BIM技術(shù)在直線加速器室設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

郭銀麗

(湖北工業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 410000)

1 BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

早在1975年BIM技術(shù)就被國外提出，而國內(nèi)對(duì)BIM的認(rèn)知和應(yīng)用相對(duì)較晚。為了使BIM技術(shù)在我國的建筑行業(yè)充分發(fā)揮作用，促進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展，我國有關(guān)部門在“十一五”科技支撐計(jì)劃、“十二五”信息發(fā)展計(jì)劃中都提出：要推進(jìn)BIM技術(shù)與建筑行業(yè)的融合和使用。在國家政策的支持下，BIM技術(shù)受到了政府部門、企業(yè)等的高度重視。

近些年來，BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用越來越受到人們的重視，部分地區(qū)已強(qiáng)制要求在大型建筑項(xiàng)目的實(shí)施過程中必須使用BIM技術(shù)，這對(duì)BIM技術(shù)在我國建筑行業(yè)的推廣起到了極大的推動(dòng)作用，提高了相關(guān)設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位、施工單位等企業(yè)對(duì)于BIM技術(shù)的重視?，F(xiàn)階段，我國BIM技術(shù)仍處于蓬勃發(fā)展過程當(dāng)中，相信隨著BIM技術(shù)的不斷延伸、推廣及發(fā)展，未來BIM技術(shù)將為我國建筑行業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用案例概況分析

2.1 工程概況

本案例項(xiàng)目位于華中地區(qū)某市臨空經(jīng)濟(jì)區(qū)，規(guī)劃建設(shè)國家公共衛(wèi)生臨床物資儲(chǔ)備調(diào)運(yùn)基地和?？漆t(yī)院、感染中心、科研培訓(xùn)中心及高端醫(yī)療。項(xiàng)目占地面積為93 827 m2，總建筑面積為24.23萬 m2。其中位于地下室的直線加速器室是本項(xiàng)目的BIM深化重點(diǎn)之一。

2.2 本項(xiàng)目中直線加速器室的重難點(diǎn)分析

醫(yī)用電子加速器是一種超高壓放療設(shè)備，它能產(chǎn)生醫(yī)學(xué)上較常用的X射線等高能電子束。相比于X射線機(jī)、放療機(jī)等醫(yī)療設(shè)備，具有能量高、半影區(qū)小、副作用小等優(yōu)點(diǎn)。近年來，由于我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，直線加速器室在醫(yī)院得到了廣泛的應(yīng)用。但該治療室有著很高的防輻射要求，頂板和墻體厚度有時(shí)需要超過1.5 m。通過對(duì)本項(xiàng)目中的直線加速器室進(jìn)行分析，得出其在施工過程中的重難點(diǎn)為以下幾點(diǎn)：

(1) 加速器室機(jī)電管線系統(tǒng)多，且醫(yī)療設(shè)施安裝要求較高，凈高控制嚴(yán)，綜合優(yōu)化管線排布難度較大。

(2) 加速器室支模架方案要求高，架體施工難度大，可能對(duì)混凝土澆筑的質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。

(3) 加速器室墻及樓板厚度大，對(duì)結(jié)構(gòu)施工及安裝預(yù)埋要求高，質(zhì)量控制難度大。

(4) 加速器室品質(zhì)要求高，對(duì)土建、機(jī)電、精裝等多專業(yè)間協(xié)調(diào)施工指導(dǎo)難度大。

3 BIM技術(shù)在直線加速器室的應(yīng)用

由于直線加速器室具有高放射性，主要用于腫瘤的治療，該部位墻板及樓板厚度均超過1 m，且加速器室的混凝土需一次澆筑到位，對(duì)鋼筋、混凝土以及安裝預(yù)埋施工質(zhì)量要求極高。為確保加速器室施工一次成優(yōu)，項(xiàng)目部在施工前期提前介入，利用BIM技術(shù)，在以下四個(gè)方面對(duì)加速器室進(jìn)行專項(xiàng)深化，利用BIM模型進(jìn)行施工預(yù)演，提前解決施工過程中可能出現(xiàn)的問題。

