bim技術(shù)在復(fù)雜施工環(huán)境中的應(yīng)用

bim技術(shù)在復(fù)雜施工環(huán)境中的應(yīng)用

該組件包含各種項(xiàng)目建設(shè)數(shù)據(jù)，可為土木工程設(shè)計(jì)、施工、后續(xù)運(yùn)營和維護(hù)階段提供全面、詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持，包括沖突檢測(cè)、進(jìn)度控制、工藝模擬和質(zhì)量控制等。本文基于BIM在上海市哥白尼路新建川楊河橋復(fù)雜施工環(huán)境中的應(yīng)用，探索總結(jié)BIM技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)及在工程管理中的應(yīng)用價(jià)值。1項(xiàng)目介紹1.1哥白尼路川楊河橋造型設(shè)計(jì)上海市哥白尼路川楊河橋是張江地區(qū)備受關(guān)注的在建市政工程。主橋采用組合結(jié)構(gòu)體系，跨徑組合為（42+80+42)m，鋼拱肋與橋面協(xié)同工作，主橋一跨過河，橋?qū)?0m，雙向4車道。由圖1可見哥白尼路川楊河橋的主、副拱造型借鑒DNA螺旋，主拱拱肋計(jì)算跨徑80m，矢高15m；副拱肋計(jì)算跨徑117m，矢高12.07m。由圖2可見，哥白尼路川楊河橋的拱軸為空間曲線。其獨(dú)具匠心的優(yōu)美造型為整座橋梁增添藝術(shù)感的同時(shí)，也給工程設(shè)計(jì)、構(gòu)件加工和吊裝等環(huán)節(jié)帶來諸多困難。在項(xiàng)目實(shí)施階段引入BIM作為新型創(chuàng)新的技術(shù)手段，為設(shè)計(jì)、施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供技術(shù)支撐，是本項(xiàng)目一大亮點(diǎn)。1.2bim技術(shù)配合1）目標(biāo)。本項(xiàng)目結(jié)合哥白尼路川楊河橋梁工程，開展對(duì)BIM應(yīng)用于橋梁鋼結(jié)構(gòu)工程的實(shí)踐與探索，力求完整表達(dá)設(shè)計(jì)意圖（見圖3）；通過可視化手段促進(jìn)各方協(xié)同與配合；在復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工中提供技術(shù)支撐；真實(shí)反映施工過程、施工進(jìn)度，提升項(xiàng)目管理的技術(shù)水平。作為張江地區(qū)示范工程，為今后類似工程建立較為完整的操作程序，為BIM技術(shù)的發(fā)展與優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。2）組織模式。本項(xiàng)目BIM團(tuán)隊(duì)由業(yè)主方總體把控，代建方監(jiān)督，施工方與監(jiān)理方配合設(shè)計(jì)院具體實(shí)施。3）軟硬件。采用多款軟件配合，諸如AutoCAD、Revit、CATIA、Inventor、Navisworks等。橫跨BIM、GIS、PLM等多領(lǐng)域。2使用生物應(yīng)用2.1工程復(fù)雜性及應(yīng)用根據(jù)本工程復(fù)雜工程特點(diǎn)，結(jié)合BIM技術(shù)，針對(duì)工程復(fù)雜性梳理應(yīng)用點(diǎn)及運(yùn)用內(nèi)容。表1中羅列的應(yīng)用點(diǎn)為BIM技術(shù)主要應(yīng)用場(chǎng)景，為項(xiàng)目的建設(shè)提供有效的優(yōu)化方案。2.2建模方法本項(xiàng)目以Inventor作為基礎(chǔ)建模工具。結(jié)合設(shè)計(jì)思路建立結(jié)構(gòu)樹；分項(xiàng)進(jìn)行零件設(shè)計(jì)；最終合成裝配體完成總體模型。2.3bim模型對(duì)比1）拱腳設(shè)計(jì)。