BIM技術(shù)在復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

1、BIM技術(shù)在復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用作為中國建筑股份有限公司的骨干成員企業(yè)集團(tuán)，中國建筑第七工程局有限公司（以下簡稱 中建七局”）歷來重視科技工作，以支撐發(fā)展、引領(lǐng)未來”為中心，通過科技研發(fā)和科技服務(wù) ”兩大體系，實(shí)現(xiàn)綠色七局、智能七局和建筑工業(yè)化。近年來，隨著BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用的不斷深入，中建七局也將BIM工作納入科技工作范疇，并在一些重大工程中得以成功應(yīng)用。BIM工作推行前，必須要明確一點(diǎn)，即信息化建設(shè)是 BIM+項(xiàng)目管理的密切結(jié)合，BIM只有與項(xiàng)目管理結(jié)合才能更好的服務(wù)于項(xiàng)目，服務(wù)于企業(yè)的整體運(yùn)行。為此，中 建七局將BIM目標(biāo)定位于實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目全生命周期信息化的精細(xì)管控，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)

2、，BIM團(tuán)隊(duì)建設(shè)、制度建設(shè)和軟硬件建設(shè)成為BIM實(shí)施的重點(diǎn)。針對BIM實(shí)施的重點(diǎn)任務(wù)，中建七局強(qiáng)化了 BIM技術(shù)對企業(yè)發(fā)展重要性的認(rèn)識(shí)；明確目標(biāo)，促進(jìn) BIM技術(shù)服務(wù)生產(chǎn)經(jīng)營，通過服務(wù)工程應(yīng)用、服務(wù)科研項(xiàng)目，加快BIM技術(shù)研究與推廣，并進(jìn)行人才培養(yǎng)；通過以學(xué)促產(chǎn)、以產(chǎn)帶學(xué)、產(chǎn)學(xué)聯(lián)動(dòng)的培養(yǎng) 模式，推進(jìn)BIM試點(diǎn)先行、樣板引路、以點(diǎn)帶面展開，并在中建海峽、華東公司及四 公司進(jìn)行BIM培訓(xùn)；強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)建設(shè)，分層次、分專業(yè)組建BIM團(tuán)隊(duì)，組建了局 BIM工作站，其職能定位為BIM技術(shù)研發(fā)、技術(shù)服務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)化工作，四大業(yè)務(wù)板塊為建筑、 結(jié)構(gòu)、橋梁、暖通，要形成三大職能綜合業(yè)務(wù)能力，即三維建模、施工模擬、管線

3、碰 撞檢查。在軟硬件建設(shè)方面，購置了服務(wù)器、圖形工作站，集中采購了相應(yīng)的軟件產(chǎn) 品。經(jīng)過對BIM的深入研究及推行，BIM技術(shù)在中建七局逐漸進(jìn)入應(yīng)用階段，在福州 奧體中心、周口廣播電視塔項(xiàng)目中均得到了成功應(yīng)用。BIM技術(shù)在福州奧體中心的應(yīng)用福州海峽奧林匹克體育中心是第八屆全國城市運(yùn)動(dòng)會(huì)的主賽場，一場三館主體育場、游泳館、綜合體育館、網(wǎng)球館），為特級(jí)大型體育場館，總投資約30億元，是福建省規(guī)模最大的體育中心（見圖1 ）。奧體中心夜景效果圖1該項(xiàng)目有三大突出難點(diǎn)，一是無”一-鋼罩棚網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 無主次”桿件之分，是目前國內(nèi)唯一且獨(dú)特的罩棚鋼結(jié)構(gòu)；二是彎”一一架結(jié)構(gòu)的彎扭，單片及單管的彎扭為結(jié)構(gòu) 第一彎”

4、，每個(gè)吊裝單元網(wǎng)架安裝時(shí)均呈現(xiàn)附加彎矩，為第二彎”；三是 多”一一鑄鋼節(jié)點(diǎn)多、相貫線多、網(wǎng)格單元多、整體卸載點(diǎn)多、使用設(shè)備多、節(jié)點(diǎn)支腿多。針 對工程特點(diǎn)和難點(diǎn)分布，BIM技術(shù)在仿真施工模擬、模型漫游、碰撞檢查、構(gòu)件信息查詢、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)優(yōu)化、技術(shù)交底等方面得到充分應(yīng)用。仿真施工模擬。福州奧體中心工程工期緊，交叉施工優(yōu)化難，臨時(shí)管網(wǎng)布置難，塔吊選點(diǎn)難,通過建立BIM模型進(jìn)行4D仿真施工模擬，可以更準(zhǔn)確有序地安排施工進(jìn)度計(jì)劃，有效控制各作業(yè)區(qū)的工序搭接（見圖 2，3）。4D模擬施工圖2r -虛擬施工圖3模型漫游。在傳統(tǒng)施工中是無法展示視點(diǎn)效果的，也不能直觀評(píng)估設(shè)備布局，無法感受建筑布置，評(píng)估標(biāo)示牌效果

