推進(jìn)BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)綠色施工中的應(yīng)用

(中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司，武漢 430074)

前言

“互聯(lián)網(wǎng)+”的迅猛發(fā)展，將深刻而廣泛地改造原有建筑產(chǎn)品及其生產(chǎn)方式，使建筑業(yè)成為下一個(gè)信息化革命的爆發(fā)點(diǎn)。不斷創(chuàng)新運(yùn)用綠色信息化管理的科學(xué)理念與具體方法，在工程管理中發(fā)揮更大的作用，是建筑施工企業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)、自我突破的必由之路。中建鋼構(gòu)大廈工程鋼結(jié)構(gòu)施工全過程，依靠BIM技術(shù)解決鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的工期、安全、可視化應(yīng)用、施工過程模擬分析問題。從而研究一種適合鋼結(jié)構(gòu)施工并銜接上、下游單位的應(yīng)用方案，以信息化技術(shù)提高項(xiàng)目管理水平。

1 通過綠色建筑信息化，提升行業(yè)整體水平

以信息化、智能化管理理念為基礎(chǔ)，采用BIM技術(shù)建立鋼結(jié)構(gòu)工程綠色施工可視化模型應(yīng)用體系、施工過程模擬分析體系、碰撞檢測體系、計(jì)劃管理體系。總結(jié)工程在鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的信息化管理經(jīng)驗(yàn)，爭取對日新月異的鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)、同類工程建設(shè)的綠色施工有所裨益。

2 BIM信息技術(shù)應(yīng)用

2.1 應(yīng)用特點(diǎn)

工程運(yùn)用BIM技術(shù)為手段，覆蓋鋼結(jié)構(gòu)施工全過程并通過模型信息與制造階段互聯(lián)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目管理信息化、縮短工期、提高工程質(zhì)量、降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到綠色施工的目標(biāo)。

2.2 精確建模

為保證模型信息有效傳遞，聯(lián)合設(shè)計(jì)院、分包、制造廠共同制定了《中建鋼構(gòu)大廈項(xiàng)目BIM執(zhí)行計(jì)劃》和《中建鋼構(gòu)大廈項(xiàng)目BIM建模標(biāo)準(zhǔn)》。針對軟件種類版本、模型存儲(chǔ)方式、命名規(guī)則、格式交換等統(tǒng)一規(guī)定，確保BIM模型在各階段均可順利進(jìn)行交接及模型系統(tǒng)劃分。運(yùn)用revit軟件針對建筑、結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，其中鋼結(jié)構(gòu)部分利用Tekla軟件進(jìn)行深化建模，通過多專業(yè)協(xié)同工作平臺(tái)，搭建LOD400模型，并完成模型自身協(xié)調(diào)及專業(yè)間的碰撞分析。

2.3 可視化應(yīng)用

構(gòu)建鋼結(jié)構(gòu)三維空間立體布置圖進(jìn)行可視化模擬，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)矛盾與盲點(diǎn)，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，解決施工圖中的設(shè)計(jì)缺陷，提升施工效率及施工質(zhì)量，減少項(xiàng)目后期修改變更，避免人力、物力浪費(fèi)，達(dá)到降本增效、綠色節(jié)能的目的。

2.4 施工模擬分析

2.4.1 半逆序施工

根據(jù)中建鋼構(gòu)大廈項(xiàng)目實(shí)際情況，采用BIM作為支撐的半逆序施工的關(guān)鍵技術(shù)。以現(xiàn)場三道臨時(shí)混凝土內(nèi)支撐梁及圍護(hù)排樁為基礎(chǔ)，利用Revit繪制出真實(shí)模型，并依照軟件提供的邏輯關(guān)系，進(jìn)而準(zhǔn)確掌握三道臨時(shí)混凝土支內(nèi)撐對構(gòu)件安裝的影響。

調(diào)整支撐拆除與構(gòu)件安裝的先后順序、分析支撐拆除不利工況對構(gòu)件的影響。實(shí)現(xiàn)地下室鋼結(jié)構(gòu)安裝優(yōu)先于拆撐的半逆作法施工，節(jié)約工期18天。

