BIM技術在咸陽奧體中心鋼結構工程施工管理中的應用

王 豆

(陜西建工機械施工集團有限公司，陜西 西安 710032)

1 工程概況及重難點分析

1.1 工程概況

咸陽奧體中心罩棚鋼結構工程位于咸陽市北塬新城大西安文體功能區(qū)內，總建筑面積71 646 m2,其中體育場建筑面積約71 350 m2,建筑高度達50 m。鋼結構罩棚的結構形式為管桁架組成的殼體結構，支撐于混凝土結構上，主要受力單元體為屋面環(huán)向四邊形桁架、典型徑向桁架及支座支撐。主結構構件直接形成建筑幕墻外形網格，由典型徑向桁架、典型墻面徑向桁架、墻面環(huán)向片桁架及墻面環(huán)向系桿組成的四棱錐體系，形成墻面幕墻主龍骨。徑向主桁架通過68組倒三角錐斜桿組成的內支座支承于下部混凝土框架柱頂，并向墻面延伸在15.6 m標高支承于框架柱側牛腿之上。鋼結構罩棚采用平面管桁架懸臂結構，最小管徑140 mm，最大管徑620 mm，最大壁厚25 mm，主結構用鋼量約6 200 t；主體結構材質為Q345B、節(jié)點肋板材質Q390B，見圖1，圖2。

1.2 工程重難點

1.2.1 工程量大，工期緊

本工程鋼結構用鋼量約6 200 t，目標工期120 d，投入的施工管理人員達42人，施工現(xiàn)場大型履帶吊7臺，如何在較短的工期內保質保量的完成施工任務，是工程中的難點。

1.2.2 施工管理復雜

本工程中施工現(xiàn)場的平面規(guī)劃與道路交通組織是保證鋼結構施工順利進行的關鍵，這些因素將直接影響到工程施工進度。其中鋼結構的材料堆場、塊體拼裝場地的布置、吊車行走路線的規(guī)劃、構件倒運線路的設置、構件進場路線的規(guī)劃等是否合理也是影響鋼結構施工進度的重要因素。加之施工現(xiàn)場存在大量的多專業(yè)交叉作業(yè)的問題，協(xié)調好各個專業(yè)的施工順序是保證工程質量和工作進度的重要措施。

1.2.3 施工節(jié)點形式復雜，工藝復雜

鋼結構罩棚為大型復雜空間結構，桁架種類多且節(jié)點形式多樣，空間安裝定位控制難度大，倒三角斜向支撐桿件安裝難度大，多管相貫焊接的應力集中消除，吊裝組塊間對接接頭多，高空作業(yè)風險大。采用BIM技術形成可視化三維技術交底，對施工方案進行施工模擬。采用傳統(tǒng)的二維圖紙指導施工，很容易造成施工錯誤，因此，如何能夠正確、迅速的指導施工作業(yè)人員，是一個需要解決的關鍵問題。本工程復雜節(jié)點較多，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，對于關鍵及復雜的節(jié)點部位進行技術交底，便于施工人員理解節(jié)點部位及操作要點，有效提高施工效率。

2 BIM技術應用

2.1 基于BIM技術的輔助項目管理

2.1.1 利用Revit軟件建立三維場布模型

本工程鋼結構體量大、交叉作業(yè)多，為保證施工組織的有序進行，應用Revit軟件建立三維場布模型如圖3所示，并借助無人機強大的視角和拍攝靈活性，實現(xiàn)施工現(xiàn)場的動態(tài)管理。

2.1.2 基于BIM技術的施工區(qū)段劃分

鋼結構施工段由四個合龍帶組成，即東、南、西、北四個區(qū)段，如圖4所示；結合土建工程的施工進度，鋼結構安裝的施工順序為：1)北側施工段的施工；2)東、西兩側施工段的施工；3)南側高壓線影響區(qū)域施工段的施工。每個施工段均由中間有屋面水平支撐的部位開始向兩側反向同步施工。

2.2 基于BIM技術的施工虛擬仿真技術

2.2.1 安全、技術方案可視化交底

本工程應用BIM技術，將實現(xiàn)安全、技術可視化三維交底，使施工技術跨空間跨時間的傳遞。通過施工方案的可視化交底，形象直觀地體現(xiàn)了整個鋼結構吊裝任務的安排，避免了傳統(tǒng)交底方式的理解分歧和信息錯漏等問題，提高了交底效率；而且在模擬過程中能夠發(fā)現(xiàn)潛在作業(yè)次序錯誤和沖突問題，從而對吊裝方案進行優(yōu)化調整。施工前，各班組長利用模型向操作人員進行可視化交底，便于操作人員理解復雜節(jié)點部位及操作要點，提高了施工效率。應用BIM技術提前對履帶吊的吊裝路線進行三維動態(tài)預演，便于作業(yè)人員理解記憶。

