2(4)： 55-58.

[12]曾大林， 趙靈敏，岳廣飛.濟南西客站站前廣場地下工程BIM應(yīng)用[J].土木建筑工程信息技術(shù)， 2012， 4(2)： 71-77.

[13]趙靈敏， 岳廣飛.山東省文化中心項目BIM應(yīng)用實踐[J].土木建筑工程信息技術(shù)， 2011， 3(4)： 51-57.

[14]楊蘋， 徐金圣，劉永達.長江傳媒大廈項目BIM技術(shù)應(yīng)用的實踐與探索[J].土木建筑工程信息技術(shù)， 2014， 6(5)： 102-106.

[15]2011～2015年建筑行業(yè)信息化發(fā)展綱要[Z]. 北京：中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部， 2011.

[16]關(guān)于征求關(guān)于推薦BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用的指導(dǎo)意見(征求意見稿)意見的函[Z]. 北京：中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部， 2013.

[17]關(guān)于推進建筑業(yè)發(fā)展和改革的若干意見[Z]. 北京：中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部， 2014.

[18]施工企業(yè)BIM應(yīng)用研究(一)[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2013.

[19]BIM深度應(yīng)用與發(fā)展[R]. 北京：中國城市出版社， 2015.

[20]關(guān)于開展建筑信息模型應(yīng)用工作的指導(dǎo)意見[Z]. 湘政辦發(fā)[2016]7號，長沙：湖南省人民政府辦公廳， 2016.

Application of BIM Technology in Hyperbolic Concrete Shell Roof Construction

Huang Zonggui1， Zhang Mingliang1， 2， Zhou Jin1，Li Sai1， Li Penghui1， Yang Chao1

(1.HunanNo.6EngineeringCo.，Ltd.，Changsha410015，China；2.CollegeofResourcesandPlanningSciences，JishouUniversity，Zhangjiajie427000,China)

BIM technology used by Longping Rice Museum construction process plays a very good guiding role in the construction site layout，hyperbolic shell concrete roof formwork，quantity statistics and construction survey. At the same time, the use of iBan mobile application technology realizes project management in a wider range and in a quicker and more transparent and efficient way.Through the application of BIM technology，the construction period is shortened，the cost is saved，and better social and economic benefits are obtained.

BIM； Hyperbolic Roof； Engineering Application； Information； Project Management

黃宗貴(1978-)，男，碩士，高級工程師，注冊建造師。主要從事施工項目管理及BIM技術(shù)應(yīng)用工作。)

張明亮(1983-)，男，工學(xué)博士，工程師，注冊建造師。主要從事建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究、施工監(jiān)測、施工技術(shù)管理及BIM技術(shù)應(yīng)用工作。

TU17

A

1674-7461(2016)01-0015-07

10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.01.03