Crusell大橋-BIM在施工階段的應用下

Crusell大橋——BIM在施工階段的應用（下）在施工階段使用BIM本節(jié)將會說明及討論各種在施工階段使用BIM做管理和組織的方法，兩者都是直接作為精益施工方法的信息資源和支持技術。Crusell大橋不是一個很龐大的項目，但它的設計很有趣，可以讓BIM在一些工程目的上有所發(fā)揮。平心而論，模型在施工各層面的鞭策上是無所不在的。所有的橋梁結構都有建模，就連每一根鋼筋和所有的臨時支撐結構和混凝土模板都有建模。Skanska在工地現場的辦公室內于服務器上維護模型，并委托土木工程師擔任「承包商信息人員」的工作，要負責提供信息給所有的項目參與者和維護并更新承包商的模型。為什么Skanska不在現場作模型的維護？因為在工程開始之際，設計尚未完成，所以項目不能作全盤的規(guī)劃。工地團隊一開始有所遲疑，并不了解模型對他們有什么好處，或者他們該如何使用模型。但每個物件都已建模，且承包商的模型有不斷地和設計師的模型的發(fā)展同步。承包商的模型對于工地團隊而言變成所有信息的首要資源：用于尺寸、將如何建造不同零件做視覺化、程序、材料交付報告等。信息人員一直忙于提供所有模型需要的信息。雖然橋梁最終制成的初始模型是由設計師所編輯，Skanska也會添加和編輯該模型以反映施工過程。模型在任務、工作順序和瀏覽工作上被大量使用。所有的臨時結構——支撐塔、臨時樁、模板和設備都有建模。木工會在準備混凝土模板之前看下模型來了解復雜的幾何形狀，如有雙曲線條的多邊形。有趣的是，因為當時TeklaStructures軟件版本上的限制，復雜的雙曲線幾何形狀不能直接在軟件中生成。為了克服這樣困難，這些表面的形狀會在3DsMax中被生成，然后再使用DWG檔匯入TeklaStructures作為幾何參照。這個問題在TeklaStructures的新版本中得到解決，此為該公司參與項目團隊的直接成果。Tekla視Crusell大橋項目為試驗軟件施工管理功能的項目。下面將詳述不同的使用模型進行施工管理的方法，特別強調工地現場日常營運的使用。可視化將建筑模型視為可視化工具是模型最常見的用途，且它的效益是最明確的。項目的3D模型幫助不同的參與者更了解概念和設計細節(jié)，形成一幅共同的愿景，且比傳統圖面更快更有效率深入了解項目。模型對于所有的工地工作人員都是開放讀取的，他們可以做延伸的使用，時時到辦公室看模型來查看模板定位、錨纜和鋼筋位置更精細的細節(jié)。如圖七，錨纜相當沉重，而且它們要在澆鑄前做為支撐。大量的鋼筋被置放在每個錨纜的旁邊。如何以準備混凝土澆鑄的形式規(guī)劃支撐錨纜在3D視圖中就簡單得多，它可在多個方向和節(jié)面上操縱。

圖七截面圖顯示鋼筋和另一個澆鑄的的硬件間關系的詳圖，如大型錨纜構件

設計和規(guī)劃臨時結構及碰撞檢查在一開始，提供給工地人員許多模板的圖，但不包含延伸的模板支撐塔和其他臨時結構，如通道鷹架。結果，工地團隊決定要把所有遺漏掉的臨時結構，包含模板支撐架和現場塔式起重機的軌道模型都直接建在現場維護的設計建筑模型里。這樣讓結構更容易被解讀，并判別出許多沖突（碰撞），能得到精確數量、整合這些工作到施工進度里以及在4D規(guī)劃期間可視化它們的順序。不只在設計階段的結尾完成鋼構和混凝土零件之間的碰撞檢查，在施工階段也能和整合額外的系統和臨時結構模板進行碰撞檢查?？梢虼吮苊庠S多可能會在施工期間發(fā)生的橋梁結構上的碰撞。這項BIM功能節(jié)省了大量的金錢和防范了許多問題。例如模板供應商PERI，使用它們自家的CAD系統為碼頭進了復雜的設計。橋梁的幾何形狀首先用IFC交換格式，從Tekla轉到PERICAD，并判定橋的錨纜和拉桿之間在錨點的兩端的模板有沖突。模型設計則為了解決這一問題而被變更（見圖八）。

