BIM技術(shù)在超高層建筑施工中的應(yīng)用

1 工程概況

重慶中心項(xiàng)目位于重慶市渝中區(qū)兩路口，一期工程包括T2、T3兩座超高層塔樓、五層裙房商業(yè)和八層地下車庫，建筑面積31.75萬m2,建筑總高度254 m,框架核心筒結(jié)構(gòu)。

2 施工重難點(diǎn)分析

2.1 平面布置和場地轉(zhuǎn)換

施工現(xiàn)場場地狹小，辦公區(qū)、生活區(qū)、加工場地、臨時(shí)道路、材料堆放場地等臨時(shí)設(shè)施的規(guī)劃布置顯得尤為重要。很多項(xiàng)目在施工過程中，會相繼發(fā)現(xiàn)很多前期布置不合理的問題，重新規(guī)劃、返工、轉(zhuǎn)場會影響工期并造成很大經(jīng)濟(jì)損失，運(yùn)用BIM軟件將各個(gè)施工階段現(xiàn)場所有臨時(shí)設(shè)施建立三維信息模型，再考慮各個(gè)施工階段臨時(shí)設(shè)施、平面人流車流管理的更改，通過3D模型可以直觀地加強(qiáng)后期管理的預(yù)見性，可以杜絕因?yàn)榍捌诳紤]不周全而造成的工期及經(jīng)濟(jì)損失。

重慶中心在投標(biāo)期間就對整個(gè)現(xiàn)場進(jìn)行了合理的分區(qū)分段，針對不同施工期間加工區(qū)進(jìn)行了合理策劃及平面布局，避免了后期加工場地搬遷以及轉(zhuǎn)場帶來的經(jīng)濟(jì)損失與進(jìn)度影響。見圖1。

圖1 施工場地布置

2.2 周邊環(huán)境評估

重慶中心一期工程位于重慶市渝中區(qū)兩路口中心環(huán)道內(nèi)，地理位置特殊，周邊道路均為城市主干道且交通流量大。北側(cè)和西側(cè)由中山三路環(huán)繞，南側(cè)和東側(cè)則由中山支路環(huán)繞，地下則是地鐵1號、3號地鐵線交匯處。兩路口環(huán)島是進(jìn)出渝中半島，連接江北和南岸地區(qū)的主要交通要道，周邊交通為環(huán)形交通道路。環(huán)形道路為單向4車道，在環(huán)島范圍內(nèi)有5個(gè)路口進(jìn)行分流和合流通行。

1）InfraWorks場地BIM仿真應(yīng)用。結(jié)合InfraWorks拾取地形數(shù)據(jù)、點(diǎn)云模型數(shù)據(jù)，生成重慶中心項(xiàng)目周邊及基坑場地模型，依據(jù)生成的場地模型進(jìn)行施工場地的提前策劃和布置并預(yù)估隧道、基坑周邊危險(xiǎn)源的位置，指導(dǎo)施工組織和部署，對方案進(jìn)行優(yōu)化，提前運(yùn)用模型和數(shù)據(jù)模擬周邊情況。見圖2和圖3。

圖2 地上周邊仿真及高程分析

圖3 地下環(huán)境仿真分析

2）無人機(jī)航拍及點(diǎn)云應(yīng)用。應(yīng)用航拍圖對售樓部、辦公區(qū)、生活區(qū)、加工區(qū)進(jìn)行了合理布局并對周邊的建筑物、道路進(jìn)行了分析，制定出合理的人流及物流路線，設(shè)置東西兩個(gè)大門，為項(xiàng)目正常進(jìn)行提供可靠保障。同時(shí)使用無人機(jī)傾斜攝像技術(shù)實(shí)時(shí)生成點(diǎn)云模型導(dǎo)入場布軟件，能夠快速進(jìn)行現(xiàn)階段和下階段的場地布置分析和模擬，使場地布置更加合理準(zhǔn)確，有效利用狹小空間，確定轉(zhuǎn)場方案。見圖4和圖5。

圖4 現(xiàn)場無人機(jī)航拍

圖5 點(diǎn)云模型生成

2.3 復(fù)雜節(jié)點(diǎn)BIM的應(yīng)用

超高層建筑下部結(jié)構(gòu)承受載荷非常大，重慶中心項(xiàng)目在設(shè)計(jì)中，塔樓對應(yīng)的地下室及低區(qū)部分采用巨型鋼骨混凝土柱+大截面鋼筋混凝土梁作為承重結(jié)構(gòu)；同時(shí)，因?yàn)樗菫槎噙呅?，所以梁柱?jié)點(diǎn)特別復(fù)雜，最多處鋼骨混凝土柱同時(shí)與六根梁連接，節(jié)點(diǎn)處包含多根梁的鋼筋、柱鋼筋和鋼骨柱連接板。設(shè)計(jì)院的藍(lán)圖一般使用二維方式示意表達(dá)此類復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，施工單位需要根據(jù)施工實(shí)際進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)。二維的表達(dá)方式無論對于設(shè)計(jì)方還是施工方都形成了制約，與工程實(shí)際對接產(chǎn)生障礙并且不利于施工方案的制定。

