BIM技術在淺圓倉施工中的應用研究

胡二永　蘇永超　李飛宇　周成軍

摘 要：為解決淺圓倉施工難點，本文采用更加簡便高效的傘架支撐系統(tǒng)作為倉頂?shù)闹螛嫾肂IM技術對關鍵技術難點進行模擬。研究結果表明，BIM技術可以應用于淺圓倉施工中，有效解決遺漏、碰撞等問題，提前規(guī)避風險。

關鍵詞：淺圓倉;BIM技術;自呼吸樓蓋;傘架支撐

中圖分類號：TU17 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）06-0100-04

Research on the Application of BIM Technology in the

Construction of Shallow Round Warehouse

HU Eryong SU Yongchao LI Feiyu ZHOU Chengjun

（Zhengzhou Yijian Group Corporation，Zhengzhou Henan 450004）

Abstract： In order to solve the construction difficulties of the shallow round warehouse， this paper adopted a more convenient and efficient umbrella support system as the support member of the warehouse roof， and uses BIM technology to simulate the key technical difficulties. The research results show that BIM technology can be applied to the construction of shallow round warehouses， effectively solving problems such as omissions and collisions， and avoiding risks in advance.

Keywords： shallow round warehouse;BIM technology;self-breathing floor;umbrella support

在新的國家糧食安全戰(zhàn)略下，為保證國家糧食安全，建設糧油倉儲設施、強化糧情監(jiān)測預警顯得尤為重要。從國內糧食倉儲設施現(xiàn)狀來看，相對于傳統(tǒng)糧倉，建設“生態(tài)糧倉”“智慧糧倉”是我國糧食儲備發(fā)展的必然方向。近年來，淺圓倉的設計和研發(fā)變得更加成熟、生態(tài)、智慧，新型倉體建設迅速，其在廣東、福建和浙江等地相繼推廣。

目前，已有學者對淺圓倉施工進行了較為詳細的探究。張龍[1]以淺圓倉為研究對象，深入探討了滑模施工工藝，并基于此分析施工過程中的質量控制點，為以后的淺圓倉施工提供借鑒。龐瑞等[2]通過理論及數(shù)值模擬兩種計算方法，結合應用實例，對淺圓倉倉頂?shù)慕Y構內力進行優(yōu)化設計研究。龐瑞等[3]以BIM為基礎，分析了裝配式淺圓倉的經濟效益，并建立倉頂結構預制構件庫。

淺圓倉倉頂多為單層結構，在隔熱性能方面有較大的缺陷，導致倉溫、糧溫普遍較高，對安全儲糧極為不利。為保證儲糧質量，糧倉要經常進行機械通風，因此傳統(tǒng)淺圓倉的倉頂結構不符合國家倡導的綠色儲糧要求。經深入研究，人們設計出一種雙層自呼吸隔熱淺圓倉，最終解決了上述儲糧問題。雙層自呼吸隔熱淺圓倉通過倉頂上方設置的斜向空氣間層，使得空氣從下端進入并從上端帶走空氣間層內的熱量，利用煙囪效應，大大降低倉頂表面的溫度。

雙層自呼吸隔熱淺圓倉包括倉壁、錐形倉頂，錐頂上設置平屋蓋，相比傳統(tǒng)淺圓倉，施工難度也相應增加不少。本項目中，淺圓倉倉體設計高度為37.5 m，倉頂施工屬于高支模，傳統(tǒng)施工采用滿堂架，但架體搭設困難，穩(wěn)定性差，危險系數(shù)高，工期長，成本高，材料浪費嚴重。研究發(fā)現(xiàn)，傘架式鋼結構支撐系統(tǒng)可以大大降低倉頂架體搭設高度。筆者通過現(xiàn)場深入研究傘架式支撐組裝、拆除技術，使傘架式支撐系統(tǒng)操作更簡便、穩(wěn)定性更好、組裝效率更高、安全性更佳以及拆除更便捷。

針對目前此類淺圓倉體設計，本項目筒壁擬采用二次滑模施工技術，對自呼吸樓蓋鋼結構支撐工藝中的支撐、組裝以及對倉壁外側防護支撐系統(tǒng)進行了技術創(chuàng)新和優(yōu)化，保證了結構的安全性，簡化了操作工藝，提高了支撐系統(tǒng)的周轉性，保證了倉頂施工安全可靠、簡便快捷。倉頂采用更加簡便高效的傘架支撐系統(tǒng)，其間應用BIM技術對關鍵技術難點進行模擬。在淺圓倉施工過程中，采用BIM技術進行模擬和方案預演，可有效解決遺漏、碰撞等問題。

