姚 寶
(渭南遠(yuǎn)大建工集團(tuán)有限公司 陜西 渭南 714000)
渭南市某公建項(xiàng)目是渭南市委市政府確定的重點(diǎn)民生項(xiàng)目,該項(xiàng)目將打造成為集共享性、識(shí)別性、地域性、生態(tài)性為一體的城市多功能綜合體建筑坐標(biāo)。工程設(shè)計(jì)風(fēng)格是將關(guān)中傳統(tǒng)建筑的方、院,聚落與華山層層疊疊之形態(tài)相融合。具有現(xiàn)代建筑的時(shí)尚氣息,設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特。主要包括檔案館、圖書(shū)館、科技館、青少年宮及婦幼活動(dòng)中心等4個(gè)場(chǎng)館組成。
本項(xiàng)目位于渭南市臨渭區(qū),占地面積約37.3畝,總建筑面積為77 583.10 m2,其中地上7 層,建筑面積46 612.40 m2,地下2層,建筑面積30 970.70 m2,建筑高度37.8 m,建筑設(shè)計(jì)使用年限為50 年,建筑物結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)。
多功能館功能特殊、綜合性強(qiáng)、造型獨(dú)特、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、高大空間模架安全要求高、鋼骨混凝土柱施工節(jié)點(diǎn)復(fù)雜、中庭花架梁施工難度大、各獨(dú)立場(chǎng)館間管線凈高控制難、室內(nèi)裝飾裝修風(fēng)格多樣、幕墻系統(tǒng)種類多等特點(diǎn)。本項(xiàng)目質(zhì)量目標(biāo)為“魯班獎(jiǎng)”,在項(xiàng)目特點(diǎn)、難點(diǎn)、質(zhì)量目標(biāo)的基礎(chǔ)上,將其定義為BIM 應(yīng)用重點(diǎn)項(xiàng)目,將BIM 技術(shù)作為一種工具,輔助現(xiàn)場(chǎng)管理人員及作業(yè)人員便捷化管理與施工。
依據(jù)集團(tuán)要求與項(xiàng)目實(shí)際需求由BIM 團(tuán)隊(duì)編制BIM 實(shí)施方案,實(shí)施方案中包括BIM 實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)施計(jì)劃、實(shí)施流程、應(yīng)用點(diǎn)、模型整合以及更新等內(nèi)容,并報(bào)集團(tuán)公司BIM 中心審核。該方案是項(xiàng)目BIM 技術(shù)應(yīng)用實(shí)施的綱領(lǐng)性文件,使項(xiàng)目各參與方清楚理解BIM 實(shí)施的戰(zhàn)略性目標(biāo)和階段性目標(biāo),明確各參與方在項(xiàng)目各施工階段中的工作內(nèi)容及職責(zé)[1]。
項(xiàng)目部位于樂(lè)天大街與六泉路十字附近,由于渭南市道路交通規(guī)定,樂(lè)天大街禁止大型車輛通行。與交通管理部門(mén)溝通后,僅樂(lè)天大街以北可以通行大型車輛。為方便材料運(yùn)輸及混凝土罐車進(jìn)入場(chǎng)區(qū),使用BIM 模型進(jìn)行道路寬度、高度模擬,對(duì)場(chǎng)區(qū)施工道路進(jìn)行重新規(guī)劃,根據(jù)模擬結(jié)果,決定在施工場(chǎng)地設(shè)置3個(gè)工地大門(mén)(見(jiàn)圖1)。規(guī)避了吊車、天泵等大型設(shè)備作業(yè)時(shí)影響其他車輛通行的問(wèn)題。
圖1 BIM模型Fig.1 BIM Model
辦公區(qū)綠化部分參照項(xiàng)目建造主體輪廓特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)策劃。辦公室前花園造型與建造主體輪廓遙相呼應(yīng),意涵其中(見(jiàn)圖2)[2]。
圖2 BIM模型及辦公區(qū)實(shí)體Fig.2 BIM Model and Physical of Office Area
4.2.1 鋼骨混凝土柱