圖八錨纜和模板拉桿之間的碰撞和其解決方法施工規(guī)劃與4D建筑模型首先被用在總體規(guī)劃會議期間，然后同樣在逆向進度會議中被使用，該模型為LastPlannerSystem?的一部分。VicoControl?軟件被應用在工地施工進度安排，在總體規(guī)劃會議上只使用了視覺化模塊?？傮w規(guī)劃進度之后會匯入到TeklaStructuresv.15里施工模型的「任務管理者(taskmanager)」視窗，在那里進度會被細化。橋面施工被分為至少兩個也可能是三個獨立的工作區(qū)域，這樣工作便能同時并行，由不同的參與者執(zhí)行。模型被用來執(zhí)行這樣高度細分的工作區(qū)域規(guī)劃作業(yè)，包含工作順序、數量含其他空間信息。模型中的物件會分配到施工活動并被色彩標記。圖九為某段橋面在特定日期的圖，用紅色和藍色分為兩個工作區(qū)塊。

圖九分開的工作區(qū)段|原圖為紅色及藍色（在本圖中以不同深度的灰色表示）4D動畫進度會在單日的決議后完成。如此團隊便能生成項目每日的可視化圖片，以用來評估逆向進度會議期間用LastPlannerSyStem?(LPS)作的決定對于空間利用是否實際。動畫也讓每個人了解他們協議要執(zhí)行的作業(yè)模型讓團隊能發(fā)展比其他方式更細且更精確的工作計劃，它提供正確的空間信息和給予更精確的所需材料數量。模型提供了簡單而快速的方式從TeklaStructures模型中提取精確材料數量計算，可以幫助減少多余的材料緩沖區(qū)和確保只從供應商訂購需要的材料。然而，由于在TeklaStructures模型里是用手動關聯物件到活動上，一開始的設定是相當耗時的。在碼頭中央的樁被點出有嚴重工程問題后，在新的混凝土樁已澆置到海床來取代有缺陷的樁的同時，施工作業(yè)已比預定進度晚了兩個月。結果，項目團隊決定反轉整個墻面施工的順序，空出可重建碼頭中央柱的時間，他們不一一接續(xù)完成而是直接在程序作業(yè)上跳過碼頭中央，從兩端開始向碼頭中央開展作業(yè)。但4DCAD模型并沒有更新，因為比起從程序可視化中獲得的利益來說，重新定義任務細節(jié)之間的時間邏輯關系，還有用模型內的實體物件定義的新任務關系被認為是太耗成本的。進度本身的不確定性，則被認為是另外一個不花時間在更新4D模型上的理由。從中學到經驗是4D軟件的施工進度層面必須要夠成熟，可允許定義高層次類型任務間的關系的邏輯，讓施工程序花最小的心力變更，靠改變控制進度的條件而非靠中斷和重新連接詳細任務的邏輯關系來運作。這樣詳細任務就不需要重新定義和重新與實體模型物件作關聯。在當時，TeklaStructures并沒有辦法支持這樣復雜的任務安排。制造和安裝鋼構構件橋梁模型分享給鋼構廠Ruukki，Ruukki供應項目鋼材零件和構件。Ruukki在模型中檢視和編輯因應制造限制所需修改的元件，并傳送更新到模型中給WSP的結構設計師，并傳給Skanska進行核準。WSP會在他自己的模型中編輯鋼構元件，整合Ruukki的意見，并為所有的參與者更新服務器模型。除了使用模型變更設計信息，他們也從兩個方向用模型變更生產順序信息。因為Ruukki有跟Skanska一樣的模型，并定期執(zhí)行同步化作業(yè)，Ruukki使用來自模型的施工進度數據來決定他們的制造和交付進度。然后他們會更新他們自己模型內的制造、檢查和交付日期。在Ruukki模型和他們公司的資源規(guī)劃軟件間內部數據轉換是人工作業(yè)，但他們相信未來可以進化為簡單的自動化作業(yè)。因為施工進度會在每次的進度會議后更新，并在模型中可以讀取這些數據，材料的采購就變得更精確，邏輯能夠組織得更好，最后的交付和在現場組裝的構件也可以經由細化的模型信息被「拉動」。鋼構在現場的組立是由Ruukki聘僱的分包商Siltera所負責。他們不常使用模型，但他們有時會參考模型以獲得有關他們作業(yè)的生產詳細資料和流程信息，特別是圖面不清楚或有出現問題的時候。鋼筋細化、制造和安裝橋梁鋼筋的建模比想象中的還要困難許多。這種斜張拉橋有高密度的鋼筋和復雜的橋面與橋墩形狀，讓建模比一般較單純的結構更加困難與費時。在最普通的鋼筋混凝土結構里，像柱、梁和基礎等建筑元件都有充分的形狀標準，而可以用參數化物件的鋼筋詳圖和配筋圖則加速建模的速度；橋梁元件因為其曲率而有獨特的幾何結構，常常需要自訂化的建模。然而，盡管建模作業(yè)是由WSP所進行，但所有的參與者都因此受惠。WSP被要求在任何情況下都要生產鋼筋詳圖，因為這是客戶所施加的一個合約義務（為了存檔的目的和為了在現場使用鋼筋安裝器），而且圖面要直接從模型中生產。在鋼筋和其他結構間有許多空間沖突都因及早使用碰撞檢查而被避免，另外模型信息還被應用在鋼筋的彎曲與切割機上。TeklaStructures用ASCII、EXCEL和其他資料格式提供鋼筋材料的數量計算。對于Crusell橋梁項目，ASCII報表資料被格式化成可以直接和自動匯入到供應商的鋼筋制造軟件中，內含有所有的彎曲和切割信息（見圖十）。這套軟件在工廠生產時驅動NC機器。格式化是和CELSASteelServices(鋼筋制造廠）、Skanska和來自Tekla的技術支持下合力完成的，自然而然地移除了許多人工作業(yè)和潛在錯誤。

