BIM技术在双曲薄壳混凝土屋面施工中的应用

黄宗贵　张明亮， 2　周　瑾　李　赛　李鹏慧　阳　超

(1.湖南省第六工程有限公司，长沙　410015； 2.吉首大学城乡资源与规划学院，张家界　427000)



BIM技术在双曲薄壳混凝土屋面施工中的应用

黄宗贵1张明亮1， 2周瑾1李赛1李鹏慧1阳超1

(1.湖南省第六工程有限公司，长沙410015； 2.吉首大学城乡资源与规划学院，张家界427000)

隆平水稻博物馆建设项目在施工过程中，采用BIM技术对双曲薄壳混凝土屋面的支模、工程量统计、施工测量起到了科学的指导作用； 采用iBan移动应用技术，使项目管理更加广泛、透明、高效、快捷。通过BIM技术的施工应用，显著缩短了工期，节约了成本，获得了较好的社会效益和经济效益。

BIM； 双曲屋面； 工程应用； 信息化； 项目管理

1　引言

BIM，即Building Information Modeling，是以建筑物三维数字化为载体、以建筑物全生命周期为主线，将建筑产业链各个环节所需要的信息关联起来而形成的建筑物信息集，对建筑前期项目设计、中期工程施工、后期物业运营等阶段进行管理、协调的过程，它具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等特点。近年来，随着国内建筑业的快速发展，BIM技术在我国工程建设领域得到越来越广泛的认同和应用[1-14]。国家住建部以及一些省市已出文对BIM 技术的应用进行了推荐性的指导与建议[15-20]。BIM技术作为一种新一代创新性的计算机辅助设计工具与生产方式，成为建设信息化技术在建筑业的直接应用，是将传统粗放型的建筑业向精细、高效、统一转变的一场技术革命，这次技术革命被称为是建筑业继20世纪甩掉手工绘图板向CAD技术转变后的又一次重大的技术突破。

2　工程概况

隆平水稻博物馆位于长沙市隆平新区，浏阳河东岸，属于中国首个水稻博物馆，为湖南省重点建设项目。建筑造型呈7粒谷粒状(如图1所示)，总建筑面积为1.93万m2，整体由1栋博物馆主体建筑、1栋博物馆配套用房及1个独立地下车库组成。博物馆主体建筑地上二层、地下一层，配套用房地上二层、地下一层，独立地下车库为地下一层。工程结构类型为框架结构，屋面采用双曲薄壳混凝土板，变截面弧梁、曲线梁，设置大量直角梯形柱，展厅最大净高19.6m，施工难度较大。采用传统施工技术耗时耗材，且很难达到设计质量要求，特别是双曲屋面混凝土梁板的施工。

此外，采用传统的工程算量工具无法精确进行双曲屋面的模板展开面积、钢筋及混凝土用量的统计。针对上述特点，公司在该项目的投标阶段便采用了BIM技术，图2-5为博物馆各专业BIM模型图。由于篇幅有限，本文仅介绍BIM技术在本工程双曲薄壳混凝土屋面施工中的应用。本工程双曲薄壳混凝土屋面存在的主要技术特点及难点如下：

(1)双曲薄壳混凝土屋面测量定位体系复杂，屋面梁板任意两个剖面曲率均不相同，结构梁板曲线各处不一，施工测设难度极大；

图1　工程效果图

图2　BIM建筑模型

图3　BIM结构模型

图4　BIM施工模型

图5　BIM管道安装模型

(2)屋面各点标高难以控制，支模架立杆高度不一致，屋面梁板各部位支撑钢管、钢筋、模板下料定尺难度极大，且定位难度大； 梁板支模水平向钢管必须根据屋面弧度进行弯曲，部分板块下钢管弯曲后还应进行切割；