建造工程設(shè)計(jì)局部采用鋼骨混凝土柱,梁鋼筋與鋼骨混凝土柱的連接及核心區(qū)鋼筋排布是施工難點(diǎn)之一。利用BIM 技術(shù),以三維可視化的方式進(jìn)行鋼筋優(yōu)化與施工模擬,確定連接節(jié)點(diǎn),繪制鋼骨混凝土柱與梁節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)圖,共227個(gè)節(jié)點(diǎn),深化圖紙681張,深化圖紙經(jīng)原設(shè)計(jì)單位確認(rèn),有效解決上述問(wèn)題(見(jiàn)圖3)。將項(xiàng)目出具鋼骨混凝土柱節(jié)點(diǎn)深化圖反饋于鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)分包單位,利用Tekla 鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)軟件進(jìn)行翻模,出具構(gòu)件圖,進(jìn)行工廠化加工,編制專項(xiàng)施工方案,嚴(yán)格按照三級(jí)交底制度進(jìn)行安全技術(shù)交底,過(guò)程管控,嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),確保施工質(zhì)量,實(shí)施效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行GIS 正射,與BIM 可視化圖紙結(jié)合,進(jìn)行鋼骨混凝土柱吊點(diǎn)分析,根據(jù)實(shí)際點(diǎn)位比例進(jìn)行鋼骨混凝土柱吊裝施工模擬,確定吊點(diǎn)位置[3]。
4.2.2 屈曲約束支撐
主體結(jié)構(gòu)采用190 個(gè)屈曲約束支撐,屈曲約束支撐一般由3個(gè)部分組成:核心單元、無(wú)粘結(jié)構(gòu)造層與約束單元。在強(qiáng)地震起到耗能,保證主體安全的作用。利用BIM 參數(shù)化模型,對(duì)預(yù)埋件進(jìn)行準(zhǔn)確定位、統(tǒng)計(jì)構(gòu)件數(shù)目。
4.2.3 粘滯阻尼器
主體結(jié)構(gòu)采用88套粘滯阻尼器,粘滯阻尼器一般由圓缸、活塞、阻尼介質(zhì)(硅油)、活塞桿和關(guān)節(jié)軸承等部分組成。建立BIM 參數(shù)化模型,對(duì)管理人員和作業(yè)人員進(jìn)行可視化技術(shù)交底,提高施工效率。
4.2.4 中庭空洞花架梁施工
在青少年活動(dòng)中心中庭空洞屋面1-3 軸交M-P軸中庭處,從1~6 層屋面(屋面結(jié)構(gòu)標(biāo)高為32.4 m)為17 m×17 m 空洞,結(jié)構(gòu)屋面以上5.0 m 為十字花架梁,高度為37.4 m。傳統(tǒng)的滿堂架施工方法,搭建耗時(shí)久、施工難度大、工期長(zhǎng)、費(fèi)用高、安全系數(shù)低??紤]將頂部花架梁變更為鋼梁,進(jìn)行吊裝,方便施工,經(jīng)與設(shè)計(jì)院溝通,由于西側(cè)中間柱橫向高度在37.4 m,僅有屋面鋼梁及花架梁支撐,若變?yōu)殇摿汉?,?cè)向剛度難以滿足要求,所以考慮在花架梁下搭設(shè)鋼支撐平臺(tái),作為操作空間,提出如下方案:主梁采用兩層滿足受力要求的工字鋼(Ⅰ40b)進(jìn)行十字疊加搭設(shè),次梁采用普通工字鋼(Ⅰ16b)進(jìn)行搭設(shè)(見(jiàn)圖4)。此方案滿足上部鋼結(jié)構(gòu)天窗鋼梁的施工,整體安裝、分段拆卸方便,提高施工安全系數(shù),降低人工、材料費(fèi)用(工字鋼作為固定資產(chǎn),可重復(fù)利用)。
圖4 節(jié)點(diǎn)模型及方案模型Fig.4 Node Model and Scheme Model
4.2.5 吊籃施工
結(jié)構(gòu)屋面5.0 m 以上為花架梁,外幕墻吊籃橫梁必須跨過(guò)花架梁才能滿足幕墻施工,利用BIM 技術(shù)對(duì)吊籃搭設(shè)方案進(jìn)行策劃,將各方案轉(zhuǎn)化成三維模型(見(jiàn)圖5),直觀對(duì)比并進(jìn)行計(jì)算,確定最終實(shí)施方案,此方案安全系數(shù)高,既滿足外墻幕墻施工,又滿足花架梁和頂部幕墻施工[4]。
圖5 方案比選Fig.5 Scheme Comparison
4.3.1 凈高分析
利用BIM技術(shù)進(jìn)行管線綜合排布,地下1層4個(gè)走廊各有一處2 500 mm 的降板,地下1 層為主要的功能房間和各類電器設(shè)備泵房,走廊寬度較窄并且管道密集,技術(shù)要求高,排布難度大,西側(cè)走廊最窄處寬度為2 240 mm,最低梁下高度為3 700 mm,管線綜合排布后凈高為2 200 mm,不能滿足吊頂高度要求,優(yōu)化后凈高為2 500 mm,提升300 mm,滿足吊頂高度要求[5]。
4.3.2 機(jī)電方案優(yōu)化與實(shí)施
與內(nèi)裝飾吊頂標(biāo)高進(jìn)行對(duì)比,對(duì)功能房間管線進(jìn)行優(yōu)化,確定最佳方案,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求出具剖面圖,導(dǎo)出CAD圖紙,指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工(見(jiàn)圖6)。