圖十來自制造商自家的鋼筋制造軟件快照，圖為直接由Tekla的橋梁模型報告提取后匯入的鋼筋數據然而，Skanska在整合上不能達到和CELSA—樣的水平，CELSA已經和有能力自己操作BIM軟件的鋼構供應商整合過了。ASCII是專門流通鋼筋形狀和數量的交換檔案格式，且不能帶入所有模型同步化提供的信息范圍，有些信息仍然要用手動交換。因此，像綁大量鋼筋以供交付和安裝這樣的任務會被從外部安排到模型里。鋼筋的作業(yè)流程如下：?WSP上傳設計變更到Skanska的模型(WSP負責細化所有的鋼筋，這部分變成程序中的瓶頸，細化鋼筋信息持續(xù)了很長的一段時間）。?Skanska根據施工進度選擇模型內物件鋼筋（要在模型內編制和維護）。?Skanska輸出修正后的鋼筋報表給CELSA(以ASCII報表為準）。?CELSA把數據匯入到他們的「ReinforcementList3.1」軟件內，之后鋼筋將被制造生產并交付。?Skanska的項目信息人員打印來自Tekla的鋼筋籠模型「快照」。工頭會讓工人照著這張圖來組裝。鋼筋由Funnly在現場進行組裝，Funnly是專業(yè)的綁鋼筋公司。Funnly的員工在工地只使用紙本圖面。工地現場在施工期間大部分都是處于極端的濕冷氣候之下，因此無法使用筆記本或是其他電子設備來提供模型視圖，而Funnly也沒有人會操作建模軟件。但是因為某些原因，WSP從模型中生產的2D圖紙對鋼筋的安裝工人而言常常是不足的。而如上所述，橋梁的鋼筋是很密集且復雜的，由TeklaStructuresvl3的標準程序生產的圖紙不是太過于詳細就是資料不足。這造成了項目參與者間的摩擦。他們從中學到了一些專業(yè)技術并將其結論轉達給Tekla，讓Tekla可在未來的版本改善他們自動生產鋼筋圖面的程序。因為部分的困難是來自于圖紙的不足，因此鋼筋的安裝工人為了得到預想成果完整的圖片和鋼筋籠的綁法，有時候被迫要去參考模型，因為模型會顯示所有的鋼筋和螺栓。承包商的信息人員提供Funnly最基本的BIM訓練，不過他們依然要靠她來導覽模型以及打印必要的熒幕快照。雷射掃描總承包商Skanska僱用了一位現場檢查員，他的任務主要是控制工作質量和協助各類承包商定位自己的工作內容。Skanska—開始是向經銷商借用設備，而當他們得到經驗并有自信能和BIM結合使用后，他們便購買了Trimble?VX?SpatialStation讓工地現場使用。這臺機器可以拾取坐標、照相并將它們合并（見圖十一），它是二合一的機器：視距儀和照相機。這讓檢查員工作更加輕松，因為他可以獨自一人完成調查，如果是用以前傳統的視距儀則需要兩個人作業(yè)。圖十一照片和掃描的點云放在一起展示以取得的點云和圖片會上傳到TrimbleRealWork軟件，在軟件中可以和從建模軟件TeklaStructures轉換出來的設計位置坐標進行比較。這樣能做結構構件、模板和嵌入混凝土中的硬件位置的實時品管。舉例而言，當放置一座大型的橋梁錨纜時，被發(fā)現實際位置和模型位置間差了1公尺，那么就能修正位置并在澆置前再度確認。