BIM技術(shù)在某超高層項(xiàng)目施工階段的應(yīng)用

張建幫

BIM虛擬建造是通過(guò)三維可視化的方式模擬專(zhuān)項(xiàng)施工組織方案的動(dòng)態(tài)過(guò)程，并對(duì)施工方案的可行性進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)也可以對(duì)施工班組進(jìn)行交底，虛擬建造是施工階段BIM應(yīng)用的核心，只有做到虛擬建造先行，為后續(xù)施工保駕護(hù)航，才能真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生工地的目標(biāo)。

超高層建筑是顯示地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平及科技發(fā)展實(shí)力的重要標(biāo)志，超高層建筑在施工中通常會(huì)涉及很多施工難點(diǎn)，包括深基坑、施工測(cè)量、塔吊爬升、核心筒爬模、超高層泵送混凝土、鋼結(jié)構(gòu)安裝、高支模施工、機(jī)電安裝、幕墻等方面對(duì)施工項(xiàng)目管理和安全管理帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。BIM技術(shù)以三維數(shù)據(jù)模型的特性，通過(guò)模型虛擬仿真建造，模型數(shù)據(jù)集成對(duì)接，模型三維協(xié)同等方式，可以從技術(shù)和管理上，為超高層施工項(xiàng)目管理賦能，解決技術(shù)難點(diǎn)，提升管理水平。

一、項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于陜西省西安，總占地約298畝，建成以后集501米超高層，會(huì)議中心、甲級(jí)辦公、五星級(jí)酒店、四星級(jí)酒店、商業(yè)中心、高端公寓為一體的綜合體項(xiàng)目。

項(xiàng)目在前期規(guī)劃階段就明確了BIM全過(guò)程應(yīng)用的目標(biāo)，其中在施工階段，以BIM顧問(wèn)公司牽頭，聯(lián)合施工總包及各分包單位共同應(yīng)用。施工階段BIM實(shí)施，從項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃、BIM圖紙會(huì)審、施工虛擬建造模擬分析、施工技術(shù)應(yīng)用四個(gè)方面進(jìn)行應(yīng)用，其中虛擬建造模擬分析是施工階段BIM應(yīng)用的核心，重點(diǎn)對(duì)本項(xiàng)目施工關(guān)鍵技術(shù)及專(zhuān)項(xiàng)施工方案進(jìn)行虛擬建造模擬分析，不僅對(duì)施工方案的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證，同時(shí)也為項(xiàng)目施工班組進(jìn)行三維技術(shù)交底，為項(xiàng)目施工帶來(lái)巨大價(jià)值。

二、項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃

項(xiàng)目BIM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃基于項(xiàng)目組織、流程、交付三項(xiàng)原則制定，其中組織確定項(xiàng)目BIM實(shí)施目標(biāo)、BIM參與涉及單位、模型操作與應(yīng)用要求等內(nèi)容，流程確定各參與單位之間的實(shí)施界面與分工流程，同時(shí)確定各參建單位組成項(xiàng)目全過(guò)程BIM實(shí)施的進(jìn)度、質(zhì)量要求，交付確定項(xiàng)目最終成果交付內(nèi)容，包括成果交付形式、格式及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

三、BIM圖紙會(huì)審

針對(duì)設(shè)計(jì)圖紙問(wèn)題，在施工準(zhǔn)備階段，利用BIM模型設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行三維技術(shù)會(huì)審，對(duì)問(wèn)題類(lèi)型分成沖突碰撞類(lèi)檢查、圖紙一致性檢查、設(shè)計(jì)合理性檢查、圖紙完整性檢查四類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行核查。本項(xiàng)目根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的不斷調(diào)整，地下室部分土建問(wèn)題報(bào)告共更新5版，累計(jì)發(fā)現(xiàn)并解決建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題94條。機(jī)電問(wèn)題報(bào)告共更新8版，累計(jì)發(fā)現(xiàn)并解決機(jī)電管線(xiàn)排布、凈高問(wèn)題167條。

四、重難點(diǎn)方案BIM虛擬建造模擬分析

BIM虛擬建造是通過(guò)三維可視化的方式模擬專(zhuān)項(xiàng)施工組織方案的動(dòng)態(tài)過(guò)程，并對(duì)施工方案的可行性進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)也可以對(duì)施工班組進(jìn)行交底，虛擬建造是施工階段BIM應(yīng)用的核心，只有做到虛擬建造先行，為后續(xù)施工保駕護(hù)航，才能真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生工地的目標(biāo)。

1.超大體積筏板“溜管布料”

本項(xiàng)目塔樓筏板基礎(chǔ)面積約7900㎡，主要厚度5m，一次澆筑方量達(dá)3.18萬(wàn)m3。采用施工總包單位自主研發(fā)無(wú)間歇溜管法澆筑技術(shù)進(jìn)行施工，并利用BIM技術(shù)模擬溜管系統(tǒng)各部分功能、施工工藝及車(chē)輛行進(jìn)路線(xiàn)，給施工班組進(jìn)行可視化交底?，F(xiàn)場(chǎng)東西共布置8套溜管，澆筑流程（潤(rùn)管→卸料→布料→轉(zhuǎn)換→洗管→收面），依次從最遠(yuǎn)端退進(jìn)的形式進(jìn)行布料，形成“一條主管、兩條轉(zhuǎn)動(dòng)槽”同時(shí)澆筑，項(xiàng)目利用“BIM+新工藝”的方式實(shí)現(xiàn)了50h完成筏板基礎(chǔ)澆筑及收面的速度。