5、難， 通過模型漫游，這些問題都迎難而解。在視點(diǎn)效果展示方面，如圖4所示，該處為貴賓室，傳統(tǒng)方法無法模擬房間視野范圍及視點(diǎn)處可視度，通過模型漫游可直觀且全面地評(píng)估任意位置景觀可視度，從而為項(xiàng)目的整體評(píng)估提供全面、科學(xué)的依據(jù)。在直觀評(píng)估設(shè)備布局環(huán)節(jié)，如圖5所示，該處為設(shè)備間，傳統(tǒng)方法無法模擬設(shè)備空間布局，通過模型漫游可直觀較全面地評(píng)估機(jī)房設(shè)備空間布局。在建筑布置環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)方式無法進(jìn)行空間布局體驗(yàn)感受，而模型漫游則可以對公共設(shè)施進(jìn)行漫游，帶給用戶很強(qiáng)的體驗(yàn)。對標(biāo)示、廣告位置進(jìn)行漫游體驗(yàn)，能提高交付的準(zhǔn)確性。貴賓室視點(diǎn)效果展示圖4設(shè)備間設(shè)備布局展示圖5碰撞檢查。傳統(tǒng)施工中的碰撞問題，只能通過各專業(yè)協(xié)調(diào)

6、依次進(jìn)行，人工參與程度高，需多次反復(fù)協(xié)調(diào)，對人員的專業(yè)技能要求也高。而基于BIM模型的碰撞檢查，可以分組、分專業(yè)構(gòu)建建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等 BIM模型，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)模型整合，生成碰撞沖突檢測報(bào)告， 根據(jù)結(jié)果修改模型等?；?BIM 技術(shù)的設(shè)備管線協(xié)調(diào)方案，可以有效提高不同專業(yè)間的協(xié)作水平，減少設(shè) 計(jì)過程中的失誤。 與傳統(tǒng)方法相比提高了工作效率， 但在檢查碰撞時(shí)計(jì)算機(jī)有時(shí)會(huì)把設(shè)備之 間的連接誤判為碰撞，由于計(jì)算機(jī)本身還無法判斷碰撞真假，還需要人為對報(bào)告進(jìn)行審核， 進(jìn)而得出修改意見。 解決此問題需要進(jìn)一步研究如何細(xì)化建筑中的碰撞類型， 增加碰撞的判 斷條件，提高計(jì)算機(jī)處理問題的智能水平。構(gòu)件信息查詢。福

7、州奧體中心工程信息分散，共享性差，二維圖紙信息讀取難，信息 更新周期慢。通過模型 +信息的方式，把項(xiàng)目相關(guān)信息融入模型中，通過navisworks 轉(zhuǎn)存為 dwf 、dwg 等施工現(xiàn)場通用格式， 加強(qiáng)信息集中度， 便于現(xiàn)場隨時(shí)、 隨地高效的調(diào)用信息， 為現(xiàn)場施工指導(dǎo)、 編制材料進(jìn)度計(jì)劃、 工程算量以及后期運(yùn)營維護(hù)提供支持， 最大程度支撐 了項(xiàng)目生產(chǎn)經(jīng)營。復(fù)雜節(jié)點(diǎn)優(yōu)化。福州奧體中心工程中有大量柱截面為圓形的“Y”柱，鋼筋密集振搗難，且斜柱插筋空間不足。通過建立模型+虛擬施工的方法，找到三種解決方案：一是將柱截面改為矩形； 二是增大部分鋼筋型號(hào)， 將普通混凝土改為自密實(shí)混凝土； 三是優(yōu)化鋼筋布 置

8、位置。 組織現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)豐富的工人和技術(shù)人員對三種方案進(jìn)行分析，最后在方案一、 二的基礎(chǔ)上實(shí)行方案三。針對方案三進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，最終形成圖 6 所示設(shè)計(jì)方案。方案三的深化設(shè)計(jì)圖6技術(shù)交底。技術(shù)交底既是對圖紙的審核和檢查，又是學(xué)習(xí)和熟悉操作規(guī)程的過程，但由于語言描述抽象、溝通機(jī)制以及雙方理解能力的差異，技術(shù)交底也存在難點(diǎn)。模型+虛擬施工的方式，通過三維可視化模型，可實(shí)現(xiàn)交流、建筑信息的無損傳遞；視頻交底能有效控制信息衰減。工程量統(tǒng)計(jì)。BIM的應(yīng)用便于信息集成，可高效、快捷提取，實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)性模型修改工 程量變動(dòng)。BIM技術(shù)在周口廣播電視塔的應(yīng)用周口廣播電視多功能發(fā)射塔占地 54.6畝，建筑面積8416平方

