闹市区综合体项目施工平面动态管理BIM模拟＊

2019-02-07江德智谢婷婷

台州学院学报 2019年6期

刘松，江德智，高正，严荟，徐意，谢婷婷，肖磊

（台州学院建筑工程学院，浙江台州318000）

0 引言

施工现场平面布置，是对拟建工程的施工现场，按一定的规则，做出的平面和空间的规划，是施工组织设计的主要组成部分。施工平面布置得合理与否，直接关系着现场施工生产是否有条不紊地进行，关系着是否顺利执行施工进度计划，以及劳动生产率和工程成本的高低，应予以足够的重视［1］。

施工现场平面三维策划是当前建筑行业内BIM 技术的应用热点之一。首先，应用BIM 技术创建建筑结构模型以及场地模型，并将工程周边及现场的实际环境以数据信息的方式挂接到模型中，构建三维的施工现场虚拟环境。在此基础上，可以引入工程进度计划，形象直观地模拟各个阶段的现场情况，灵活地进行现场平面动态管理，从而实现现场平面布置合理、高效。

BIM 技术在台州的施工落地应用还不多，积极探索BIM 技术应用价值和实施路径具有重要现实意义。在对台州某闹市区综合体项目建设实施的后评价过程中，运用BIM 技术对施工平面动态管理进行了模拟，提出了运用BIM 技术实施施工平面动态管理的技术路径，验证了运用BIM 技术可以大大提高现场组织管理的沟通效率。

1 工程概况

图1 二期工程总平面图

项目位于台州市路桥区，分两期建设，以拟建高架桥（与二期项目同时施工）为分界，见图1。二期项目位于一期北侧，比一期项目推迟3 个月施工。二期工程东侧为城市内河，西侧紧邻城市干道，其中西侧围墙中间段与营业中百货商厦毗邻。南侧为项目一期，南侧拟建高架桥下方为下沉式广场。北侧为多层住宅。

二期工程总建筑面积为59883 m2，由6 栋2～3 层商业和1 栋19 层59.55 m 高的高层住宅组成。地下一层为商业（局部为下沉式广场）、地下二层为停车库。地下室占地面积约20399 m2。

2 施工平面管理的难点分析

其一，本项目平面布局不规则，周边场地狭窄，临时设施布置难度大；其二，项目位于闹市区，且只有场地西边一条通道，总平面复杂，施工部署、材料运输困难；其三，基坑开挖深度达15 m，施工难度大；其四，工期紧，30 个月要交付开业，牵涉多家单位立体交叉作业。综上，该项目对总平面布置和管理要求很高，要求管理方必须实施科学、专业、规范的总平面管理，科学、文明、有效地组织施工，确保工程施工有序进行。

3 施工场地BIM模型搭建及模拟分析

为了探索和验证BIM 技术对复杂项目施工平面管理的作用及应用路径，选择主流的施工BIM 软件进行模型搭建和模拟分析。目前，BIM 技术的建模及施工模拟软件很多，国外主要有Revit、Navisworks 等，国内主要有品茗、广联达、红瓦科技等公司的建模软件产品。各类建模软件功能类似，操作原理大同小异。

表1 建模软件对比

本文以Autodesk 公司的Revit、Navisworks 及红瓦科技的建模大师、品茗科技的BIM 三维策划产品等软件为工具，完成三维施工现场布置BIM 模型的建立及模拟分析。通过BIM 软件平台，对现场进行1∶1建模模拟。如图2、图3 所示。

图2 结构模型图

图3 场地模型图

3.1 阶段划分

本项目按常规应分为基坑土方开挖阶段、地下室结构施工阶段、主体结构施工阶段、装饰装修及室外工程施工阶段等四个阶段。但从基坑土方模型及周边环境设施分析模拟中可以发现，北区地下室入口坡道如果与地下室同步开挖，就面临地下室阶段无加工场地的局面，并且还必须把该区域的已有配电室拆除，涉及变压器移位等复杂问题。类似情况还有场地西北入口附近的地下室自动扶梯入口，如果一同开挖，则面临无法保证临时施工道路通畅的问题。所以这两个区域只能另外设为两个阶段，后续实施。

