BIM技術在復雜鋼管密排斜管樁的應用

BIM技術在建設工程行業(yè)發(fā)展迅速，取得了很好的效果。本項目為碼頭及防波堤工程，新建3?000?t級車渡泊位兩個，1?000?t級客運泊位兩個，后方陸域面積約7.446萬m2，主要布置候船樓、車輛待渡區(qū)、停車場等設施。所處位置水深、浪高，密排樁所受的波浪力巨大，成為影響碼頭結構安全的關鍵因素。本項目將密排樁按斜樁布置，充分發(fā)揮其軸向承載能力，通過與BIM技術相結合，在項目開工前、施工過程、竣工交付等階段，控制施工質量，確保項目如期交付。1?前期準備BIM技術在項目實施前需要大量的準備工作，項目的樣板文件設置，項目的坐標原點設置，項目的共享參數(shù)設置，這對后續(xù)的BIM應用起著十分關鍵的作用。如圖1的構件族庫的建立，包括鋼托座、槽鋼、橫梁等100多種構件，種類眾多，需要單獨建立族庫來保證項目的實施。圖1?構件族庫（計算機截圖）2?BIM技術應用線路BIM技術應用線路主要是圍繞模型展開的技術層次的基礎應用，通過圖紙、模型三維轉化與設計單位相關方進行會審等動作，在項目施工前期和施工過程中解決一些問題的線路。2.1?模型建立本項目重點是對建筑結構模型創(chuàng)建如圖2所示，密排樁及碼頭建筑結構創(chuàng)建。通過三維可視化，對項目的建筑結構初步排查，不合理位置與設計進行了溝通和優(yōu)化處理。圖2?全專業(yè)模型2.2?問題報告與沖突報告在施工前期，對項目全專業(yè)進行模型創(chuàng)建，其中發(fā)現(xiàn)土建問題54個，如圖3所示，機電問題67個。通過軟件沖突檢查功能進行自動統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)樁位沖突問題32處（圖4）。最終形成問題報告，前期通過與設計單位進行圖紙會審，模型三維可視化漫游等工作，所有問題在施工前全部解決，保證施工進度。圖3?梁板標高圖4?柱墻沖突報告（計算機截圖）2.3?參數(shù)化樁構件本項目鋼管樁的數(shù)量較多，尺寸參數(shù)及樁身長度不一，在施工前期通過新建鋼管族，通過參數(shù)調節(jié)的方式生成鋼管樁。圖5參數(shù)化管樁的主要信息為材質、樁身長度、角度、鋼管直徑、壁厚、樁頂標高等。施工時由于每個位置的樁身長度都不一樣，在二維圖紙查看時，很容易看錯位置，通過三維模型可視化的應用，可以直接在軟件中點選相應構件，相應的尺寸信息就能得到，避免了溝通中或查看圖紙中出現(xiàn)的錯誤。圖5?參數(shù)化管樁（計算機截圖）2.4?質量控制點由于本項目的密排樁和鋼管樁為傾斜布置，對于安裝質量要求非常高。其中樁身旋轉角度不能超過7°，樁深斜率偏差小于0.1°，樁斜率為7/1，平面偏差小于5?cm，扭角變差小于1°。眾多參數(shù)的嚴格要求下，樁的施工難度非常大，項目部根據(jù)這種特殊情況，采用BIM技術對項目制訂了專門的質量控制點，本項目對每根樁的頂部和底部分別設置4個坐標點如圖6所示，稱為“四點坐標控制法”。在現(xiàn)場安裝密排樁時，采用GPS系統(tǒng)對坐標點進行校核，采用水平儀校核高程點，分別與模型標注的數(shù)值進行比對。最終能夠控制每根樁的位置偏差在規(guī)定范圍內。圖6?四點坐標控制法示意2.5?加固方案項目在前期方案選定時候難以確定加固方案，通過BIM技術不斷對各個方案進行建模比選，最終結合本項目的工程特點，采取了兩套加固方案。非臺汛期加固方案，圖7為非臺汛期加固方案，密排樁與斜頂樁之間加裝14b號槽鋼。圖8為臺汛期加固方案，密排樁與斜頂樁一間加裝整體型鋼支架。由于此區(qū)域風浪條件差，并且經常受極端惡劣天氣如強臺風影響，密排樁沉樁結束后，為保證結構安全，在不同施工段采用以上兩種方案分別實施。圖7?非臺汛期加固方案圖8?臺汛期加固方案2.6?標高復核本項目共計鋼管樁1?266根，項目的樁數(shù)量多，種類多，樁長差距大，所以樁的標高控制難度巨大，因此在前期建立模型時候，根據(jù)設計圖紙，對每個位置的標高都精確復核。后期通過對每根管樁對標注出圖，最終生成管樁編號的深化圖，圖9為局部鋼管樁標高立面示意，由此可以查看到樁的復雜和多變。