9、米，建筑高度 286.57 米，是國內(nèi)首座采用雙曲拋物面造型的全鋼全螺栓連接的空間桁架結(jié)構(gòu)電視塔（見圖7），建成后為河南省省轄市廣播電視發(fā)射塔第一高，僅次于河南省廣播電視發(fā)射塔。該塔塔臺(tái)為方形，塔樓為圓形，符合中國傳統(tǒng)的天圓地方”學(xué)說，體現(xiàn)道家天人合一思想。周口廣播電視塔圖7在確定該工程采用 BIM技術(shù)之后，成立了由中建七局工作站、分公司BIM工作室、項(xiàng)目BIM小組組成的BIM應(yīng)用團(tuán)隊(duì)，著手進(jìn)行建模范圍、建模標(biāo)準(zhǔn)、文件管理工作，隨后 土建專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)、暖通專業(yè)、給排水專業(yè)、電氣專業(yè)根據(jù)標(biāo)高劃分區(qū)域，進(jìn)行模型整合 優(yōu)化、碰撞檢查和仿真施工模擬。鋼結(jié)構(gòu)制作。外塔立柱、法蘭盤連接及復(fù)雜節(jié)點(diǎn)均采用了

10、三維模型。該工程外塔立柱造型獨(dú)特，整體呈 蠻腰”狀，柱肢由下至上雙向彎曲，多角度、多截面，保證彎曲弧度的準(zhǔn)確率是 制作過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。利用Tekla Structures軟件進(jìn)行三維建模，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)，在塔體建模過程中進(jìn)一步確定各構(gòu)件的尺寸及彎曲弧度等，并利用軟件功能對準(zhǔn)確率進(jìn)行了驗(yàn)證。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用法蘭盤制作連接（見圖8），法蘭盤的精度直接影響現(xiàn)場安裝的質(zhì)量、進(jìn)度和整體工程的質(zhì)量，利用Tekla Structures 軟件進(jìn)行三維建模，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)，利用軟件功能直接生成鋼構(gòu)件的零部件圖及組裝圖紙、平面定位及立面安裝等安裝圖紙，以指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)制作及現(xiàn)場安裝。 結(jié)構(gòu)造型決定

11、構(gòu)件連接的復(fù)雜性， 結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)復(fù)雜, 應(yīng)力集中，建模時(shí)確定構(gòu)件尺寸，發(fā)現(xiàn)并解決構(gòu)件間相碰、打架、安裝死角、尺寸錯(cuò)誤等問 題。該軟件允許多個(gè)用戶對同一模型同時(shí)完成細(xì)部設(shè)計(jì)、零構(gòu)件圖紙的產(chǎn)生及編輯等操作，解決構(gòu)件采用多角度、多空間的相互連接形式和構(gòu)造的復(fù)雜性。法蘭盤連接的三維模型圖8空間測量定位。組合件巨大，構(gòu)件超高空、懸空安裝就位、連接，組合及安裝難度大；所有構(gòu)件連接采用法蘭連接，現(xiàn)場安裝精度要求高。按照Tekla Structures模型中的構(gòu)件中心及測量控制線方向外緣的空間定位坐標(biāo)，作為結(jié)構(gòu)安裝構(gòu)件定位測量的依據(jù)（見圖9）。在構(gòu)件安裝過程中，利用全站儀進(jìn)行測量控制及調(diào)整，使構(gòu)件安裝符合設(shè)計(jì)、規(guī)

12、范及 定位要求?？臻g測量定位的三維模型圖9在塔樓外裝飾、結(jié)構(gòu)變形影響因素分析中分別應(yīng)用了仿真施工模擬、仿真分析影響 因素，同時(shí)成功應(yīng)用了基于 BIM模型的碰撞檢查、工程量計(jì)算等。BIM 技術(shù)在該工程的應(yīng)用， 解決了鋼結(jié)構(gòu)加工制作的深化、 專業(yè)之間碰撞檢查及管線 綜合設(shè)計(jì)、 施工方案模擬驗(yàn)證、 復(fù)雜節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算演示等多項(xiàng)問題，提高了工程質(zhì)量和效率，降 低了成本，減少浪費(fèi)，產(chǎn)生間接經(jīng)濟(jì)效益 35 萬元。通過此次實(shí)踐，創(chuàng)建了中建七局項(xiàng)目應(yīng) 用 BIM 技術(shù)的工作流程與各專業(yè)協(xié)作模式， 探索出一套符合公司項(xiàng)目的 BIM 模型建模規(guī)則、 建模模式。對于項(xiàng)目中 BIM 應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、需要分析的內(nèi)容及數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入探索，確 定了目前技術(shù)條件下基于 BIM 技術(shù)項(xiàng)目實(shí)施的方法和步驟。同時(shí)公司 BIM 團(tuán)隊(duì)得到了實(shí)踐 和鍛煉，提升了目前主流 BIM 工具和分析工具的應(yīng)用水平，為后續(xù)類似項(xiàng)目的應(yīng)用打下了 基礎(chǔ)。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一些問題，需要更進(jìn)一步明確專業(yè)間協(xié)作的流程、細(xì)化團(tuán)隊(duì)成員職責(zé)、 深化項(xiàng)目各階段的 BIM 模型深度及需要達(dá)成的目標(biāo)；目前使用的 BIM 軟件在項(xiàng)目實(shí)踐中還 不能完全滿足項(xiàng)目需求， 尤其是細(xì)節(jié)方面功能不夠完善， 在期待工具成熟的同時(shí)， 也需要我 們進(jìn)一步探索。BIM 技術(shù)作為建筑信息化建設(shè)的重要措