(3)双曲屋面支模体系的模板展开面积、钢筋用量、混凝土用量等工程量计算难度极大，用传统的计量工具计算精度不够，且不利于项目成本把控。

3　BIM技术应用

3.1施工前准备阶段

项目施工前，项目部便成立BIM工作站，进行相应技术人员的培训与软硬件的配备，制定BIM工作计划，见表1。工作站根据项目的实际需求配置BIM软件，其中以Revit和广联达为主，其它软件为辅，见表2。工作站硬件配置本着满足日常所有需求的前提下，合理安排项目部资源，配置较好的工作站硬件设备，主要硬件参数详见表3。

图6　项目部BIM工作站挂牌

表1　项目BIM工作站工作计划

表2　BIM工作站软件配置表

类 别软件名称技术类Revit2015Navisworks商务类广联达土建算量广联达钢筋算量BIM5D

表3　BIM工作站硬件配置表

硬件名称型 号处理器Core(TM)i7-4790KCPU@4.00GHz内存16GB显卡NVIDIAQuadroK2000主硬盘2TB操作系统WIN764位

3.2BIM技术的具体实施

3.2.1由于本工程双曲薄壳屋面造型复杂，项目建模环境选用相对自由灵活的概念体量环境。

1)在立面中按轴线位置设置参照平面，并按设计标高设置参照点；

2)在立面中设置屋檐下口参照面并选定其为工作平面切换至楼层平面中；

3)在楼层平面中按设计图纸要求在相应轴线处设置平面参照点；

4)在立面中依次设置轴线处的参照平面为工作平面并切换至三维模式，用模型线将同一平面的三个参照点绘制成弧；

5)选取各断面的模型线弧并拟合生成薄壳双曲屋面模型；

6)载入项目环境生成实体并设置剖面获取各个剖面数据。

3.2.2运用Revit建模软件内部体量环境建立精确模型，通过3点定圆弧的方式绘制各轴线位置屋面定面轮廓，导入项目环境通过面屋顶工具生成弧形屋面。建立精确Revit模型后，输出精确模型数据，提前制作实体支模样板，预先解决施工操作重点及难点。

3.2.3在精确的模型上提取准确信息，进行材料准确定尺下料及材料的预加工。

1)根据支模立杆平面位置提取准确的标高信息，扣除板厚及支模体系的厚度得出每根立杆的高度，对每根立杆进行预拼接，需要切割钢管的进行预加工；

2)根据模型提取每根钢筋的长度与弧度信息，根据下料原则进行下料与弯曲；

3)根据三维模型进行模板预拼接，再按照模板规格进行分割，提前对模板进行定尺下料。

由于各双曲屋面混凝土梁板曲率半径、标高等均不同，提前导出各特征面标高和平面坐标明细表、相关数据及图纸，并委派专人跟踪指导施工人员进行支模作业，随时验收上一道工序，及时整改。图7为双曲混凝土屋面梁板BIM模型及各曲梁截面标高示意图。

(a)双曲混凝土板模型

(b)曲梁模型

(c)曲梁剖面图7　双曲屋面混凝土梁板标高示意图

双曲薄壳混凝土屋面支模目前国内外应用较少，正式施工前，根据BIM模型及各梁纵向剖图搭设样板，保障施工质量，有效地指导了现场施工； 同时也缩短了施工工期，减少了现场架管的随意切割浪费，节约了成本。

3.3工程量统计

根据本项目的建筑特点，从基础到屋面以下构件结构形式较普通，利用传统软件建模即可解决项目施工的需求。而屋面采用双曲薄壳型混凝土结构，传统的算量软件已经无法处理这种形状的结构体系，本项目采用Revit建立模型，斯维尔Revit三维算量软件直接利用Revit模型进行计算，来处理工程量的精确统计。

(a)架管材料明细表

(b)高支模模型　　　　　　　(c)样板搭设

(d)屋面梁板支模及钢筋绑扎图8　双曲屋面混凝土梁板BIM技术应用

通过BIM相关软件可准确进行工程量的统计，用于设计过程中的成本估算、以及施工开始前的工程量预算和施工完成后的工程量决算，同时进行异形构件的精确工程量计算，便于材料调配、成本核算与结算。