3.1 可視化協(xié)同，確定方案

傳統(tǒng)審圖通過CAD疊圖，或者是由有經(jīng)驗(yàn)的工程師審閱各專業(yè)施工圖，然后進(jìn)行綜合對(duì)比，提出圖紙問題，這樣對(duì)審圖人員的專業(yè)水平要求高，審圖效率低，并且很難在審圖過程中發(fā)現(xiàn)全部問題。

利用BIM技術(shù)，將CAD平面二維圖紙轉(zhuǎn)換為可視化三維模型形式，技術(shù)人員在建模過程中就可以進(jìn)行模型檢查，模型建完后通過模型整合，在虛擬的三維建筑模型中，更容易發(fā)現(xiàn)問題。

BIM模型創(chuàng)建完成后，將建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)模型導(dǎo)入可視化和仿真(Navisworks)模型，模型整合按層按專業(yè)導(dǎo)入，形成碰撞檢查綜合模型，進(jìn)行碰撞檢查分析，對(duì)模型化整為零，進(jìn)行專項(xiàng)檢查，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)碰撞問題并保存碰撞視點(diǎn)、生成碰撞檢查報(bào)告，及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)單位，并利用問題追蹤表，對(duì)問題狀態(tài)進(jìn)行追蹤及記錄，確保問題能夠閉環(huán)。

3.2 直線加速器室的模架深化

由于加速器存在較強(qiáng)的防輻射功能要求，其混凝土部分不允許出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫等。要達(dá)到合格的混凝土施工效果，模板的支護(hù)和其加固措施是施工過程中的重中之重。

因模架系統(tǒng)復(fù)雜、架管密集、搭設(shè)難度大，如果搭設(shè)過程疏于監(jiān)督管理，一旦搭設(shè)成型將無法進(jìn)行整改。因此在模架搭設(shè)前需要做方案預(yù)控，要求在筏板施工基礎(chǔ)上，應(yīng)按照支撐平面圖測出立桿位置的縱橫坐標(biāo)，并在坐標(biāo)交會(huì)處搭設(shè)立桿。然后搭設(shè)周圍立桿、掃地桿、水平桿及其他立桿，然后確定水平桿的步距。剪力撐在搭設(shè)前，需要考慮橫桿和立桿的連接，防止節(jié)點(diǎn)重疊沒法連接的現(xiàn)象出現(xiàn)。全部模板支撐在搭設(shè)完成后，應(yīng)在各方聯(lián)合驗(yàn)收合格之后，才能進(jìn)入后續(xù)的施工。

如何編制合理的高支模方案是本案例工程的一大難點(diǎn)，為驗(yàn)證并完善高支模系統(tǒng)方案，BIM團(tuán)隊(duì)在加速器深化設(shè)計(jì)模型基礎(chǔ)上，完成了直線加速器室施工措施模型(圖1)，將高支模方案在模型中進(jìn)行三維展示，并對(duì)架體的搭設(shè)過程及細(xì)節(jié)進(jìn)行可視化模擬，對(duì)方案不合理的部分進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。同時(shí)，根據(jù)調(diào)整后的BIM模型，輸出高支模深化圖紙，指導(dǎo)現(xiàn)場架體搭設(shè)。

圖1 直線加速器室模架模型

3.3 直線加速器室的鋼筋深化

鋼筋分項(xiàng)工程是土建工程的重要組成部分，傳統(tǒng)的鋼筋翻樣和加工工作量繁重且復(fù)雜，很容易造成鋼筋浪費(fèi)，而廣泛使用的構(gòu)件法，原本是為預(yù)算和造價(jià)開發(fā)使用的，用于鋼筋翻樣時(shí)，經(jīng)常與現(xiàn)場實(shí)際施工脫離，難以用來指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

本項(xiàng)目由于直線加速器室區(qū)域結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼筋直徑大、間距較小，施工難度較大，同時(shí)穿越加速器墻體的管線均需預(yù)留套管，其中風(fēng)管及橋架套管洞口尺寸較大，對(duì)洞口鋼筋補(bǔ)強(qiáng)要求較高。傳統(tǒng)的鋼筋翻樣無法完全顧及洞口處的補(bǔ)強(qiáng)措施，會(huì)造成現(xiàn)場大量的野蠻施工、返工等現(xiàn)象，對(duì)鋼筋的施工質(zhì)量埋下嚴(yán)重的隱患，同時(shí)會(huì)對(duì)現(xiàn)場施工進(jìn)度造成負(fù)面影響。