1 BIM軟件概述

1.1 BIM基本理論

目前，信息化技術快速發(fā)展，已逐步廣泛應用于諸多行業(yè)。建筑行業(yè)為響應國家綠色環(huán)保作業(yè)的號召，已由原來的粗放型施工轉變?yōu)橹悄芄I(yè)化施工，而BIM技術以三維模型為基礎，通過對建筑信息的搜集、統(tǒng)計、分析和處理等實現(xiàn)施工現(xiàn)場的全過程信息化管理，模擬施工過程，建立建筑模型，提前規(guī)避施工風險等。施工單位可以基于BIM技術對施工現(xiàn)場的進度、質量、安全及成本等進行控制，建筑BIM模型包含了建筑全壽命周期的屬性的控制信息[4]。經過多年的發(fā)展，BIM技術現(xiàn)已逐步在建筑工程領域廣泛應用，在美國建筑業(yè)中，其已成為變革性技術[5]。目前，BIM技術基于三維數(shù)字建模，涵蓋了工程項目的特點和功能性信息，使得各專業(yè)協(xié)同工作，真正實現(xiàn)建筑項目設計與施工的一體化[6]。

1.2 BIM軟件特點

1.2.1 可視化設計。在傳統(tǒng)建筑行業(yè)的建筑設計和施工中，項目人員需要結合二維圖紙，在腦海里想象建筑形式和項目模型，并不能直觀地觀察建筑模型，進而時時把控項目的進度、質量和安全等。BIM技術將建筑信息以模型的形式直觀地展現(xiàn)在技術人員的眼前，BIM軟件的可視化設計極大地提高了工作效率，有助于把控建筑質量，提前規(guī)避風險[7-8]。BIM軟件將以往的線條式構件以三維立體仿真圖的形式展示在人們面前，雖然建筑業(yè)也有設計單位出效果圖的情形，但是這種效果圖主要還是專業(yè)的效果圖制作團隊根據(jù)圖紙制作出的線條式信息制作出來的。而BIM可視化是構件之間形成互動性和反饋性的可視。在建筑信息模型中，所有過程都是可視的，它的可視化不僅僅用來進行效果展示及報表制作，更重要的是在項目設計、建造和運營過程中進行溝通、討論、決策，而這些是可以建立在可視化的基礎上的。以本項目為例，糧倉的BIM可視化模型如圖1所示。

1.2.2 協(xié)同性。一個建筑項目的實施需要多個專業(yè)的配合才能實現(xiàn)，經常出現(xiàn)多專業(yè)交叉作業(yè)。在傳統(tǒng)建筑項目中，多專業(yè)交叉作業(yè)時經常出現(xiàn)溝通協(xié)調不及時現(xiàn)象，造成成本增加、工期延誤等問題。BIM軟件具有良好的協(xié)同性，可在施工前對各專業(yè)的施工作業(yè)進行模擬，以便合理把控施工進度。BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期對各專業(yè)的碰撞問題進行協(xié)調，并生成報告，幫助設計師進行修改，在施工前就很好地解決相關問題。同時，BIM技術還能做到防火分區(qū)、電梯井布置等的協(xié)調。

1.2.3 模擬性。BIM軟件可以對項目整體進行3D建模，把項目的外觀以及細部展現(xiàn)在模型中。根據(jù)BIM的參數(shù)化特性，人們可以將模型中數(shù)以萬計的構件、設備、設施等的數(shù)據(jù)信息導入其中，讓項目參與各方看到一個綜合性的可視化模型。各方可以對數(shù)據(jù)庫信息進行閱讀、調取、分析和修改，大大改善了傳統(tǒng)2D畫面的溝通效率差、協(xié)同效果不佳的局面[9-10]。BIM軟件不僅可以模擬建筑，還可以模擬不能在真實場景中進行操作的事物。設計階段可以進行節(jié)能模擬、緊急疏散模擬、日照模擬和熱能傳導模擬等;招標和施工階段可以進行4D模擬（加上時間進度），同時可以進行5D模擬（加入造價控制）;運營階段可以進行日常緊急情況和處理方式的模擬，如地震逃生及消防疏散等。以本項目為例，糧倉的建筑三維模型如圖2所示。糧倉的倉錐頂澆筑用模具傘架式支撐系統(tǒng)及中心筒節(jié)點如圖3所示。

1.2.4 可優(yōu)化性。建筑項目從設計到施工的過程是一個不斷優(yōu)化的過程，人們可以運用BIM軟件，更好地進行優(yōu)化?，F(xiàn)代建筑物的復雜程度大多超過參與人員本身的能力極限，BIM軟件及其配套的各種優(yōu)化工具提供了對復雜項目進行優(yōu)化的服務。對這些內容的設計和施工方案進行優(yōu)化，可以縮短工期，降低造價。以本項目為例，糧倉三維模型的優(yōu)化設計如圖4所示。