2.4.2 頂部懸挑結(jié)構(gòu)施工模擬

本工程在標(biāo)高129.790～165.900m為頂部懸挑結(jié)構(gòu)，高36.1m，最大懸挑17.2m，鋼柱及主梁均為箱型截面，鋼材材質(zhì)為Q345B，Q235B，最重節(jié)點(diǎn)達(dá)7.3t。懸挑結(jié)構(gòu)懸空高度高，鋼梁為主要承力體系，連接節(jié)點(diǎn)情況復(fù)雜多樣，箱梁界面跨度大，是工程施工重難點(diǎn)。

運(yùn)用建模，對懸挑結(jié)構(gòu)的施工全過程進(jìn)行模擬分析，細(xì)化到安裝的吊裝、起拱、安裝、卸載環(huán)節(jié)，確保高空懸挑結(jié)構(gòu)順利安裝完成。經(jīng)過模擬分析，采用塔樓部分和懸挑部分分別安裝的方式，將懸挑部分在地面分塊組裝，再進(jìn)行高空吊裝的施工方法，減少高空拼裝。

經(jīng)第三方檢測機(jī)構(gòu)檢測，懸挑結(jié)構(gòu)使用一年，累計(jì)沉降量3.2mm且已穩(wěn)定，低于設(shè)計(jì)7mm的允許值。

2.5 碰撞檢測

工程主體結(jié)構(gòu)同層立面斜撐、鋼梁型號(hào)多。與設(shè)計(jì)聯(lián)合檢測碰撞調(diào)整方案、與機(jī)電單位聯(lián)合檢測碰撞避免梁柱、斜撐尺寸變化阻擋管線。

共檢測沖突356處，如斜撐與欄桿沖突，調(diào)整欄桿； 鋼斜撐與門洞沖突，調(diào)整斜撐； 鋼拉桿與樓板沖突，調(diào)整拉桿。

3 BIM成果信息共享

工程依托鋼結(jié)構(gòu)全生命周期信息化管理平臺(tái)，將BIM三維模型、工程進(jìn)度、物料清單、構(gòu)件信息導(dǎo)入信息化管理平臺(tái)，使不同崗位，不同區(qū)域的人員可以直接從平臺(tái)中獲取、更新與本崗位相關(guān)的信息，實(shí)現(xiàn)深化設(shè)計(jì)、材料管理、構(gòu)件制造、項(xiàng)目安裝的工作協(xié)同。在鋼結(jié)構(gòu)工程建造全過程實(shí)現(xiàn)信息共享，促進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)、精細(xì)化計(jì)劃管理。

4 施工進(jìn)度計(jì)劃管理

4.1 利用BIM進(jìn)行逐層施工模擬，協(xié)助制定月、周、日安裝計(jì)劃

采集吊裝、焊接、校正、螺栓緊固所需時(shí)間，組建項(xiàng)目層面數(shù)據(jù)庫并錄入BIM模型，通過分析擬合，不斷提高生產(chǎn)安裝計(jì)劃的合理性以及與現(xiàn)實(shí)的契合度。

4.2 BIM系統(tǒng)與平臺(tái)協(xié)同管理

施工過程借助鋼結(jié)構(gòu)全生命周期信息化管理平臺(tái)和物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的全程監(jiān)管。通過BIM系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)的無縫對接，實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集和零構(gòu)件身份識(shí)別、動(dòng)態(tài)定位、狀態(tài)查詢等全方位跟蹤功能，確保構(gòu)件的每一個(gè)階段都在掌控內(nèi)。

運(yùn)用BIM技術(shù)將鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)流程細(xì)分為數(shù)十道常用工序和虛擬工序，指定零構(gòu)件一一對應(yīng)的工序路線，產(chǎn)生NC文件。制作廠通過管理平臺(tái)獲取相關(guān)信息，劃分結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)批次，制定標(biāo)準(zhǔn)工序，將項(xiàng)目工程信息轉(zhuǎn)化為工序?yàn)閱挝坏慕ㄔ煨畔ⅰ＝⑶逦匿摌?gòu)件生產(chǎn)管理流程。

通過管理平臺(tái)獲取現(xiàn)場安裝計(jì)劃，分區(qū)、分類依次序裝車發(fā)運(yùn)，按計(jì)劃進(jìn)場、計(jì)劃吊裝，實(shí)現(xiàn)主構(gòu)件即卸即吊、減少周轉(zhuǎn)時(shí)間，合理利用場地、減少場地占用時(shí)間。