本工程鋼結構吊裝方案選用應用BIM技術，通過對多種施工方案進行三維演示對比，并經我集團公司多位鋼結構專家的論證，最終確定鋼結構的吊裝方案為：采用地面拼裝成片，由片組塊，再分塊進行吊裝的方法進行施工。由于本工程空間結構形式復雜，因此應用BIM三維轉換的功能，為塊體地面組裝提供了技術保障，確保工程能夠保質保量的完成，見圖5，圖6。

2.2.2 4D施工模擬

本工程結構復雜，施工難度大，應用BIM技術進行4D施工模擬，將BIM技術與施工進度計劃相結合，將信息化模型的空間信息與時間信息整合在一個可視的4D模型中，可以較為直觀地、精確地反映整個施工過程，并根據(jù)工程進展優(yōu)化人、材、機等各種施工資源，將施工進度、現(xiàn)場資源和工程質量進行統(tǒng)一的管理和控制，從而有助于縮短工期，加快施工效率，降低施工成本，提高施工質量。

2.3 基于BIM技術的輔助施工

2.3.1 施工測量——“三維實體空間測量放線法”測量異形空間

咸陽奧體中心罩棚鋼結構全部采用大跨度鋼桁架組成。在施工過程中，傳統(tǒng)的測量方法要多次轉換位置坐標，存在累計誤差，在實際施工測量中將增加誤差值。根據(jù)施工圖的位置坐標，將BIM模型的位置坐標與施工現(xiàn)場的坐標吻合，直接在模型中抓取出空間三維坐標，利用全站儀放點測量。通過BIM+全站儀，可以有效地解決復雜空間無法進行傳統(tǒng)放線的難題，效果顯著，避免累計誤差，節(jié)約施工時間，提高了測量的精準性，見圖7。

2.3.2 塊體吊點查找

本工程鋼結構罩棚墻面塊體向外傾斜，屋面塊體部分標高由外至內呈20%坡度遞增，且結構管桁架塊體均為異形不均勻結構，結構重心非幾何形心。采用BIM專業(yè)軟件對吊裝塊體的重心進行精確定位，從而計算吊裝用各索具長度，使塊體在吊裝過程中的位形與設計狀態(tài)相符，方便塊體吊裝的一次性就位精度，提高施工效率，見圖8。

2.3.3 協(xié)同管理，碰撞檢查

本工程在施工過程中建立了各專業(yè)綜合三維模型，其中包含了土建、鋼結構、消防、暖通等專業(yè)模型，利用BIM建筑信息模型碰撞檢查技術，將鋼結構模型與其他單位設計的BIM模型予以整合，實現(xiàn)多專業(yè)之間數(shù)據(jù)協(xié)調共享，有效的提升了數(shù)據(jù)傳送和共享的速度。

利用Tekla建模軟件對結構模型進行碰撞檢測，提前預見了鋼結構與土建專業(yè)的碰撞問題，與土建、設計方溝通后，在滿足設計及使用功能的前提下，將混凝土板下移400 mm，避開鋼結構罩棚與混凝土板的結構碰撞，及時排除碰撞點，減少施工過程中由此產生的變更，縮短了施工工期，從而提高施工現(xiàn)場生產效率，見圖9。

3 結語

本文主要介紹了BIM技術在奧體中心施工現(xiàn)場實際當中的應用，以BIM技術指導現(xiàn)場施工。該項目基于BIM技術實現(xiàn)的三維空間測量定位、4D施工模擬技術以及可視化技術交底，節(jié)約工期14 d。通過碰撞檢測、協(xié)同管理平臺應用等，經項目財務部門綜合分析測算，共計節(jié)約成本約100余萬元。本項目通過BIM技術應用為我們的技術升級及生產經營帶來巨大的經濟效益與社會效益。在以后的發(fā)展道路上，我們將以工程項目需求為出發(fā)點，應用BIM技術優(yōu)化施工方法及項目進度質量安全管理，提高施工效率。通過BIM技術管理，優(yōu)化施工過程，提高管理水平，達到降本增效的目的。