本橋梁工程最大的難點(diǎn)是橋梁4個(gè)主拱腳與4個(gè)副拱腳均為空間異形曲面（見圖4）。主拱內(nèi)傾5°，副拱外傾16.25°。通過BIM輔助優(yōu)化拱腳設(shè)計(jì)，將其作為后續(xù)環(huán)節(jié)的“標(biāo)準(zhǔn)”模型與2D圖紙進(jìn)行對(duì)比，減少初步建模工作量。鋼構(gòu)廠依據(jù)優(yōu)化后的設(shè)計(jì)模式反提給設(shè)計(jì)院，與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行對(duì)比，確保原設(shè)計(jì)思路?；贐IM模型的交底與質(zhì)量控制模式，提升溝通和協(xié)調(diào)效率，降低從2D施工圖加工優(yōu)化的工作量，提升工作效率，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。2）節(jié)點(diǎn)鋼筋布置。本橋梁的拱腳與橋面系0號(hào)節(jié)段是整座橋梁的主要受力核心區(qū)，混凝土橋體采用預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁、豎向預(yù)應(yīng)力筋、普通鋼筋。拱腳鋼筋相互穿插，必然會(huì)產(chǎn)生一些交叉點(diǎn)。通過BIM模型進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，在完成主拱鋼筋建模的基礎(chǔ)上，建立主梁0號(hào)段預(yù)應(yīng)力與普通鋼筋的相互關(guān)系（見圖5），通過軟件進(jìn)行鋼筋碰撞檢查3)BIM算量。利用BIM模型的優(yōu)勢(shì)，方便統(tǒng)計(jì)本橋梁項(xiàng)目中異形構(gòu)件的工程量，諸如：拱腳、人非連接件、拱肋等（見圖6）。通過軟件自動(dòng)統(tǒng)計(jì)體積量作為投資監(jiān)理算量參考。2.4施工工藝與施工模擬的結(jié)合1）鋼筋放樣。在本橋梁項(xiàng)目的施工階段，BIM模型的應(yīng)用已暴露出很多實(shí)際問題，諸如：主拱腳鋼筋和0號(hào)段鋼筋非常密集，導(dǎo)致沖突點(diǎn)較多；為了避讓0號(hào)段鋼筋，主拱腳鋼筋插入角度難以完全按照設(shè)計(jì)要求實(shí)施（見圖7）；原先BIM模型中建立的鋼筋為理想化布置，模型不能真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)情況等基于施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況，項(xiàng)目采用3D激光掃描的方式（見圖8），快速采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并形成3D空間數(shù)據(jù)，通過與現(xiàn)場(chǎng)配合，分3次采集橋箱鋼筋（預(yù)應(yīng)力波紋管、豎向預(yù)應(yīng)力筋、主筋、箍筋），形成鋼筋掃描文件。2）鋼筋動(dòng)態(tài)優(yōu)化。將掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，擬合成能真實(shí)反映的3D鋼筋模型，將現(xiàn)實(shí)與虛擬的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,進(jìn)行項(xiàng)目的優(yōu)化設(shè)計(jì)，見圖10。通過碰撞檢查，將設(shè)計(jì)模型與現(xiàn)場(chǎng)模型疊合，檢查沖突；調(diào)整鋼筋插入角度，將產(chǎn)生交叉的拱腳主筋調(diào)整為單向傾斜插入，同時(shí)保證鋼筋間距，適當(dāng)提高富余，在間距過大的地方補(bǔ)充鋼筋。調(diào)整后的BIM模型作為下一步的“標(biāo)準(zhǔn)”，見圖11。