2.貝雷架鋼棧橋安裝模擬

因項(xiàng)目施工場(chǎng)地受限，無(wú)法形成環(huán)路，項(xiàng)目結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況采用貝雷架+型鋼組成臨時(shí)鋼棧橋，為澆筑期間行車(chē)提供便利，通過(guò)運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)工況進(jìn)行推演模擬，安拆流程、操作要點(diǎn)三維交底，優(yōu)化了鋼管柱凹口開(kāi)槽，增加了貝雷架與雙拼工字鋼的接觸面積，更加安全可靠，可視化的同時(shí)提升組織預(yù)見(jiàn)性，最終實(shí)現(xiàn)了安裝5天，拆除2天的速度，詳見(jiàn)圖1。

圖1 貝雷架鋼棧橋安裝模擬

3.垂直運(yùn)輸機(jī)械安拆模擬

本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)吊裝量大，結(jié)構(gòu)變截面，需結(jié)合頂升平臺(tái)爬升、鋼結(jié)構(gòu)吊裝、土建施工、塔吊轉(zhuǎn)換等綜合分析制定爬升規(guī)劃，其中塔吊空中安拆8次，爬升25次，平臺(tái)頂升112次；通過(guò)BIM模擬塔吊平面布置、附墻預(yù)埋位置及塔吊與平臺(tái)、布料機(jī)、鋼骨柱等空間位置關(guān)系，保證了附墻支座預(yù)埋精度，避免了塔吊吊裝碰撞風(fēng)險(xiǎn)，提高了施工效率。

4.集成頂升平BIM應(yīng)用

超高層建造核心技術(shù)為集成頂升平臺(tái)?？缭戒摴菍印摻罱壴鷮?、模板層、混凝土養(yǎng)護(hù)層4個(gè)工作面，共分為六大系統(tǒng)。（1）新型裝配式整體頂升鋼平臺(tái)系統(tǒng)；（2）新型牛腿附墻式頂升平臺(tái)支撐系統(tǒng)；（3）組合拼裝外掛架系統(tǒng)；（4）鋼模板支撐加固系統(tǒng)；（5）超高泵送快速布料系統(tǒng)；（6）全方位智能監(jiān)控系統(tǒng)。為保障頂升平臺(tái)各項(xiàng)參數(shù)符合規(guī)范要求，通過(guò)Midas建立計(jì)算模型，從施工狀態(tài)及爬升狀態(tài)，對(duì)三個(gè)施工階段頂升平臺(tái)鋼桁架、支撐柱、附墻牛腿進(jìn)行位移應(yīng)力驗(yàn)算，結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，并結(jié)合行業(yè)專(zhuān)家多次研討論證，最終確定施工方案。

本項(xiàng)目核心結(jié)構(gòu)有兩次較大截面變化，為適應(yīng)這種變化，項(xiàng)目研發(fā)了一種新型的裝配空間網(wǎng)格式結(jié)構(gòu)體系，將傳統(tǒng)二維受力改為空間受力，有效提高結(jié)構(gòu)剛度；內(nèi)筒為整體焊接，外筒為特制裝配桁架，截面變化后只需將外框裝配式桁架拆除，加快了鋼平臺(tái)拆改的效率；同時(shí)可降低材料損耗，方便周轉(zhuǎn)使用。BIM從結(jié)構(gòu)上模擬該結(jié)構(gòu)體系構(gòu)造，并從模型中提取工程量方便了商務(wù)招標(biāo)定價(jià)與原材的采購(gòu)，控制了成本。

集成頂升平臺(tái)智能檢測(cè)系統(tǒng)是保障頂升平臺(tái)實(shí)時(shí)狀態(tài)安全的重要措施，本項(xiàng)目通過(guò)傳感器集成結(jié)合BIM平臺(tái)展示的方式，搭建智能檢測(cè)系統(tǒng)。傳感器點(diǎn)位根據(jù)平臺(tái)荷載集中位置即貫通主桁架兩側(cè)進(jìn)行布置，且避開(kāi)后續(xù)平臺(tái)拆改部位，主要放置在桁架梁上翼緣下部與下翼緣上部，針對(duì)桁架腹桿的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置在腹桿中部腹板處，能夠有效監(jiān)控平臺(tái)重載區(qū)及危險(xiǎn)部位桁架的應(yīng)力變化情況，將數(shù)據(jù)集成在智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，可實(shí)時(shí)反應(yīng)平臺(tái)最不利情況，并進(jìn)行實(shí)時(shí)警示。

除上述關(guān)鍵工藝的BIM應(yīng)用，本項(xiàng)目在施工階段還利用BIM技術(shù)應(yīng)用于項(xiàng)目進(jìn)度管理、質(zhì)量安全管控、施工界面輔助、分包工程量核算等場(chǎng)景中。

五、項(xiàng)目效益分析

本項(xiàng)目施工階段應(yīng)用BIM技術(shù)，在項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益上取得明顯價(jià)值，截止到地下室結(jié)構(gòu)施工階段，通過(guò)BIM發(fā)現(xiàn)并解決的設(shè)計(jì)圖紙問(wèn)題共計(jì)800多處，折算成項(xiàng)目直接無(wú)效成本損失為102.4萬(wàn)元，通過(guò)模型導(dǎo)出的工程量與預(yù)算量和施工量進(jìn)行對(duì)比，合計(jì)比預(yù)算節(jié)省130萬(wàn)元，整體創(chuàng)造的直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值約230萬(wàn)元。