(a)双曲屋面板

(b)屋面曲梁图9　双曲屋面混凝土梁板工程量统计

3.4施工测量

本工程双曲薄壳混凝土屋面支模体系的空间定位较为复杂，采用传统测量定位难以满足质量要求，施工期间采用BIM技术，为保证现场主轴线控制精度，以及现场施工的通视要求，选取主轴线时特意避开各类构筑物，并保证满足最基本的测量原则：后视长前视短。屋面模型主轴线选取如图10所示。

图10　BIM技术轴线测量定位

利用“Point Layout”插件在向导模型上拾取特征点，获取各特征点的三维坐标。屋面混凝土梁板支模施工时，测量人员根据BIM模型导出的各特征点三维坐标进行双曲屋面的准确定位，科学地指导了现场施工。

3.5BIM5D应用

项目施工期间以BIM平台为核心，集成土建、机电、幕墙等各专业模型，并以集成模型为载体，关联施工过程中的进度、合同、成本、质量、安全、图纸、物料等信息，利用BIM模型的形象直观、可计算分析的特性，为项目的进度、成本管控、物料管理等提供数据支撑，协助管理人员有效决策和精细管理，从而达到减少施工变更，缩短工期、控制成本、提升质量的目的。

(a)选取特征点

(b)获取坐标图11　BIM技术在施工测量中应用

3.6iBan应用

项目施工过程中，施工技术人员通过iBan移动应用，可在施工现场使用手机拍摄施工节点，将有疑问的节点照片上传到系统后台终端，与BIM模型相关位置进行对应，在安全、质量会议上解决问题非常方便，大大提高工作效率。项目部资料员可及时将设计变更、工程联系单扫描上传至终端，方便施工技术人员快捷的查阅。另外，项目部所有管理者均可通过手机第一时间看到，工程管理变得更加广泛、透明、快捷、高效。

(a)材料采购计划表

(b)集成模型图12　项目施工BIM5D应用

图13　iBan应用

5　结语

隆平水稻博物馆建设项目在施工过程中，采用BIM技术对双曲薄壳混凝土屋面的支模、工程量统计、施工测量起到了科学的指导作用； 采用iBan移动应用技术，使项目管理更加广泛、透明、高效与快捷。通过BIM技术的施工应用，显著缩短了工期，节约了成本，获得了较好的社会效益和经济效益。

说明：本工程BIM技术应用荣获湖南建工集团首届“超越杯”BIM大赛综合奖二等奖(2015年度)、首届中国建设工程BIM大赛单项奖二等奖(2015年度)。

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Application of BIM Technology in Hyperbolic Concrete Shell Roof Construction

Huang Zonggui1， Zhang Mingliang1， 2， Zhou Jin1，Li Sai1， Li Penghui1， Yang Chao1

(1.HunanNo.6EngineeringCo.，Ltd.，Changsha410015，China；2.CollegeofResourcesandPlanningSciences，JishouUniversity，Zhangjiajie427000,China)

BIM technology used by Longping Rice Museum construction process plays a very good guiding role in the construction site layout，hyperbolic shell concrete roof formwork，quantity statistics and construction survey. At the same time, the use of iBan mobile application technology realizes project management in a wider range and in a quicker and more transparent and efficient way.Through the application of BIM technology，the construction period is shortened，the cost is saved，and better social and economic benefits are obtained.

BIM； Hyperbolic Roof； Engineering Application； Information； Project Management

黄宗贵(1978-)，男，硕士，高级工程师，注册建造师。主要从事施工项目管理及BIM技术应用工作。)

张明亮(1983-)，男，工学博士，工程师，注册建造师。主要从事建筑结构抗风、钢结构设计与研究、施工监测、施工技术管理及BIM技术应用工作。

TU17

A

1674-7461(2016)01-0015-07

10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.01.03