1.2.5 可出圖形。BIM軟件繪制的圖紙不同于建筑設計院所設計的圖紙或者一些構件的加工圖紙，其通過對建筑物進行可視化展示、協(xié)調、模擬和優(yōu)化，繪制出綜合管線圖（經過碰撞檢查和設計修改，消除了相應錯誤）、綜合結構留洞圖（預埋套管圖），最終提出碰撞檢查偵錯報告和建議改進方案。以本項目為例，使用BIM軟件繪制圖紙時，糧倉的預留、預埋碰撞設計如圖5所示。

2 基于BIM技術的倉頂設計

淺圓倉頂澆筑使用傘架式支撐系統(tǒng)，相對于傳統(tǒng)的滿堂腳手架支撐體系，其變得更加工具化、定型化，大大縮短施工周期，降低了拆裝工作量，減少鋼管扣件用量和勞動量。基本施工流程如圖6所示。

倉頂支撐系統(tǒng)包括垂直設置在淺圓倉內部的中心筒，中心筒的上端設有中心安裝支撐件（中心托盤），中心安裝支撐件和淺圓倉頂部內壁之間水平搭設若干榀鋼桁架，鋼桁架沿筒倉的半徑方向等間距搭設。倉頂施工外防護支撐結構包括上吊梁、外豎梁、內豎梁、水平支撐梁和斜撐梁，水平支撐梁上表面垂直設有兩根定位鋼筋。

淺圓倉頂部內壁沿圓周方向均勻開設有與鋼桁架數(shù)量相等的支撐槽，支撐槽的底面水平設置有支撐板，支撐板的下表面固定連接若干根預埋在淺圓倉倉壁內的預埋鋼筋，支撐板上表面固定設有垂直設置的定位柱，鋼桁架的外端伸入支撐槽內，鋼桁架的外端下表面支撐在支撐板上。該支撐裝置設計合理，施工量小，通過預先調節(jié)中心立柱的垂直度，方便快捷地將鋼桁架安放到中心立柱與倉壁之間的對應位置，并確保鋼桁架的穩(wěn)定性和可靠性。

鋼桁架組裝用導向裝置包括底部支撐臺、上部吊掛件和導向軌道，導向軌道沿垂直方向設置，導向軌道下端與底部支撐臺頂部連接，導向軌道上端與上部吊掛件通過連接螺栓可進行拆卸和連接;在進行鋼桁架吊裝作業(yè)時，牽拉及滾動導向提高了鋼桁架在提升過程中的穩(wěn)定性。

3 基于BIM技術的成本分析

3.1 提高工效，節(jié)約人工

淺圓倉頂澆筑用傘架式支撐系統(tǒng)構造簡單，施工方便，各部件均采用螺栓連接，安裝簡便，技術要求低;所有部件實現(xiàn)工廠化加工，到場后直接組裝，相對于傳統(tǒng)滿堂腳手架搭設，每組裝、吊拆一套節(jié)約人工費用387 750元。

3.2 工期分析

倉頂澆筑用傘架式支撐系統(tǒng)所有部件規(guī)格、尺寸單一，各部件均可提前設計，提前進行工廠化加工，縮短了施工周期，進場后，工人直接進行現(xiàn)場拼裝即可。經統(tǒng)計，本項目安裝一套倉頂澆筑用傘架式支撐系統(tǒng)，用時為2 d，經查閱過往項目施工資料，傳統(tǒng)滿堂腳手架搭設周期約為60 d，本項目共有15棟淺圓倉，考慮到施工條件及成本，準備8套傘架式支撐系統(tǒng)，周轉一次，工程結束;組裝按流水作業(yè)施工，組裝結束需要16 d，傳統(tǒng)滿堂腳手架分2次搭設完成，共需要120 d，因此新方案共縮短工期104 d。

3.3 成本分析

倉頂澆筑用傘架式支撐系統(tǒng)每套租賃費（包含運輸、安拆費）約為30萬元，租賃8套的費用共計240萬元。按照市場行情，鋼管租賃費為0.013元/（d·m）、扣件租賃為0.011元/（d·m），若本項目同時租賃8套滿堂腳手架，則鋼管和扣件的費用約為455萬元。因此，新方案共節(jié)約費用215萬元。

4 結論

本文對淺圓倉倉頂模架支撐結構體系進行模擬，基于BIM技術對淺圓倉自呼吸樓蓋施工技術進行研究，以期為倉頂施工提供安全可靠的工作平臺。本項目采用傘架式支撐系統(tǒng)，大大降低倉頂架體搭設高度，并通過BIM技術提前模擬，深入研究傘架式支撐組裝、拆除技術，提前檢查，規(guī)避施工中存在的風險。其間利用BIM技術進行基礎模型搭建，各專業(yè)協(xié)同作業(yè)，模擬高空不間斷施工條件下的滑模施工組織。同時，加強安全管理，合理布置測量監(jiān)控網點，科學安排施工進度，保證定位精準、無遺漏?；贐IM技術，淺圓倉頂澆筑采用傘架式支撐系統(tǒng)，一共可縮短工期104 d，節(jié)約費用215萬元。

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