施工階段，沒有返工和拆除；BIM與現(xiàn)場(chǎng)相互印證，體現(xiàn)“虛實(shí)一體”的質(zhì)量控制手段的優(yōu)勢(shì)，避免實(shí)際施工的返工損失（見圖12）。3）施工模擬。鋼結(jié)構(gòu)吊裝是本項(xiàng)目另一項(xiàng)難度與風(fēng)險(xiǎn)并存的環(huán)節(jié)。由于不能水上施工，所有吊裝作業(yè)須在主橋面上進(jìn)行。本項(xiàng)目鋼拱肋和人非橋?yàn)榭臻g異形體，鋼結(jié)構(gòu)吊裝難度較大。為確保吊裝工況下的穩(wěn)定性和安全性，施工方用常規(guī)手段對(duì)整個(gè)吊裝進(jìn)行描述。由于采用圖片與文字結(jié)合的方式，吊裝過程和設(shè)備參數(shù)連貫性很差，僅通過人為判斷易造成盲點(diǎn)，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。另外，現(xiàn)場(chǎng)吊裝是空間動(dòng)態(tài)過程，橋面可利用區(qū)域不多，現(xiàn)場(chǎng)施工組織難度大，如果缺乏事先詳細(xì)籌劃，吊裝過程中的隨意性將成為另一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)隱患。對(duì)于臨時(shí)支撐布置、運(yùn)輸與堆場(chǎng)，汽車吊機(jī)位及吊裝作業(yè)控制參數(shù)有較高要求。BIM模型模擬吊裝施工，依據(jù)吊車參數(shù)表，結(jié)合模擬需求，建立“全參數(shù)驅(qū)動(dòng)”的吊車模型，吊車工作半徑與吊臂伸展也能“自動(dòng)”變化。本工程采用“動(dòng)靜結(jié)合”的方法驗(yàn)證吊裝方案的可實(shí)施性（見圖13），在碰撞檢查中發(fā)現(xiàn)如下幾個(gè)問題。1）起吊高度存在不足。2）臨時(shí)支架的橫桿與吊臂碰撞。3）汽車吊支腿在橋面的位置不合理等。通過協(xié)調(diào)、優(yōu)化方案，將運(yùn)輸與堆場(chǎng)位置逐個(gè)細(xì)化。在靜態(tài)環(huán)境中開展基于BIM的工序模擬，制訂整個(gè)吊裝過程的先后順序，臨時(shí)設(shè)施布置與拆除的順序；提出構(gòu)件堆場(chǎng)的合理化建議。對(duì)吊裝作業(yè)的關(guān)鍵參數(shù)：吊車機(jī)位、主吊臂長度、回轉(zhuǎn)半徑及起吊高度等在模擬中予以準(zhǔn)確體現(xiàn)（見圖14）。最后將每個(gè)吊裝步驟串聯(lián)起來，形成完整且細(xì)致的鋼結(jié)構(gòu)吊裝方案。與方案對(duì)應(yīng)的施工模擬動(dòng)畫還作為施工交底資料，規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，提高溝通和信息準(zhǔn)確性，降低施工不確定性。在現(xiàn)場(chǎng)吊裝過程中，預(yù)先模擬的成果起到較好的指導(dǎo)作用，主要構(gòu)件的吊裝均根據(jù)模擬方案一次就位。3復(fù)雜環(huán)境下的3d掃描設(shè)計(jì)哥白尼路川楊河橋梁工程通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，極大提高工程施工效率，證明BIM技術(shù)在復(fù)雜施工環(huán)境中的應(yīng)用價(jià)值。BIM技術(shù)的nD功能在哥白尼路川楊河橋工程中發(fā)揮顯著的應(yīng)用價(jià)值，特別是在異形構(gòu)件設(shè)計(jì)、空間節(jié)點(diǎn)鋼筋布置、異形構(gòu)件算量、復(fù)雜空間吊裝等傳統(tǒng)平面設(shè)計(jì)無法完全清晰表達(dá)的難點(diǎn)上，保障哥白尼路川楊河橋工程順利實(shí)施完成。本工程中的BIM技術(shù)對(duì)今后復(fù)雜施工環(huán)境中的工程項(xiàng)目具有一定的參考價(jià)值。3D激光掃描技術(shù)為快速建立物體的3D影像模型提供一種全新的技術(shù)手段