通過周密細(xì)致的計(jì)劃管理，縮短鋼結(jié)構(gòu)施工工期22天，創(chuàng)造平均2.1天、最快1.8天施工一個(gè)結(jié)構(gòu)層的“新速度”。

5 基于BIM技術(shù)的質(zhì)量管理

通過計(jì)劃管理、可視化管理、施工模擬分析、碰撞檢測等BIM手段的運(yùn)用，有效降低返工率。通過數(shù)據(jù)共享，可在現(xiàn)場進(jìn)行BIM模型與實(shí)物的對比，將相關(guān)檢查信息關(guān)聯(lián)到構(gòu)件，使管理人員能夠快速直觀地發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場質(zhì)量問題，快速解決。對施工班組采用動(dòng)態(tài)演示、模型交底及彩色打印交底的方式，使安裝過程、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造更加形象直觀，降低施工出錯(cuò)率。

將BIM技術(shù)與測量技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)鋼柱安裝精度控制。將現(xiàn)場測量點(diǎn)與BIM模型結(jié)合，導(dǎo)出現(xiàn)場鋼柱安裝定位控制點(diǎn)位置坐標(biāo)及標(biāo)高，為現(xiàn)場全站儀進(jìn)行鋼柱安裝精度控制提供依據(jù)。經(jīng)檢測，主體鋼結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件垂直度偏差6mm，低于10mm的設(shè)計(jì)允許偏差。

6 基于BIM技術(shù)的安全管理

傳統(tǒng)的安全管理、危險(xiǎn)源的判斷和防護(hù)設(shè)施的布置都需要依靠管理人員的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行，而BIM技術(shù)在安全管理方面可以發(fā)揮其獨(dú)特的作用，從場容場貌、安全防護(hù)、安全措施、機(jī)械設(shè)備等方面建立安全文明管理施工方案指導(dǎo)安全文明施工。工程建設(shè)期間，通過提取空間模型，利用Revit族技術(shù)快速建立樓層防護(hù)體系，提前識(shí)別危險(xiǎn)源，設(shè)計(jì)全套安防措施(并申報(bào)專利1項(xiàng))，一是大件措施一體化(包括側(cè)嵌式操作平臺(tái)等)，二是小件措施輕量化(鋁合金垂直通道、水平通道和掛籠)，提高了施工期間的安全性。

7 結(jié)論

7.1 安全及文明施工效益

通過推廣及應(yīng)用BIM技術(shù)，工程安全施工得到了較好的保障，整個(gè)工程施工過程中無傷亡、重大安全事故，安全方面得到了業(yè)主的高度贊許，在充分保障工期的前提下，達(dá)到了深圳市安全生產(chǎn)樣板工地目標(biāo)，得到業(yè)主的肯定。

7.2 工期效益

通過推廣及應(yīng)用BIM技術(shù)，有效的節(jié)省了施工工期，超前完成了業(yè)主的節(jié)點(diǎn)要求工期。縮短鋼結(jié)構(gòu)施工工期22天，創(chuàng)造平均2.1天施工一個(gè)結(jié)構(gòu)層的“新速度”，得到了業(yè)主及社會(huì)各界的高度贊賞。

7.3 質(zhì)量效益

通過推廣及應(yīng)用BIM技術(shù)，工程質(zhì)量得到了較大的提高，整個(gè)工程無質(zhì)量問題，工程質(zhì)量達(dá)到業(yè)主要求，受到業(yè)主的肯定與好評(píng)。工程先后榮獲“深圳市優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)工程獎(jiǎng)”、“廣東省建設(shè)工程優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)獎(jiǎng)”、“廣東鋼結(jié)構(gòu)金獎(jiǎng)”，并且“中國鋼結(jié)構(gòu)金獎(jiǎng)”順利通過驗(yàn)收。

通過推廣及應(yīng)用BIM技術(shù)，達(dá)到了提升生產(chǎn)效率、縮短施工工期、提高鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量、保障施工作業(yè)人員人身安全的目的，在施工過程中提高了工程管理能力，增強(qiáng)了企業(yè)在建筑行業(yè)的競爭力。

[1] 李路明. 綠色建筑評(píng)價(jià)體系研究[D].天津：天津大學(xué)， 2003.

[2] 方鴻強(qiáng). 鋼結(jié)構(gòu)讓綠色建筑更美好[EB/OL].[2012-11-22].