推进BIM技术在钢结构绿色施工中的应用

2018-01-26

土木建筑工程信息技术 2018年2期

(中建三局第三建设工程有限责任公司，武汉 430074)

前言

“互联网+”的迅猛发展，将深刻而广泛地改造原有建筑产品及其生产方式，使建筑业成为下一个信息化革命的爆发点。不断创新运用绿色信息化管理的科学理念与具体方法，在工程管理中发挥更大的作用，是建筑施工企业实现转型升级、自我突破的必由之路。中建钢构大厦工程钢结构施工全过程，依靠BIM技术解决钢结构施工过程中的工期、安全、可视化应用、施工过程模拟分析问题。从而研究一种适合钢结构施工并衔接上、下游单位的应用方案，以信息化技术提高项目管理水平。

1 通过绿色建筑信息化，提升行业整体水平

以信息化、智能化管理理念为基础，采用BIM技术建立钢结构工程绿色施工可视化模型应用体系、施工过程模拟分析体系、碰撞检测体系、计划管理体系。总结工程在钢结构施工过程中的信息化管理经验，争取对日新月异的钢结构行业、同类工程建设的绿色施工有所裨益。

2 BIM信息技术应用

2.1 应用特点

工程运用BIM技术为手段，覆盖钢结构施工全过程并通过模型信息与制造阶段互联互动，实现工程项目管理信息化、缩短工期、提高工程质量、降低施工安全风险，达到绿色施工的目标。

2.2 精确建模

为保证模型信息有效传递，联合设计院、分包、制造厂共同制定了《中建钢构大厦项目BIM执行计划》和《中建钢构大厦项目BIM建模标准》。针对软件种类版本、模型存储方式、命名规则、格式交换等统一规定，确保BIM模型在各阶段均可顺利进行交接及模型系统划分。运用revit软件针对建筑、结构进行建模，其中钢结构部分利用Tekla软件进行深化建模，通过多专业协同工作平台，搭建LOD400模型，并完成模型自身协调及专业间的碰撞分析。

2.3 可视化应用

构建钢结构三维空间立体布置图进行可视化模拟，提前发现设计矛盾与盲点，对设计方案进行优化，解决施工图中的设计缺陷，提升施工效率及施工质量，减少项目后期修改变更，避免人力、物力浪费，达到降本增效、绿色节能的目的。

2.4 施工模拟分析

2.4.1 半逆序施工

根据中建钢构大厦项目实际情况，采用BIM作为支撑的半逆序施工的关键技术。以现场三道临时混凝土内支撑梁及围护排桩为基础，利用Revit绘制出真实模型，并依照软件提供的逻辑关系，进而准确掌握三道临时混凝土支内撑对构件安装的影响。

调整支撑拆除与构件安装的先后顺序、分析支撑拆除不利工况对构件的影响。实现地下室钢结构安装优先于拆撑的半逆作法施工，节约工期18天。

2.4.2 顶部悬挑结构施工模拟

本工程在标高129.790～165.900m为顶部悬挑结构，高36.1m，最大悬挑17.2m，钢柱及主梁均为箱型截面，钢材材质为Q345B，Q235B，最重节点达7.3t。悬挑结构悬空高度高，钢梁为主要承力体系，连接节点情况复杂多样，箱梁界面跨度大，是工程施工重难点。

运用建模，对悬挑结构的施工全过程进行模拟分析，细化到安装的吊装、起拱、安装、卸载环节，确保高空悬挑结构顺利安装完成。经过模拟分析，采用塔楼部分和悬挑部分分别安装的方式，将悬挑部分在地面分块组装，再进行高空吊装的施工方法，减少高空拼装。

经第三方检测机构检测，悬挑结构使用一年，累计沉降量3.2mm且已稳定，低于设计7mm的允许值。

2.5 碰撞检测

工程主体结构同层立面斜撑、钢梁型号多。与设计联合检测碰撞调整方案、与机电单位联合检测碰撞避免梁柱、斜撑尺寸变化阻挡管线。

共检测冲突356处，如斜撑与栏杆冲突，调整栏杆；钢斜撑与门洞冲突，调整斜撑；钢拉杆与楼板冲突，调整拉杆。

3 BIM成果信息共享

工程依托钢结构全生命周期信息化管理平台，将BIM三维模型、工程进度、物料清单、构件信息导入信息化管理平台，使不同岗位，不同区域的人员可以直接从平台中获取、更新与本岗位相关的信息，实现深化设计、材料管理、构件制造、项目安装的工作协同。在钢结构工程建造全过程实现信息共享，促进优化设计、精细化计划管理。

4 施工进度计划管理

4.1 利用BIM进行逐层施工模拟，协助制定月、周、日安装计划

采集吊装、焊接、校正、螺栓紧固所需时间，组建项目层面数据库并录入BIM模型，通过分析拟合，不断提高生产安装计划的合理性以及与现实的契合度。

4.2 BIM系统与平台协同管理

施工过程借助钢结构全生命周期信息化管理平台和物联网管理系统实现对钢结构构件的全程监管。通过BIM系统与物联网的无缝对接，实现各环节的数据采集和零构件身份识别、动态定位、状态查询等全方位跟踪功能，确保构件的每一个阶段都在掌控内。

运用BIM技术将钢结构作业流程细分为数十道常用工序和虚拟工序，指定零构件一一对应的工序路线，产生NC文件。制作厂通过管理平台获取相关信息，划分结构、生产批次，制定标准工序，将项目工程信息转化为工序为单位的建造信息。建立清晰的钢构件生产管理流程。

通过管理平台获取现场安装计划，分区、分类依次序装车发运，按计划进场、计划吊装，实现主构件即卸即吊、减少周转时间，合理利用场地、减少场地占用时间。

通过周密细致的计划管理，缩短钢结构施工工期22天，创造平均2.1天、最快1.8天施工一个结构层的“新速度”。

5 基于BIM技术的质量管理

通过计划管理、可视化管理、施工模拟分析、碰撞检测等BIM手段的运用，有效降低返工率。通过数据共享，可在现场进行BIM模型与实物的对比，将相关检查信息关联到构件，使管理人员能够快速直观地发现现场质量问题，快速解决。对施工班组采用动态演示、模型交底及彩色打印交底的方式，使安装过程、节点构造更加形象直观，降低施工出错率。

将BIM技术与测量技术结合，实现钢柱安装精度控制。将现场测量点与BIM模型结合，导出现场钢柱安装定位控制点位置坐标及标高，为现场全站仪进行钢柱安装精度控制提供依据。经检测，主体钢结构竖向构件垂直度偏差6mm，低于10mm的设计允许偏差。

6 基于BIM技术的安全管理

传统的安全管理、危险源的判断和防护设施的布置都需要依靠管理人员的经验来进行，而BIM技术在安全管理方面可以发挥其独特的作用，从场容场貌、安全防护、安全措施、机械设备等方面建立安全文明管理施工方案指导安全文明施工。工程建设期间，通过提取空间模型，利用Revit族技术快速建立楼层防护体系，提前识别危险源，设计全套安防措施(并申报专利1项)，一是大件措施一体化(包括侧嵌式操作平台等)，二是小件措施轻量化(铝合金垂直通道、水平通道和挂笼)，提高了施工期间的安全性。