圖9?鋼管樁標高控制立面示意2.7?工程量統(tǒng)計本項目的材料用量可用BIM明細表的方式進行統(tǒng)計，不限于門窗、梁板柱墻等構件。表1中軟件可以實現(xiàn)不同直徑、不同樁長、壁厚分別進行統(tǒng)計。在項目施工前期，項目部對信息進行歸類。再根據(jù)項目總進度計劃，可以排出材料需用計劃，能夠很大程度地滿足現(xiàn)場施工的同時，又避免了材料的囤積。也避免了資金的占用，工程量的統(tǒng)計分析為項目的管理提供的數(shù)據(jù)支撐。表1?密排樁尺寸明細2.8?720云可視化應用720云是一種可視化的應用，能夠更直觀地展示項目更多細節(jié)，可通過掃描二維碼即可獲得一個或多個全景的圖片，給人一種身臨其境的感覺，能夠極大地拓展視野。同時二維碼的傳遞比視頻等文件的傳遞更方便，大幅節(jié)省了項目溝通的成本和溝通效率。3?BIM管理應用線路BIM管理的應用線路主要圍繞平臺與BIM模型關聯(lián)后的管理手段。如圖10所示，BIM平臺的作用在于查看信息、儲存信息、共享信息，交換信息，提供給各參與方一個溝通交流的平臺?；诖耍ㄟ^平臺數(shù)據(jù)與BIM模型關聯(lián)，為項目管理實現(xiàn)多種可能。圖10?平臺功能展示（計算機截圖）3.1?質量、進度管理模型上傳到管理平臺后，可以與現(xiàn)場的進度情況進行關聯(lián)，現(xiàn)場的質量問題也可以關聯(lián)到平臺模型的對應構件，這樣在平臺上很容易能夠發(fā)現(xiàn)問題所在位置。項目人員用手機端口就可以完成對現(xiàn)場問題的拍攝上傳，然后通過一系列流程，問題發(fā)現(xiàn)→限時整改→結果閉合，形成P–D–C–A的閉環(huán)流程如圖11所示，來確保安全隱患是否得到及時整改，項目業(yè)主或者管理層根據(jù)整改情況，進行獎勵或懲罰，有利于提高項目管理水平。圖11?質量管理流程3.2?構件信息追蹤如圖12所示，密排樁加工、制作、運輸、施工、驗收等步驟需要重點控制，本項目構件在鋼結構廠房加工制作時對構件信息進行追蹤。例如構件在廠房制作完成時每根構件上貼1個動態(tài)二維碼，用來信息的錄入。加工完成后，加工負責人掃描二維碼，填寫所需信息。然后交付給運輸負責人，運輸負責人填寫相關信息，運輸完成后交付現(xiàn)場驗收人員，現(xiàn)場驗收負責人填寫相關信息，交付現(xiàn)場施工負責人，負責人填寫相關信息，進行施工。施工完成后驗收人員填寫驗收信息，最終完成閉合。平臺可以直接看到整個構件的相關流程，過程中哪個環(huán)節(jié)如果出現(xiàn)了問題也能夠迅速地定位相關負責人，能夠極大地提高管理的效率。圖12?構件信息追蹤3.3?實時監(jiān)測由于密排樁施工完成后的受力特點是持續(xù)、不均勻，后期的運維管理很難，數(shù)據(jù)難以獲得。通過BIM技術將放置在每一根樁的監(jiān)測設備（位移和應力應變），與平臺信息進行關聯(lián)，實時查看樁的受力情況。圖13為監(jiān)測設備的終端，二維面陣激光位移計是監(jiān)測構件位移的終端，振弦式應變和智能無線數(shù)據(jù)采集終端是應力應變的終端。如果受力超過預警值，則平臺軟件發(fā)出報警信號，同時信息推送給相關責任人。責任人立刻進行維護，避免重大事故的發(fā)生。3.4?資料管理各參與可根據(jù)需求，基于BIM平臺進行資料管理，比如設計單位可基于平臺進行圖紙管理，施工方基于平臺進行施工日志、施工方案管理、業(yè)主單位可進行質量安全管理。通過對平臺的管理，參與方可第一時間查看到相關信息，提高了溝通效率，項目結束時，資料可在平臺上查找，避免了資料的丟失。4?存在問題及展望（1）存在的問題：由于軟件接口存在差異，建立的族文件不能夠滿足制造廠的加工要求，建立的模型構件只能滿足施工階段要求，無法向上或者向下兼容，造成了價值的損失。（2）隨著信息化的不斷發(fā)展，未來能夠探索出一條從設計–施工–運維全過程的應用，能夠更充分地運用模型與平臺，實現(xiàn)真正意義上的碳中和，為建設行業(yè)的發(fā)展貢獻力量。（a）（b）（c）圖1