基于BIM技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)工程項目管理實踐

摘要：本文結(jié)合某車站站房鋼結(jié)構(gòu)項目的工程實例，詳細(xì)敘述了 BIM 技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)加工制作階段、運輸管理階段和現(xiàn)場安裝階段中的應(yīng)用。BIM技術(shù)的引入顯著提高了鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)質(zhì)量和項目綜合管理水平。體現(xiàn)出 BIM 技術(shù)在復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)項目中應(yīng)用的強(qiáng)大優(yōu)勢，為BIM在建筑行業(yè)的推廣應(yīng)用提供經(jīng)驗和思路。

Abstract： This paper describes the application of BIM technology in the steel structure processing stage， transportation management stage and field installation stage in combination with the engineering example of a station building steel structure project. The introduction of BIM technology has improved the quality of steel structure construction and the overall management level of the project. It reflects the strong advantages of BIM technology in complex steel structure projects and provides experience and ideas for the promotion and application of BIM in the construction industry.

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu);BIM技術(shù);項目管理;應(yīng)用

Key words： steel structure;BIM technology;project management;application

中圖分類號：TU17;TU391 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）27-0175-03

0 ?引言

BIM全稱為Building Information Modeling即建筑信息模型，BIM的出現(xiàn)是自上世紀(jì)九十年代出現(xiàn)“甩圖板”之后，工程建設(shè)行業(yè)出現(xiàn)的第二次產(chǎn)業(yè)革命。該技術(shù)包含了：建筑設(shè)計、工程量統(tǒng)計、物業(yè)管理、結(jié)構(gòu)設(shè)計、成本計算、管線設(shè)備設(shè)計等各方面與建筑工程有關(guān)的信息數(shù)據(jù)，是優(yōu)化建設(shè)結(jié)構(gòu)、推動建筑行業(yè)快速發(fā)展的重要手段[1]。鋼結(jié)構(gòu)作為建筑行業(yè)中最重要的建筑結(jié)構(gòu)形式之一，將BIM技術(shù)應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)工程中，對于強(qiáng)化鋼結(jié)構(gòu)在工程建筑過程中的優(yōu)勢最大化的發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的作用，具有重要的意義。本文以某火車站站房改擴(kuò)建工程為例，說明BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)項目管理中的應(yīng)用。該項目使用的深化設(shè)計軟件為BIM系統(tǒng)中專門針對鋼結(jié)構(gòu)深化的Tekla Structures軟件，以下簡稱TS。

1 ?BIM技術(shù)在加工制作階段的應(yīng)用

1.1 材料采購

材料采購是影響項目的重要環(huán)節(jié)之一。項目的工程量較大，如果一次性采購大量材料，會造成材料的積壓，占用項目大量資金。而如果采購量不足，會造成無法滿足現(xiàn)場施工進(jìn)度，導(dǎo)致延長工期的嚴(yán)重后果。所以材料采購一定要適時、適量。適時，即在合適的時候采購?？刂乒て谑侨罂刂祈椖恐?，一旦工期無法滿足合同要求，會造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。可以根據(jù)施工方案將工程分區(qū)，結(jié)合施工時間反推出每個分區(qū)需要采購材料的時間，采用分批采購的方式來滿足采購需求。適量，即采購合適數(shù)量的材料。不論是過量采購還是過少采購都會對工程造成一定的影響。此時需要提前預(yù)估出各個分區(qū)中每種材料的重量。TS軟件可以幫助采購人員快速、準(zhǔn)確地導(dǎo)出預(yù)查詢分區(qū)中的每種材料的信息。利用信息中規(guī)格、寬度、長度、重量等數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)快速提料，為精確采購提供依據(jù)。

1.2 零件加工

圖紙是加工廠生產(chǎn)零構(gòu)件的基本依據(jù)，因此，一套精確、詳細(xì)、完整的深化圖紙是指導(dǎo)加工廠正常生產(chǎn)的重要因素。利用BIM系統(tǒng)中TS軟件可以精確、高效地繪制深化圖紙，為加工工期節(jié)約大量寶貴的時間，并為工廠得以準(zhǔn)確無誤地加工所需零件奠定了堅實的基礎(chǔ)。

1.3 桿件加工

該車站站房為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其施工方式為工廠加工網(wǎng)架桿件，以散件形式發(fā)往項目部，由現(xiàn)場施工人員拼裝成片，采用超大型液壓同步滑移技術(shù)，將結(jié)構(gòu)逐榀累積滑移到位。網(wǎng)架桿件全部為鋼管，鋼管之間的相貫口切割是傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)加工制作的重點、難點。利用TS軟件與數(shù)控設(shè)備結(jié)合的方式，可以有效地解決此類問題。利用軟件導(dǎo)出數(shù)控設(shè)備所需CAD格式的桿件線模，并將線模導(dǎo)入數(shù)控設(shè)備，再利用數(shù)控設(shè)備自帶的編輯軟件將線模賦予管徑、編號等信息，最后生成相貫口數(shù)據(jù)文件，達(dá)到桿件一次性切割成型的要求。