檢查員出席所有的規(guī)劃會議，包含每周一次的LastPlanner工作會議，在會議中他幫助決定所有完成候選任務必要的技術信息，或是有任何在工作開始前待解決限制。BIM對LastPlannerSystem?的支持Finland的SkanskaCivil，在Crusell大橋項目之前，他們已經在其他項目上使用過3年的LastPlannerSystem?(LPS)，他們還有自己的專家可以訓練工地人員如何操作軟件。LPS可以被當作是用來發(fā)布任務限制上什么應該做以及什么可以做的轉化機制，因此可以形成一張來自WeeklyWorkPlans的準備工作清單。在這方面有兩個重點：可靠的短期規(guī)劃和建立并發(fā)展工地的社群系統（建立團隊、既定事項網絡、承諾、互信和互重）。Crusell大橋項目中，他們依循LPS的傳統規(guī)劃階段，但其中有些例外。主要供應商和專門業(yè)務承包商都參與了逆向進度會議’以安排未來3?5個月的工作規(guī)劃。這些會議產生了必須要執(zhí)行的任務網絡，并使之成為既定的網絡。在逆向進度會議期間，他們使用模型來可視化任務的組成和如何達成任務。之后，工地管理者將逆向進度會的結果轉檔到ArtemisPlaNet軟件里（類似于MSProject的當地規(guī)劃軟件）以澄清和再度確認所有人都了解他們的工作任務。規(guī)劃的下一層次則是超前的進度安排。他們篩選每個工作的限制并盡可能地排除限制后，安排了3周的工作。超前的進度會納入被轉換到每周工作計劃內的任務，由Skanska的工地人員和分包商協調后進行編排?！肝鍌€為什么」技術被用來辨別每個任務的源頭是否只能用LPS來完成。團隊只在一定的時期內衡量PercentPlanComplete(PPC)。平均值為84%，但分布范圍很廣，標準差是11%。設計師并不參與由承包商在工地現場舉辦的LPS會議，而使得鋼筋的細化變成程序中的一個瓶頸。項目管理人認為應該可以配合不同的規(guī)劃階段，如空間利用，再更深入地使用4D規(guī)劃，以確認工作單位間的沖突或接口。項目管理人事后給予的建議是，若設計師參與進度會議則能有相當大的助益，因為詳圖的編排順序變成了一道瓶頸作業(yè)，如果設計師有參與的話便可以由LPS來拉動這項工作。工地人員承認關于LPS方面還有很多需要學習的地方。使用這個方法讓他們能更了解時間、彈性和阻礙工作的問題。當分包商錯過規(guī)劃會議時，很明顯地往往會在現場發(fā)生生產問題。附帶的問題是分包商在工作任務的完成上給予不可靠的數據，在不可能實現的交付作業(yè)時間上做出承諾，這剛好就是LPS設計來避免的行為型式。

6、摘要、結論和經驗學習建模作為一種以虛擬環(huán)境呈現現實的方式，提供各類利益給參與Crusell大橋項目的參與者。根據所有的項目參與者，在施工管理上深入使用BIM可讓管理和組織更良好，且省時又省錢。本案清楚說明了BIM如何應用在橋梁案件上。團隊對于使用BIM和新管理途徑(LP