基于BIM 技術(shù)裝配式變電站新型樓承板施工應(yīng)用

陸華，楊恩龍，張勤裕，茅曉蕾，周蕓

（國網(wǎng)上海嘉定供電公司，上海 201803）

傳統(tǒng)的開口型樓承板安裝效率、裝配率較低，本文采用改進(jìn)的閉口型樓承板體系，不僅有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)受力性能及耐火性能、平整的板底外觀，還具有簡單迅速的施工工藝。在裝配式鋼結(jié)構(gòu)變電站建設(shè)過程中，采用新型樓承板體系，將進(jìn)一步提升安裝效率和變電站的裝配率。

BIM 技術(shù)的核心在于信息，建立的信息模型不但能夠應(yīng)用于規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工階段，而且對于運(yùn)行、維護(hù)等階段也起到了巨大的幫助作用，建筑信息模型適用于項(xiàng)目的全生命周期。建筑信息模型的建立為所有項(xiàng)目參與方提供了一個信息交流和共享的平臺，這個平臺匯集了建設(shè)項(xiàng)目所需的全部信息，各方可以根據(jù)自身的需要獲取有用的信息。運(yùn)用BIM技術(shù)可以消除各種可能導(dǎo)致工期延誤、造價浪費(fèi)、安全隱患的問題，提高項(xiàng)目全壽命周期精細(xì)化管理水平，從而大幅度提升項(xiàng)目效益。本文將BIM 技術(shù)應(yīng)用裝配式變電站施工階段，主要在新型樓承板施工全過程的應(yīng)用分析。

1 改進(jìn)的新型樓承板型式

1.1 傳統(tǒng)樓承板缺陷

傳統(tǒng)的開口型組合樓承板施工方法中，樓承板主要功能是鋼筋混凝土底部模板，在其下部進(jìn)行電氣設(shè)備安裝。在實(shí)踐過程中，開口型組合樓承板下電氣設(shè)備安裝需鉆孔、打膨脹螺栓連接，經(jīng)常破壞樓板內(nèi)的預(yù)埋管線而需要返工修復(fù)。

為加快建設(shè)速度為目的,對整體式現(xiàn)窺鋼筋混凝±結(jié)構(gòu)、預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行缺點(diǎn)規(guī)避而產(chǎn)生的一種新型組合樓板形式，采用閉口型樓承板體系。

1.2 改進(jìn)樓承板優(yōu)勢

新型閉口型組合樓承板（圖1）直接鋪裝于鋼梁，用栓釘焊接，樓承板上鋼筋混凝土直接澆筑，板底一次成型、平整美觀，且板底預(yù)留掛槽方便電氣設(shè)備安裝。

圖1 閉口型樓承板示意圖

配合采用新型吊件設(shè)備，吊桿無需鉆孔打膨脹螺栓，只需將吊桿按照預(yù)設(shè)的卡槽安裝，吊件設(shè)備的安裝效率大大提高，進(jìn)一步提升了成品設(shè)備一次裝配率。

2 BIM 技術(shù)簡介

2.1 BIM 技術(shù)發(fā)展

BIM 概念最早由美國提出應(yīng)用于計(jì)算機(jī)更智能化描述建筑，獲取工程建設(shè)過程中的重要資料，形成了早期的BIM 原型。目前，國內(nèi)逐漸引進(jìn)BIM 理念，對BIM 的定義越來越明確，國家、各省市BIM 工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系逐步形成。BIM 改變了以往工程建設(shè)數(shù)據(jù)存儲方式，利用三維數(shù)字技術(shù)建立工程完備的信息模型，工程項(xiàng)目全生命周期中，不同階段的標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)，提供動態(tài)的工程信息創(chuàng)建和管理，數(shù)據(jù)實(shí)時共享。郝超分析BIM 技術(shù)可視化特點(diǎn)與地理信息系統(tǒng)GIS 完成工程場地分析、布置方案優(yōu)化，減少了不同專業(yè)間的碰撞沖突，提升了管線設(shè)計(jì)能力和工作效率。李越茂等利用BIM技術(shù)的數(shù)字化設(shè)計(jì)成功解決了變電站多專業(yè)協(xié)同、設(shè)計(jì)周期短、數(shù)字化移交等難題。李輝對變電站建設(shè)的項(xiàng)目管理中運(yùn)用BIM 的碰撞檢測、虛擬施工、工程量計(jì)量、階段成本分析。何菊等分析了BIM 技術(shù)可視化、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化型等特點(diǎn)在電力工程施工中的巨大優(yōu)勢，并對BIM 的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

隨著電力行業(yè)信息技術(shù)的快速發(fā)展，以及國網(wǎng)公司新時期“三型兩網(wǎng)”的戰(zhàn)略部署，電力物聯(lián)網(wǎng)對當(dāng)前變電站工程的建設(shè)提出了更高的要求“全生命周期的管理”。為提高變電站建設(shè)當(dāng)中信息化程度，保證信息的完整性，BIM 技術(shù)起到重要作用。

2.2 BIM 技術(shù)的特點(diǎn)

面對工程對象、施工工序、安全、質(zhì)量、成本等信息，BIM 技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)信息關(guān)聯(lián)性，模型中某個對象的修改，與之關(guān)聯(lián)的所有對象隨之改變，及時更新模型，在一定程度上工程實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。BIM 技術(shù)更具價值的是，在工程建設(shè)全生命周期內(nèi)，各階段過程的溝通、討論、決策都能在可視化狀態(tài)下進(jìn)行，模擬工程模型，確保各專業(yè)建設(shè)過程中的協(xié)調(diào)性，發(fā)現(xiàn)問題漏洞，及時準(zhǔn)確地修正優(yōu)化。BIM 技術(shù)特點(diǎn)（圖2）。