3.2 临建布置

项目生活办公区临建本应包括门卫室、办公楼、宿舍楼、食堂、卫生间、浴室、会议室、活动室、晾晒棚、垃圾池、绿化、文化墙等，并根据项目规模、管理人员和施工人员的数量、场地特点，以及企业形象宣传的要求进行场地布置。但根据场地模型分析，生活区完全没有位置可以排放，即使办公用房都很难找到一个相对固定位置。利用BIM 技术建立三维可视化模型，选出办公区的布置共有两种方案。

方案一：在C16#商业楼西边出口处，该处为施工大门所在，虽能布置，但基坑挖土也从该处运出，需要预留较宽的会车空间，其次出口处车辆进出频繁，噪音较大，影响办公。综上所述，方案一不适合布置办公区。

方案二：场地西侧营业中的百货商厦，东边距离基坑边有宽10.9 m 的空隙，考虑到该百货商厦与本项目同属同一业主，可以适当占用百货东面空间，可布置办公区。但该处夹在百货商厦与C15#商业楼中间，C15#商业楼主体结构封顶之后高17.05 m；对模型进行日照分析后发现也不适宜，且该地在塔吊的覆盖范围和C15#楼高空坠物的影响范围之内，有一定的安全风险，需要在上部布置安全防护棚。

对方案一和方案二进行对比之后，为保证全场施工的顺利进行，并减少二次移动办公区生活区造成的损失，只能选择方案二进行办公区布置。如图4、图5 所示。

图4 办公区布置方案一

图5 办公区布置方案二

3.3 施工道路布置

利用BIM 三维可视化的优点，可以对项目进行动态管理，减少施工现场材料转运次数，提升施工现场物料的运输效率，减少运输成本，同时方便物料的取用和存放，促进施工现场材料管理规范有序。在总平图施工图已有的永久性道路的基础上综合考虑周边环境、基坑边线的位置、场内运输的需求来布置施工大门的位置、临时道路等［2］。

因基坑及地下室阶段与主体阶段的运输要求不同，临时运输道路要分阶段布置，以满足场内运输要求。根据BIM 模型施工模拟，该工程基坑土方全面开挖后，只有场地南侧施工栈桥一处施工道路，场地运输压力很大。当下沉式广场基本完成，拆除栈桥后，全场只有场地南侧高架桥可以作为运输道路。所以在施工组织安排时，必须确保栈桥拆除时，高架桥的主体结构施工完毕，并且达到设计强度，从而满足施工运输的需要。如图6、图7 所示。

图6 基坑及地下室阶段运输道路图

图7 主体阶段运输道路图

3.4 起重机械布置

本项目场地狭小，单体建筑较多，还有一个下沉式广场。所以起重机械设备的合理布置至关重要。综合考虑地上及地下施工过程的全覆盖，并保证塔式起重机工作半径相互交叉，从而避免运输过程中产生二次人工搬运，基于此原则初步确定布置4 台QTZ5710 塔式起重机。布置塔式起重机的具体位置时考虑避开基坑支撑梁，避免在支撑梁施工时发生碰撞。同时还须避开两层地下室相应位置的梁。

为此，利用设计院地下室图纸，搭建地下室结构BIM 模型，并整合到原场地模型及基坑模型中，利用navisworks 软件进行碰撞检查，确认塔身与支撑梁及地下室结构梁等混凝土结构无碰撞后，初步确定塔吊平面定位图。

通过塔吊模型模拟运行检查分析时还发现，塔臂与周边建筑碰撞的问题。原来考虑的3#塔吊在B3#主体施工前启用，由于无法附墙，只能在最大自由高度35 m 内运行。其塔臂回转范围与场地西边百货商厦重叠，所以只能考虑将其向北移位，避开百货商厦。待该处地下室顶板达到附着条件时，再在该处安装塔吊。在navisworks 中模拟可以发现，3#塔吊位置处地下室顶板达到附着条件时，4#塔吊位的吊装需求量大大减少，所以可以将其转运到3#位安装，总体还是4 台塔吊同时运行，可以节约1 台塔吊费用。运用BIM 技术对塔吊布置进行动态模拟，可以直观、高效地对塔吊定位，并对碰撞风险等问题做出准确评估，将各台塔式起重机的运输能力运用得恰到好处。与传统的二维方法相比，大大提升了工作效率。如图8～图11 所示。