圖6 模型及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景Fig.6 Model and Live Scene
4.3.3 管井優(yōu)化、預(yù)留預(yù)埋、綜合支吊架施工
對(duì)管井進(jìn)行三維模型建立,優(yōu)化后的管井形象、直觀并帶有注釋數(shù)據(jù),方便現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員掌握施工圖紙,并根據(jù)要求加工支架,進(jìn)而提高了安裝的施工質(zhì)量。
將機(jī)電、土建模型結(jié)合,深化一次、二次墻體預(yù)留預(yù)埋圖紙,現(xiàn)場(chǎng)施工按照深化后的圖紙進(jìn)行預(yù)留預(yù)埋。減少后續(xù)施工二次開(kāi)洞,節(jié)省工時(shí)和修補(bǔ)材料費(fèi)用。
綜合支架的確定是在管綜排布完成后,依據(jù)管徑的設(shè)計(jì)尺寸和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面實(shí)際尺寸以及國(guó)家有關(guān)規(guī)范和相應(yīng)圖集來(lái)確定支架尺寸。根據(jù)確定的管線綜合排布方案,輸出支架加工圖、定位圖、各專業(yè)平面布置圖,有效提高現(xiàn)場(chǎng)施工效率,避免返工現(xiàn)象,確保管線敷設(shè)一次成優(yōu)。
利用BIM 模型對(duì)槽盒、水管、風(fēng)管及所有管件進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì),與商務(wù)工程量進(jìn)行對(duì)比,為項(xiàng)目部材料用量進(jìn)行了良好的管控,避免材料浪費(fèi)[6]。
4.3.4 裝配式機(jī)房
在使用BIM 技術(shù)三維建模時(shí),按照廠家提供的機(jī)械參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化建模,分割并進(jìn)行工廠化加工,保證了管件的整體尺寸偏差在誤差范圍內(nèi),有效提高了施工進(jìn)度和整體安裝質(zhì)量。
在消防水泵房空間優(yōu)化時(shí),依據(jù)CAD設(shè)計(jì)圖紙建立泵房初步模型;項(xiàng)目部與加工廠進(jìn)行前期會(huì)議溝通,確定施工工序、施工注意事項(xiàng);考慮主體施工的誤差,對(duì)于主體的墻面、梁、柱、頂板、地面、設(shè)備基礎(chǔ)逐一進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,準(zhǔn)確定位管線;結(jié)合實(shí)際材料、設(shè)備尺寸參數(shù),完善各類參數(shù)化族;根據(jù)采集的信息及創(chuàng)建的各參數(shù)化族,再結(jié)合電氣通風(fēng)管線進(jìn)行泵房深化建模[7]。
制冷機(jī)房通過(guò)三維建模后,對(duì)冷凍管道進(jìn)行綜合排布,層次分明,閥門(mén)高度一致,支架牢固,減震有效,方便廠家加工運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)安裝,泵組立管采用支柱組合支架,解決不同標(biāo)高管線難固定的問(wèn)題,管道支架一次安裝到位。
根據(jù)管徑大小及空間要求結(jié)合管道荷載計(jì)算,選擇支吊架形式和排布方案[8]。
4.4.1 地下車庫(kù)耐磨地面優(yōu)化
利用BIM 技術(shù)對(duì)地下車庫(kù)耐磨混凝土地面分格進(jìn)行優(yōu)化,根據(jù)柱網(wǎng)軸線進(jìn)行分格,柱網(wǎng)軸線之間間距為9 000 mm,分格縫間距不大于6 000 mm,因此,分格縫設(shè)置于柱網(wǎng)軸線中間部位,分格間距為4 500 mm×4 500 mm;距墻柱邊200 mm 設(shè)置分格縫與柱分格縫交圈,避免機(jī)械設(shè)備切割不到墻柱根部,墻柱根部混凝土地面開(kāi)裂現(xiàn)象。
4.4.2 公共區(qū)域創(chuàng)優(yōu)策劃
對(duì)衛(wèi)生間空間尺寸、細(xì)部做法進(jìn)行優(yōu)化,衛(wèi)生間吊頂、墻磚、地磚三線對(duì)縫,衛(wèi)生潔具居中,開(kāi)關(guān)高度一致,堅(jiān)持樣板引路,弘揚(yáng)工匠精神,實(shí)現(xiàn)過(guò)程精品,質(zhì)量一次成優(yōu)。
