利用BIM仿真技術(shù)實現(xiàn)大跨度鋼梁現(xiàn)場安裝

陳 文 龍

(山西八建集團有限公司，山西 太原 030027)

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利用BIM仿真技術(shù)實現(xiàn)大跨度鋼梁現(xiàn)場安裝

陳 文 龍

(山西八建集團有限公司，山西 太原 030027)

以中國知網(wǎng)數(shù)字出版與數(shù)字圖書館項目為例，利用BIM仿真技術(shù)，對該工程大跨度鋼梁吊裝施工進行了模擬，并對勞務(wù)作業(yè)人員進行了技術(shù)交底，降低了現(xiàn)場鋼梁吊裝作業(yè)的風(fēng)險，實現(xiàn)了施工資源的優(yōu)化配置。

BIM仿真技術(shù)，鋼梁，吊裝方案，施工進度

隨著我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)和鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)濟建設(shè)對鋼結(jié)構(gòu)的需求多樣化，大跨度鋼梁設(shè)計已經(jīng)得到了廣泛的推廣，同時以建筑信息模型BIM技術(shù)為依托，Navisworks軟件為平臺，可視化仿真模擬技術(shù)正在火熱推廣當(dāng)中，兩項技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用對建筑行業(yè)施工具有十分重要的意義。

1 項目概況及技術(shù)難點

中國知網(wǎng)數(shù)字出版與數(shù)字圖書館鋼結(jié)構(gòu)通道跨度為37.6 m，鋼梁長度在25.6 m～36.3 m之間，鋼梁最重25.6 t，大跨度鋼梁48根。整個通道施工進度的控制、工序的協(xié)調(diào)、方案的優(yōu)化都成為本工程的施工難點。

為此采用BIM仿真技術(shù)，構(gòu)建空間實體模型,進行動畫模擬，并在此基礎(chǔ)上完成施工方案的制定與優(yōu)化，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

2 研究對象

以通道一的鋼梁施工為例。

該通道有3層鋼梁，鋼梁均為工廠制作，現(xiàn)場吊裝。鋼梁跨度30 m～36.7 m之間，安裝最大高度29.8 m，吊車最大工作半徑35 m，現(xiàn)場施工場地狹小，吊車位置無法移動。綜合考慮施工場地周圍環(huán)境和施工或能帶來的其他影響，對大噸位吊車臨基礎(chǔ)、臨街吊裝，采用BIM仿真模擬技術(shù)分析，制定吊裝方案。

3 施工方案設(shè)計和選擇

鋼結(jié)構(gòu)吊裝是復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng),它通常包括多道工序,在這些工序中涉及的因素較多,直接影響著施工的全過程。模擬施工過程是為了通過BIM仿真技術(shù),完成三維空間建模，模擬現(xiàn)場施工時可能遇見的各種情況，優(yōu)化制定合理、有效、安全的施工方案。

通過施工現(xiàn)場模擬，確定施工順序，圖1是鋼梁施工方案的示意圖。

3.1 模擬前的準(zhǔn)備

吊裝模擬之前建立以下相關(guān)模型：

1)實體模型：建立土建、鋼結(jié)構(gòu)模型。

2)汽車吊模型：依據(jù)300 t汽車吊建模，合理體現(xiàn)吊車工況參數(shù)(臂桿長度、作業(yè)半徑、旋轉(zhuǎn)角度、起重量、起重高度等)。

3)現(xiàn)場模型：模擬施工現(xiàn)場周邊環(huán)境，選擇吊車起吊位置，準(zhǔn)確定位。

3.2 鋼梁起吊點至落點位置施工模擬

本工程鋼構(gòu)件吊裝時需跨越現(xiàn)有臨建進行吊裝，通過BIM模擬，確定了鋼梁起吊點、起吊高度、吊臂旋轉(zhuǎn)方向、吊裝角度、吊車臂長、現(xiàn)場信號工的站立位置和纜風(fēng)繩牽引過渡勞務(wù)工人的站立位置。

3.3 鋼梁安裝順序模擬

根據(jù)樓層及鋼梁編號，檢查碰撞，模擬不同的吊裝施工順序。

樓層方向模擬：由上而下、由下而上分別進行施工模擬，發(fā)現(xiàn)由于吊車距離基坑較近，吊裝3層鋼梁時，2層的多榀鋼梁對吊車有抗臂現(xiàn)象。碰撞檢查，結(jié)論為：不宜采用(存在碰撞)。

軸線方向模擬：由北向南由于吊車位于建筑物北側(cè)直接抗臂不可行，由南向北時仍存在2層鋼梁抗臂現(xiàn)象。碰撞檢查，結(jié)論為：不宜采用(存在碰撞)。

采取對樓層和軸線由下而上、由南向北、同步交叉安裝鋼梁進行模擬確定吊裝順序：

吊裝底層南2跨鋼梁→吊裝中層南1跨鋼梁→吊裝頂層南1跨鋼梁→吊裝中間層、頂層中間跨鋼梁→吊裝底層、中間層、頂層北1跨鋼梁。

通過模擬優(yōu)化制定的吊裝方案，指導(dǎo)現(xiàn)場吊裝作業(yè)，對作業(yè)人員進行技術(shù)交底。

3.4 鋼梁就位模擬

由于本工程鋼梁布置較密，當(dāng)主梁安裝就位后模擬次梁安裝時，發(fā)現(xiàn)50%次梁無法安裝。采取了三種吊裝方法進行模擬：

模擬一：工廠加工制作時連接板已全部焊接在橫向主梁的側(cè)面，當(dāng)次梁吊裝時發(fā)現(xiàn)只有一榀可以從對角方向放入主梁之間安裝，其余三榀由于空間狹窄和連接板阻擋，無法放入就位。模擬結(jié)果:不可行。