重慶中心項(xiàng)目運(yùn)用BIM技術(shù)將二維CAD圖紙進(jìn)行三維表達(dá)，直接指導(dǎo)施工。創(chuàng)建關(guān)鍵復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的BIM模型，可以清晰展現(xiàn)節(jié)點(diǎn)中各構(gòu)件的連接形式和相對位置。通過BIM建模，技術(shù)管理人員能夠清晰了解設(shè)計(jì)意圖，制定合理高效地施工方案，現(xiàn)場施工作業(yè)人員也更容易了解圖紙接受施工方案，減少因?yàn)閷D紙的理解程度不同造成方案和施工“兩層皮”的情況發(fā)生，保障了復(fù)雜節(jié)點(diǎn)處工程的順利實(shí)施。同時(shí)通過模型統(tǒng)計(jì)鋼筋工程量、導(dǎo)出下料單，解決了普通算量軟件對復(fù)雜鋼筋工程量的計(jì)算難題。見圖6。

圖6 梁鋼筋與型鋼柱連接模型

2.4 垂直運(yùn)輸設(shè)備選型BIM模擬應(yīng)用

由于超高層建筑規(guī)模龐大，如何快速安全地將建筑材料和作業(yè)人員及時(shí)運(yùn)輸?shù)剿璨课皇且豁?xiàng)艱巨的任務(wù)，也是對垂直運(yùn)輸系統(tǒng)的嚴(yán)峻考驗(yàn)。垂直運(yùn)輸系統(tǒng)的合理配置對超高層建筑加快施工進(jìn)度，降低施工成本具有非常重要的作用。以前通過有相當(dāng)超高層施工經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員和預(yù)算人員配合，發(fā)揮充分的空間想象能力和精準(zhǔn)的計(jì)算能力將各種方案進(jìn)行對比，擇優(yōu)選擇，但即便如此仍舊會出現(xiàn)由于考慮不周造成工期延長，施工成本增加的現(xiàn)象。

重慶中心項(xiàng)目通過BIM技術(shù)進(jìn)行施工模擬，使施工過程變得簡單清晰。運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行工程量分析，可以直接獲取所需的資源信息，結(jié)合垂直運(yùn)輸設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，利用BIM的虛擬施工技術(shù)對垂直運(yùn)輸設(shè)備選型方案進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合工期、成本等各方面因素最終確定垂直運(yùn)輸設(shè)備的型號和布置方案。見圖7和圖8。

圖7 垂直運(yùn)輸電梯選型

圖8 T2和T3塔吊選型

2.5 超高層塔樓測量控制網(wǎng)布設(shè)模擬分析

由于施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，建筑稠密，場地狹小等因素，加上外架采用落地式腳手架、懸挑腳手架，安全密目網(wǎng)封閉，垂直度測設(shè)采用內(nèi)控法。

采用重慶市坐標(biāo)系，依據(jù)重慶市勘測院提供的項(xiàng)目坐標(biāo)，利用全站儀布設(shè)地面控制網(wǎng)，按規(guī)范做好標(biāo)記和保護(hù)，作為塔樓測量一級控制網(wǎng)，隨著樓層施工，逐步將控制網(wǎng)導(dǎo)測到樓面上。利用BIM進(jìn)行模擬分析，有效避開了鋼骨柱，在平面上確定了4個(gè)合理的上投控制點(diǎn)并在同層設(shè)置3個(gè)臨時(shí)平臺進(jìn)行控制網(wǎng)的測量控制。每10層（約33 m）為一段，采取分段控制，分段投點(diǎn)的方式進(jìn)行，有效提高了功效并減小了測量誤差。見圖9。

圖9 測量控制方案模擬

2.6 超高層混凝土澆筑BIM技術(shù)應(yīng)用

使用的混凝土包括C60自密實(shí)，C60、C50、C40、C30、C30抗?jié)B，C20等強(qiáng)度等級，為防止“串號”，通過BIM模型將澆筑區(qū)域分成3個(gè)并將不同強(qiáng)度等級的混凝土用不同顏色進(jìn)行標(biāo)注，先澆筑核心筒區(qū)域，然后向周圍澆筑，將模型圖打印出來懸掛在現(xiàn)場指導(dǎo)施工，有效的防止了混凝土“串號”，加快了澆筑速度，節(jié)省了工期。見圖10和圖11。