在樓梯地磚排布策劃中,利用BIM 技術(shù)進(jìn)行三維鋪磚排布,踏面均分且踢面對(duì)縫,線條居中、上下對(duì)縫。提高施工質(zhì)量,減少材料損耗,降低施工成本,提升鋪裝觀感。
對(duì)電梯前室空間進(jìn)行墻面磚、地面磚排布、頂棚設(shè)備末端點(diǎn)位優(yōu)化、精準(zhǔn)提量,避免返工。
4.4.3 屋面創(chuàng)優(yōu)策劃
利用BIM 技術(shù)對(duì)屋面缸磚進(jìn)行合理排布,整磚鋪貼,套色美觀,坡向正確,考慮排水順暢的同時(shí)考慮嚴(yán)寒地區(qū)明溝消融與不積水,采用黑色缸磚鋪貼溝底;針對(duì)屋面圖案增加了地方、民族與建筑用途的文化元素,針對(duì)不同場(chǎng)館,設(shè)計(jì)不同寓意的花型圖案,既達(dá)到美觀的效果,又體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的多樣性,如圖7?所示。
圖7 優(yōu)化模型Fig.7 Optimization Model Optimization Model
4.4.4 幕墻施工
利用BIM 技術(shù),對(duì)U 型玻璃幕墻的轉(zhuǎn)角處進(jìn)行三維可視化技術(shù)交底,通過(guò)相互插接的方式進(jìn)行連接,解決了邊緣整體強(qiáng)度差、遭受惡劣天氣邊緣容易出現(xiàn)開(kāi)裂的問(wèn)題,如圖7?所示。
項(xiàng)目前期利用無(wú)人機(jī)GIS技術(shù)測(cè)量復(fù)核記錄場(chǎng)地內(nèi)地貌情況,并將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件中,生成地貌模型,協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)管理人員計(jì)算土方開(kāi)挖情況。
利用GIS 正射與BIM 可視化圖紙相結(jié)合,對(duì)地下車庫(kù)中的集水坑和電梯井等位置進(jìn)行復(fù)測(cè),輔助地基與基礎(chǔ)施工階段的質(zhì)量管理。
搭建項(xiàng)目5D 數(shù)字平臺(tái),可隨時(shí)上傳項(xiàng)目安全、質(zhì)量問(wèn)題,可直觀的查看問(wèn)題所處部位、分管負(fù)責(zé)人和整改進(jìn)度,并定期輸出數(shù)據(jù)報(bào)告圖表,提高項(xiàng)目安全質(zhì)量管理效率。
各項(xiàng)目部在應(yīng)用BIM 技術(shù)過(guò)程中,以企業(yè)總工程師為負(fù)責(zé)人,建立項(xiàng)目BIM 工作站;結(jié)合各類型項(xiàng)目培養(yǎng)“BIM+”人才,不僅培養(yǎng)大量的BIM 工程師,更要加強(qiáng)對(duì)BIM 人員工程技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)管理復(fù)合型人才的培養(yǎng);將BIM 技術(shù)作為一種工具,服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)施工,并合理利用其解決項(xiàng)目施工中的重、難點(diǎn)問(wèn)題;提高項(xiàng)目管理水平,降本增效[9]。
綜上所述,將BIM 技術(shù)應(yīng)用于渭南市某項(xiàng)目施工全過(guò)程,以工程特點(diǎn)、難點(diǎn)、質(zhì)量目標(biāo)為基礎(chǔ),研究BIM 技術(shù)在主體階段、機(jī)電安裝、裝飾裝修施工過(guò)程中的應(yīng)用。主體階段進(jìn)行可視化方案交底,提高施工人員管理效率,保障作業(yè)人員作業(yè)質(zhì)量。機(jī)電安裝階段進(jìn)行方案優(yōu)化,導(dǎo)出CAD 圖紙,指導(dǎo)作業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)施工。裝飾裝修階段,輔助技術(shù)相關(guān)人員進(jìn)行創(chuàng)優(yōu)策劃,樣板引路,一次成優(yōu)。同時(shí),加強(qiáng)信息化、數(shù)據(jù)化人才培養(yǎng),為以后公建工程BIM 技術(shù)應(yīng)用指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工夯實(shí)了基礎(chǔ),助力公建工程高效管理,利用信息化推進(jìn)企業(yè)管理升級(jí),為企業(yè)的精細(xì)化管理提供數(shù)字化支撐[10]。