图8 塔吊平面定位图

图9 塔吊与地下室结构碰撞检查

图10 塔吊与周边建筑碰撞分析图

图11 塔吊最终定位图

3.5 加工棚及材料堆场布置

堆场及加工棚的长度应满足材料的最小长度，且应布置消防设备以满足消防要求。根据每个施工区的材料需求，在塔吊覆盖范围内布置钢筋加工棚、钢筋原材及半成品堆场、木工加工棚、模板堆场、钢管扣件堆场等，减少场内材料的二次搬运，提高施工场地的利用率［3］。

根据各阶段BIM 模型模拟分析，在桩基施工阶段，由于场内工程桩、围护桩、止水帷幕交叉施工，泥浆池占用空间也很多，场地内无法安排钢筋堆场及加工棚。可请业主协调相关方，将北侧围墙外一处空地，临时租用作为钢筋堆场及加工棚。待围护施工完成后，在场地东侧，利用门型围护桩及压顶梁构建出的坡顶空间作为工作面，可以分散用于钢筋堆场及加工。为此，需与基坑支护设计单位进行沟通，对该处作为钢筋堆场的可行性进行论证，必要时进行加固。地下室完成后，就可在B3#楼北处与C16#之间顶板面，设置钢筋堆场和加工棚，为此，该处顶板支架需考虑相应的加固设计。如图12～图14所示。

图12 基础阶段加工场

图13 地下室阶段加工场

图14 主体结构阶段加工场

3.6 临时水电布置

场地北边和东边各有一台变压器，分别设置总配电室，并由此向起重机械、加工场地、办公区域分别引出一级配电箱、二级配电箱及开关箱。电缆延围墙周边电缆沟敷设，穿过施工道路时加钢管保护。

场地西边和东边各有一处市政管网接入点，延围墙周边敷设，分别引至办公区、加工区和主楼等生活、生产及消防用水点。基坑底部及顶部周边压顶梁处分别设置排水沟、集水坑，雨水废水经集水坑抽至沉淀池，过滤后排至市政管网。

3.7 安全防护的布置

通过三维可视化仿真模型，可以直观检查各阶段安全风险点，并对施工临边、洞口交叉、高处作业及楼板、阳台等做临边防护，设置安全通道、防护棚、安全警示标语等。施工过程中可结合施工现场具体情况对建筑工程施工现场的临建和布置进行动态调控，有效降低建筑工程施工安全风险。

4 施工平面动态管理

由于场内分阶段、分区施工，所以各时间阶段的施工需求不同、工况不同，应根据实际施工情况，运用BIM 模型，定期进行超前动态分析。分析时，将模型与进度计划挂接，事前进行施工模拟，根据施工过程中对材料、机械、人工等资源的不同需求，提前预见施工平面管理风险，协调指导参建各方合理建立对应的物流运输计划及施工工作面组织安排，互相配合，从而减少干扰、节约资源、降低成本、保证工期。

本工程土方开挖及内支撑施工阶段，基坑只在西面临街处有两个出入口。北区完成第一道支撑后，北侧出口就无法使用，车辆均行驶在南侧栈桥上。同时，不同施工区段分别处于不同施工阶段，场地内同时有土方车、混凝土车、泵车、挖掘机、桩基以及钢筋运输车等，容易相互干扰。特别是施工期间台州市正处于多城同创建设关键时间点，交通、环保、卫生等管理非常严格。如果能够运用BIM 技术，对车辆进出路线、材料卸货位置、车辆会车等问题，通过提前模拟规划，针对最关键的交通路线，合理调配车辆占用时间，尤其是对混凝土泵车以及钢筋进货车等大型车辆的合理调配，可以有效保证场地内交通流畅，提升施工效率。

根据BIM 施工模拟分析发现，当栈桥拆除后，场地北面基坑尚处于施工阶段，还不能回填，地下车库入口也还未施工，不能形成施工道路。横跨下沉式广场的高架桥将成为场地南侧唯一的进出通道和临时卸货区域。由于各专业分包商利益不同，货物进场及施工安排多以自己利益为准，施工现场材料堆放混乱，交叉施工碰撞的事情必定会发生。为保障施工进展顺利，必须由业主牵头，总包及各分包单位统一思想，加强协作，共同基于BIM 模拟成果，提前优化参建各方施工计划，细化到进货卸货时间以及相邻区块的工作面组织，尽量避免无序状态，造成纠纷。