圖10 模型算量

圖11 技術(shù)交底

超高層項(xiàng)目混凝土澆筑中高壓泵管及布料機(jī)的布置對施工影響很大，泵管布置遵循“彎頭最少，距離最短”的原則，通過BIM建模有效避開了重要構(gòu)件，而且泵管布置圖清晰可見，由于泵管通長設(shè)置極易出現(xiàn)爆管、堵管危險(xiǎn)，因此在30層時(shí)設(shè)置轉(zhuǎn)向彎管，避免了項(xiàng)目自重引起的回流重力對泵壓力的損耗。見圖12。

圖12 泵管設(shè)置

2.7 利用BIM技術(shù)優(yōu)化資源配置及進(jìn)度的控制

重慶中心項(xiàng)目鋼構(gòu)用量大，跨層段多，與土建交叉作業(yè)密集，每層鋼柱42根，在轉(zhuǎn)換層采用的是異形斜鋼柱，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工現(xiàn)場的焊接難度也隨之增加并且鋼柱進(jìn)場時(shí)間、吊裝也很大程度的影響施工進(jìn)展。通過BIM技術(shù)指導(dǎo)施工，有效節(jié)省了時(shí)間，而且為工程順利完成創(chuàng)造良好的施工環(huán)境。

2.8 重要構(gòu)件及設(shè)備的跟蹤

構(gòu)件跟蹤是項(xiàng)目管理的重要內(nèi)容之一。在以前的項(xiàng)目管理模式下，只有經(jīng)常駐守現(xiàn)場的工長了解相應(yīng)管轄區(qū)域的進(jìn)度和工序完成情況，其他部門或項(xiàng)目管理人員只能通過生產(chǎn)例會交流或直接詢問工長來了解相關(guān)情況，不利于項(xiàng)目管理層及時(shí)了解工序進(jìn)度情況，影響項(xiàng)目決策的效率和準(zhǔn)確性。

重慶中心項(xiàng)目通過采用BIM5D構(gòu)件跟蹤功能，對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件、預(yù)制樓梯從生產(chǎn)加工、運(yùn)輸、進(jìn)場、吊裝、安裝、驗(yàn)收過程進(jìn)行全過程跟蹤。

在混凝土施工過程中，利用BIM5D的任務(wù)派分功能進(jìn)行管理：將施工范圍按照施工區(qū)域在模型中進(jìn)行劃分，根據(jù)施工任務(wù)整體策劃，對每個(gè)區(qū)域設(shè)定跟蹤階段和跟蹤計(jì)劃，上傳至BIM5D，可在手機(jī)端查看施工過程所對應(yīng)的任務(wù)進(jìn)展情況，形成一個(gè)完整的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)看板。項(xiàng)目管理人員也能夠在網(wǎng)頁端看板中實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場的實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)度。通過對該功能的應(yīng)用將項(xiàng)目的生產(chǎn)過程的進(jìn)度可視化，管理人員能夠快速掌握生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的實(shí)際進(jìn)展情況、偏差情況，及時(shí)對生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整糾偏。

2.9 管線綜合排布與碰撞檢查

在設(shè)計(jì)時(shí)，由于各專業(yè)設(shè)計(jì)師之間的溝通不到位，出現(xiàn)各種專業(yè)之間的碰撞問題而通過BIM的協(xié)作功能就可以幫助處理這種問題。首先在設(shè)計(jì)時(shí)，即可應(yīng)用BIM協(xié)作功能將建筑、結(jié)構(gòu)與機(jī)電管線置于同一個(gè)視圖中，直接解決碰撞問題；另外，即使設(shè)計(jì)時(shí)沒有進(jìn)行專業(yè)協(xié)同，也可以在建造前期對各專業(yè)分別建模后整合進(jìn)行碰撞檢測，生成碰撞報(bào)告，提前解決碰撞問題，避免不必要的返工成本。

在碰撞檢查時(shí)，不但要解決硬膨脹，還要基于相關(guān)技術(shù)規(guī)范，同時(shí)充分考慮空間及工作面布置的相關(guān)問題，與現(xiàn)場實(shí)際相結(jié)合對碰撞結(jié)果及時(shí)協(xié)調(diào)并進(jìn)行管線調(diào)整。

3 結(jié)語

重慶中心項(xiàng)目廣泛的應(yīng)用了BIM技術(shù)，解決了場地平面布置、關(guān)鍵復(fù)雜節(jié)點(diǎn)、資源協(xié)調(diào)及進(jìn)度控制等相關(guān)問題。BIM信息模型對項(xiàng)目施工具有指導(dǎo)意義，能提前及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題從而找到相應(yīng)的解決方案，在施工重難點(diǎn)問題應(yīng)用上效果明顯。