圖2 BIM 技術(shù)特點(diǎn)

3 BIM 技術(shù)在樓承板安裝施工中的應(yīng)用

3.1 模擬施工

結(jié)合110kV 輸變電工程，將BIM 技術(shù)應(yīng)用到新型樓承板體系施工過程中，提出了“預(yù)施工”概念?！邦A(yù)施工”就是在變電站工程開始施工前，利用設(shè)計(jì)階段建立的變電站的參數(shù)化模型對施工單位的工作方案進(jìn)行模擬施工，整個施工過程通過計(jì)算機(jī)完成，不會造成工程建設(shè)過程中施工資源浪費(fèi)。樓承板在施工前期，將施工方案與三維模型整合，按照計(jì)劃施工目標(biāo)，比對施工方案的可行性，進(jìn)一步優(yōu)化施工方案（圖3）。

變電站BIM 模型的建立是一個涉及多專業(yè)，復(fù)雜程度較高的過程。建立變電站BIM模型不僅提供可視化展示，方便不同專業(yè)設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)漏洞并及時修改，此外BIM 模型可作為建設(shè)后期施工模擬以及施工管理的依據(jù)。根據(jù)裝配式鋼結(jié)構(gòu)變電站施工方案，結(jié)合BIM 施工模擬，首先完成電纜層土建施工和地上兩層鋼柱、梁吊裝，其次進(jìn)行樓承板鋪設(shè)，最后進(jìn)行吊件安裝，具體變電站施工模擬流程（圖4）。

3.2 精確定位

在鋼柱鋼梁吊裝完成后，新型樓承板鋪設(shè)之前，按照新型樓承板、邊板尺寸模數(shù)和栓釘規(guī)格，建立閉口型樓承板、邊板、栓釘、吊件等特殊構(gòu)件族（圖5）。

通過BIM 平臺，綜合考慮樓承板鋪設(shè)方向、模數(shù)與梁柱連接節(jié)點(diǎn)、吊掛件位置、預(yù)留孔洞等問題，模擬樓承板鋪設(shè)施工，實(shí)現(xiàn)材料定制化生產(chǎn)、運(yùn)輸，降低材料損耗，提高樓承板整體強(qiáng)度和剛度。

圖3 “預(yù)施工”流程圖

圖4 變電站施工BIM 平臺

圖5 閉口型樓承板、邊板、栓釘、吊件族

將精確的樓承板模數(shù)鋪設(shè)在鋼梁上；在樓承板與鋼梁連接處，采用特定的邊板加以栓釘焊接在鋼梁上，保證樓承板與鋼梁連接牢固。遇有孔洞豎井時，樓承板事先在工廠內(nèi)定制開孔，確?？锥创笮∫?guī)整、位置準(zhǔn)確，避免現(xiàn)場二次擴(kuò)孔，降低樓承板強(qiáng)度的施工方法。最終按照施工方案完成新型樓承板鋪設(shè)施工（圖6）。

圖6 二層閉口型樓承板鋪設(shè)圖

在BIM 模型中，為方便板底吊件安裝，將預(yù)先排布、鋪設(shè)好的樓承板板底卡槽，進(jìn)行板底吊件精確布置。吊桿避讓電氣設(shè)備，合理安排吊件走向，提高了電氣設(shè)備的安裝效率。

3.3 施工安全管理

（1）施工準(zhǔn)備階段的風(fēng)險預(yù)控。采用BIM 技術(shù)模擬樓承板施工，給作業(yè)施工人員提供了可視化的施工模擬環(huán)境（圖7）。項(xiàng)目部通過開展施工作業(yè)前的三維安全技術(shù)交底，使管理人員與作業(yè)人員的全方位的方案溝通交流。針對作業(yè)過程中存在的吊裝風(fēng)險，在BIM 平臺直截了當(dāng)?shù)仫@現(xiàn)作業(yè)全過程，使管理人員把握預(yù)控，方便及時調(diào)整安全措施。

場地材料布置。將不同模數(shù)的樓承板、邊板、吊件等構(gòu)件，在變電站場地范圍內(nèi)進(jìn)行分區(qū)合理布置，相同種類、規(guī)格的構(gòu)件堆放在一起，并設(shè)置材料標(biāo)識牌，便于起重機(jī)集中吊運(yùn)至作業(yè)面，提高了機(jī)械化使用率。同時，通過材料分區(qū)布置，強(qiáng)化了場地設(shè)施布置，優(yōu)化了材料進(jìn)場布置，進(jìn)一步提升安全文明施工標(biāo)準(zhǔn)化配置。

圖7 BIM 三維交底圖

4 結(jié)語

通過采用新型（閉口型）樓承板體系，提高了樓承板安裝效率和外觀質(zhì)量。將BIM 技術(shù)的成功引入，使新型樓承板安裝施工，由原先傳統(tǒng)的2D 到3D 轉(zhuǎn)換，做到了“預(yù)施工”的方案對比。利用模擬預(yù)安裝功能提前發(fā)現(xiàn)施工中的設(shè)計(jì)缺陷，提前整改，提出優(yōu)化方案，便于樓承板工廠定制加工，減少現(xiàn)場二次動火作業(yè)，使后期施工一步到位。運(yùn)用BIM 技術(shù)在施工前期場地布置，以及施工過程中的安全管理，有效促進(jìn)了人員的創(chuàng)新能力和管理能力提升。不僅縮短了工期、降低了成本，還提升了施工質(zhì)量和工藝。通過信息技術(shù)輔助施工管理，為建設(shè)數(shù)字化變電站打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，提高了變電站建設(shè)的信息化水平。