為提升現(xiàn)場鋼筋施工質(zhì)量及施工進(jìn)度，本項(xiàng)目BIM團(tuán)隊(duì)利用BIM模型進(jìn)行鋼筋翻樣。根據(jù)國家規(guī)范、建筑標(biāo)準(zhǔn)、系列圖集等，并在鋼筋技術(shù)人員的指導(dǎo)下，在結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，利用相關(guān)鋼筋BIM翻模軟件，集中精力快速創(chuàng)建完成直線加速器區(qū)域的初步鋼筋模型。在初步鋼筋模型的基礎(chǔ)上，對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的鋼筋排布，組織分包隊(duì)伍與監(jiān)理、設(shè)計(jì)等多次會(huì)議協(xié)商討論，尋找合理優(yōu)化方案對(duì)鋼筋進(jìn)行深化，并指導(dǎo)鋼筋下料，對(duì)復(fù)雜區(qū)域及套管洞口等區(qū)域進(jìn)行節(jié)點(diǎn)鋼筋深化(圖2)，輸出可視化成果對(duì)施工班組進(jìn)行技術(shù)交底。

圖2 鋼筋深化模型

3.4 BIM應(yīng)用結(jié)果分析

本項(xiàng)目BIM模型創(chuàng)建完成后，形成問題追蹤表(表1)，并累計(jì)提出問題40條(表2)。通過與設(shè)計(jì)溝通，所提出的問題均在施工前得以解決，避免了可能對(duì)現(xiàn)場進(jìn)度造成的影響。

表1 問題追蹤表

表2 圖紙問題統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié) 論

(1) 通過對(duì)直線加速器室的模架系統(tǒng)進(jìn)行模擬及深化，驗(yàn)證并完善了模架方案，解決了現(xiàn)場施工難題。

(2) 通過對(duì)鋼筋進(jìn)行BIM翻樣及深化，有效地降低了鋼筋的浪費(fèi)及損耗，同時(shí)輸出大量三維可視化成果，直觀地對(duì)現(xiàn)場人員進(jìn)行施工指導(dǎo)，加快了現(xiàn)場施工進(jìn)度，同時(shí)提高了施工質(zhì)量。

(3) 通過對(duì)加速器區(qū)域的機(jī)電模型深化，提前對(duì)機(jī)電管線空間進(jìn)行優(yōu)化，并綜合考慮現(xiàn)場施工便利性等因素，避免了管線之間的碰撞。

通過使用BIM技術(shù)，使直線加速器室在施工過程中提前規(guī)避了圖紙錯(cuò)漏碰缺可能導(dǎo)致的現(xiàn)場停工、返工等問題，降低了項(xiàng)目成本并節(jié)約了工期。

5 結(jié)束語

在建筑施工時(shí)，成本作為首要問題之一，理想狀況是在盡可能減少成本的前提下保證施工質(zhì)量，成本的管理也是建筑工程管理中的重點(diǎn)工作。BIM技術(shù)在控制成本方面的應(yīng)用，主要是通過對(duì)圖紙的深化，以及利用可視化成果進(jìn)行施工指導(dǎo)，規(guī)避大量可能出現(xiàn)的停工、返工等問題，同時(shí)加快現(xiàn)場施工進(jìn)度，減少固定成本的投入。

本文重點(diǎn)分析了案例項(xiàng)目直線加速器室的管線設(shè)計(jì)中的BIM應(yīng)用情況，從中可以看出BIM技術(shù)對(duì)建設(shè)工程項(xiàng)目施工過程管理的重要作用。隨著我國BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，并開始從建筑行業(yè)向自動(dòng)化、科技化的方向前進(jìn)，進(jìn)而為建筑工程參與各方提供安全、質(zhì)量、進(jìn)度及成本控制等各方面的有力支撐?？茖W(xué)合理地使用BIM技術(shù)，在更好地滿足建筑市場的新要求的同時(shí)，能夠給建筑行業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，提升建筑行業(yè)的創(chuàng)新性，利于建筑行業(yè)的穩(wěn)定及可持續(xù)性發(fā)展。