模擬二：將其中一榀橫向主梁的三塊連接板暫不焊接，將次梁按對角吊放就位時，仍有一榀次梁無法放入就位。模擬結(jié)果：不可行。

模擬三：將橫向主梁的四塊連接板暫不焊接，將次梁按對角依次放入并移靠在南面，主次梁上翼緣板焊滑動托板臨時支護，當(dāng)?shù)谒拈瘟悍湃肟論鮾?nèi)后，按先入后安的順序退回式安裝，先焊接連接板，再安裝固定鋼梁。模擬結(jié)果：可行(及時通知工廠將相關(guān)連接板暫不焊接)。

3.5 施工安全模擬

鋼梁就位后，對安全防護裝置、高強螺栓緊固、勞務(wù)工人行走路線、安全網(wǎng)掛設(shè)等進行了三維場布模擬，降低了危險發(fā)生概率，保證了勞務(wù)作業(yè)安全。

3.6 施工進度模擬

1)數(shù)據(jù)采集。

搜集和調(diào)研勞務(wù)工作效率，建立數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進行讀取、集成、分析、驗算、處理，構(gòu)建子信息模型。建立BIM技術(shù)框架，實行對建筑工程項目的動態(tài)管理。

2)數(shù)據(jù)分析。

通過編輯器和工序模板相結(jié)合來建立鋼梁吊裝工程進度管理系統(tǒng)，利用立體模型的生成來展示施工進度，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)對計劃進度和實際進度的對比，更好的讓計劃進度來指導(dǎo)實際的施工。采用BIM管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)施工資源的動態(tài)化管理，可以更好的計算節(jié)點以及工程量，查詢和統(tǒng)計各個節(jié)點人力和物力的施工情況。建筑施工的安全管理系統(tǒng)可以對于建筑工程的質(zhì)檢數(shù)據(jù)進行存儲，并且顯示和打印出來，方便對現(xiàn)場施工的指導(dǎo)。

3)注重安全沖突。

施工前，將吊裝施工過程在BIM軟件上進行仿真模擬，利用系統(tǒng)軟件對施工中的全過程進行重點模擬。模擬中需要對建筑施工中的功能安全和沖突進行分析，進行安全性能評估、動力學(xué)分析計算，確保順利施工，發(fā)現(xiàn)碰撞沖突，及時對工藝、方案進行調(diào)整。

3.7 其他質(zhì)量、安全保證措施

1)合理布置施工平臺，對人員、設(shè)備、電氣、消防等因素的安全防范作周密的設(shè)防，編制了安全施工組織設(shè)計和應(yīng)急預(yù)案，對所有施工操作人員進行安全教育。

2)施工前組織有關(guān)人員熟悉圖紙、方案，進行技術(shù)交底。

3)吊梁前必須先試吊，測量鋼梁端部標(biāo)高，檢查鋼柱的穩(wěn)定性能，滿足要求后將鋼梁進行吊裝。

鋼梁吊裝模擬如圖2所示。

實物吊裝如圖3所示。

4 BIM的現(xiàn)實指導(dǎo)意義

建筑施工是一個高度動態(tài)的過程，建筑工程施工是不可逆的，一旦做錯就得砸掉重來，不但造成資源和人力的浪費，最主要的還會降低質(zhì)量。運用BIM直觀精確的模擬整個施工過程，這樣就可以大大減少出錯的風(fēng)險，同時優(yōu)化施工資源、縮短工期、保障安全、降低成本、提高質(zhì)量。

5 結(jié)語

本例通過BIM仿真技術(shù)優(yōu)化模擬，對中國知網(wǎng)數(shù)字出版與數(shù)字圖書館鋼結(jié)構(gòu)工程中大跨度鋼梁整體吊裝進行指導(dǎo)施工，有效地解決了施工過程中的難點，為后續(xù)類似工程提供了相關(guān)的施工經(jīng)驗。

[1] 張國良.鋼結(jié)構(gòu)大跨度鋼梁制作施工技術(shù)探討[J].城市建設(shè)理論研究,2015(18)：23-25.

[2] 張春光.淺談鋼結(jié)構(gòu)大跨度梁項目的施工[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu),2013(2)：106-108.

[3] 孫善乾.鋼結(jié)構(gòu)BIM的理論與應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù),2015(19)：80-81.

[4] 壯真才.BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工管理中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)開發(fā),2016,43(9)：81-82.

[5] 朱家勇.基于BIM技術(shù)的勁型鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點施工技術(shù)[J].工程技術(shù)(全文版),2016(12)：133-134.

The field installation of large-span steel beam based on BIM simulation technology

Chen Wenlong

(Shanxi8thConstructionGroupCo.,Ltd,Taiyuan030027,China)

Taking the program of CNKI digital publishing and digital library as the example, the paper adopts BIM simulation technique to simulate the large-span steel frame hoisting construction of the project, undertakes the technical disclosure for the labors, so as to lower the risks of the site steel framework hoisting and realize the optimal allocation of the construction resources.

BIM simulation technique, steel beam, hoisting scheme, construction progress

1009-6825(2017)11-0112-02

2017-02-06

陳文龍(1976- )，男，工程師

TU758

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