用TS軟件導(dǎo)出含有桿件加工需要全部信息的NC文件。數(shù)控設(shè)備直接讀取NC文件內(nèi)信息，一次性切割完成桿件所需的長度、相貫口形狀以及相貫口部位的焊接坡口。這樣可以省略導(dǎo)出CAD線模的步驟，更加省時省力。BIM技術(shù)的應(yīng)用可以為工廠加工制作節(jié)約了大量的人力和時間，大幅提高生產(chǎn)效率，有效地節(jié)約生產(chǎn)成本。

1.4 工廠組裝

該車站項目中不止有網(wǎng)架這類以散件形式加工運輸?shù)臉?gòu)件還有大量需要在工廠拼接的構(gòu)件，例如支撐整個屋蓋的Y型柱。Y型柱作為整個站房結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)之一，其焊接工藝較網(wǎng)架來說更為復(fù)雜，因此其焊接質(zhì)量成為工作中的重中之重。由于焊接質(zhì)量以工廠焊接為最佳，工地焊接次之，因此，Y型柱做為結(jié)構(gòu)承重的重要構(gòu)件之一，應(yīng)優(yōu)先選擇在工廠組裝焊接。然而，由于工廠焊接人員并不了解組裝后構(gòu)件的實際形狀，若是只通過二維圖紙，很難想象出構(gòu)件的具體形狀，對構(gòu)件的拼接造成一定的困難，也可能會有零件拼錯位置或者方向錯誤的情況發(fā)生，若發(fā)生此類問題校正起來會消耗大量的人力物力，造成較大損失。采用BIM技術(shù)之后，可以較大程度的避免發(fā)生此類錯誤。BIM技術(shù)可以提供構(gòu)件的三維效果圖（圖1、圖2），在構(gòu)件焊接之前，工廠管理人員組織操作工人進(jìn)行交底工作，向其展示預(yù)拼裝構(gòu)件的三維模型，從各個位置、角度講解拼裝時的注意事項。這樣可使得操作人員通過視覺更加全面的了解預(yù)拼裝構(gòu)件的整體效果，為以后拼裝工作的順利進(jìn)行打下堅實基礎(chǔ)。

1.5 掌握加工順序和進(jìn)度

該車站站房網(wǎng)架分為一、二、三、四共四個單元，每個單元再分為a、b、c、d、e共五個分塊，即共分為20個分塊。根據(jù)施工要求，加工順序由一至四單元。工廠管理人員利用BIM技術(shù)，通過信息模型可以精確地掌握各個分塊的構(gòu)件信息，將各個分塊以不同顏色區(qū)分，也可將已加工構(gòu)件和未加工構(gòu)件采用不同顏色區(qū)分，不需要像以往采用多張二維平面圖紙對應(yīng)的方法來明確構(gòu)件。此做法使得加工順序以及加工進(jìn)度更為具體化、精細(xì)化。

1.6 工廠內(nèi)部成本核算

加工廠內(nèi)部需要進(jìn)行成本核算，核算所需的零件名稱、零件數(shù)量、零件重量、構(gòu)件名稱、構(gòu)件數(shù)量、構(gòu)件重量等數(shù)據(jù)均可以快速從BIM模型中提取導(dǎo)出。

2 ?BIM技術(shù)在運輸管理階段的應(yīng)用

該項目鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重量、體積均較大，如果前期分段工作沒有做好，就會對后期運輸工作甚至到達(dá)現(xiàn)場之后的安裝工作造成巨大困難。技術(shù)人員使用BIM技術(shù)，能夠快速得到構(gòu)件的寬度、長度、重量、面積等各種信息，再根據(jù)運輸部門提供的運輸能力的基本要求以及項目部提供的吊裝能力等信息，在國家規(guī)范要求的范圍內(nèi)合理分段，以同時達(dá)到規(guī)范、運輸、吊裝的要求。運輸部人員可以快速導(dǎo)出構(gòu)件信息，根據(jù)車輛運輸能力來合理分配運輸構(gòu)件，并且可以在三維模型中實現(xiàn)預(yù)裝車，確認(rèn)構(gòu)件是否可以擺放在車中，合理確定構(gòu)件裝車的位置、方向、疊壓情況，有效避免出現(xiàn)實際裝車時超載、超寬、超長等情況。運輸部門可以根據(jù)導(dǎo)出的構(gòu)件信息快速制作運輸清單，合理安排運輸順序，有效地掌握運輸進(jìn)度和控制運輸成本。

3 ?BIM技術(shù)在現(xiàn)場安裝階段的應(yīng)用

3.1 實現(xiàn)可視化交底

傳統(tǒng)的項目部交底只是在二維圖紙的基礎(chǔ)上，對工人進(jìn)行交底，交底效果有限，工人面對二維圖紙缺乏對工程的整體認(rèn)識，依舊可能導(dǎo)致安裝錯誤。使用BIM技術(shù)可以實現(xiàn)可視化交底，工人對不同構(gòu)件的施工注意事項以及構(gòu)件之間的安裝關(guān)系更為具象化，大大減少由于工人施工經(jīng)驗不足導(dǎo)致安裝錯誤的概率。

3.2 為現(xiàn)場拼裝提供便利

該項目屋蓋網(wǎng)架施工采用工廠散件發(fā)貨至現(xiàn)場，再由現(xiàn)場拼裝焊接成塊。因此，控制現(xiàn)場拼接質(zhì)量應(yīng)作為關(guān)鍵步驟之一，拼接質(zhì)量又分為安裝質(zhì)量和焊接質(zhì)量，其中安裝質(zhì)量理解為拼接時零件的安裝位置誤差。焊接質(zhì)量是由場地、環(huán)境、人工等因素來控制，安裝質(zhì)量主要取決于現(xiàn)場胎架組拼質(zhì)量。網(wǎng)架分塊中，焊接球作為關(guān)鍵節(jié)點，只要精確定位球的位置，整個分塊的整體形狀就較容易精確控制。利用BIM技術(shù)將預(yù)拼裝分塊中所有焊接球的坐標(biāo)導(dǎo)出，轉(zhuǎn)化為相對坐標(biāo)，再把數(shù)據(jù)導(dǎo)入到全站儀中，利用全站儀精確控制每個球的位置，這樣可以在地面上精確制作此分塊的拼裝胎架，為分塊的精確拼裝提供重要基礎(chǔ)，為保證網(wǎng)架的整體安裝質(zhì)量提供重要保障。

3.3 為現(xiàn)場吊裝提供重要數(shù)據(jù)

現(xiàn)場吊裝是鋼結(jié)構(gòu)施工的重點，吊裝前最重要的準(zhǔn)備工作就是確定預(yù)吊裝構(gòu)件的重心位置，再根據(jù)重心位置合理設(shè)置構(gòu)件吊點。只有吊點設(shè)置合理，才能保證安全的將構(gòu)件吊裝到位。另外，現(xiàn)場機(jī)械設(shè)施起重量有限，計算構(gòu)件重量是否可以滿足機(jī)械吊裝要求也是施工重點之一。利用BIM技術(shù)可以精確、快速的查詢構(gòu)件的重心、重量等信息，相比以往采用項目部人員手工計算結(jié)果的方式，BIM技術(shù)省略掉大量繁瑣的而且缺乏技術(shù)附加值的工作，而且得到的結(jié)果既精確又高效。

3.4 掌握施工進(jìn)度并快速制作各類報表

項目部進(jìn)行施工管理時必須完全掌握工程進(jìn)度情況，并且同時需要制作項目施工生產(chǎn)周報、月報、季報，項目進(jìn)度表，成本核算表等大量報表。報表作為工程施工過程中重要的數(shù)據(jù)保存形式，必須都做的非常精準(zhǔn)。由于報表種類及數(shù)量較多，所以制作報表的時候需要大量的數(shù)據(jù)支持。在傳統(tǒng)工作模式下，項目部人員需要消耗大量的時間來統(tǒng)計每一種數(shù)據(jù)，不僅工作效率上大打折扣而且準(zhǔn)確性也不能做到百分百正確。BIM即建筑信息模型，其中儲存了模型中所有信息以供快速調(diào)用。工作人員只需選擇預(yù)查詢的構(gòu)件，即可快速查詢出所有構(gòu)件的相關(guān)信息，再將信息導(dǎo)出至Excel表格并加以整合，這樣便可以快速得到制作報表所需的構(gòu)件名稱、長度、寬度、數(shù)量、重量、材質(zhì)、體積、甚至表面積等各類數(shù)據(jù)。有了精確、充足的數(shù)據(jù)支持，可以大大提高項目工作人員工作效率和工作準(zhǔn)確性。

3.5 進(jìn)度模擬和實時漫游

利用BIM技術(shù)，可以根據(jù)工程實際施工進(jìn)度，將工程施工流程按照時間的推移演示出來，給人以更加直觀的工程進(jìn)度概念，如圖6所示。BIM技術(shù)同樣支持4D模擬，即在模型中以第一人稱視角實時行走，用模型模擬現(xiàn)實，在里面行走隨時發(fā)現(xiàn)問題隨時記錄，以便快速修改。

4 ?結(jié)語

BIM技術(shù)是工程項目管理中劃時代的標(biāo)志，代表了建筑業(yè)應(yīng)用信息技術(shù)的新方向。BIM技術(shù)在該車站鋼結(jié)構(gòu)項目的運用，較好的體現(xiàn)了其在鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的優(yōu)勢與特性。在項目的加工制作階段、運輸管理階段、現(xiàn)場安裝階段，BIM技術(shù)保障了結(jié)構(gòu)的安全性和信息傳遞的準(zhǔn)確性，保證了構(gòu)件加工的準(zhǔn)確性;既能提高項目各環(huán)節(jié)的工作效率，又能避免傳統(tǒng)二維圖紙施工構(gòu)件、管線碰撞而導(dǎo)致的返工情況;在減少工期的同時，亦可節(jié)約成本。與傳統(tǒng)管理方法相比，BIM技術(shù)在該工程中的管理實踐有更為顯著的優(yōu)勢，對BIM技術(shù)在今后復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)工程項目管理中的應(yīng)用有一定的參考價值。

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