BIM技术在超高层建筑施工中的应用

2019-03-11

天津建设科技 2019年1期

1 工程概况

重庆中心项目位于重庆市渝中区两路口，一期工程包括T2、T3两座超高层塔楼、五层裙房商业和八层地下车库，建筑面积31.75万m2,建筑总高度254 m,框架核心筒结构。

2 施工重难点分析

2.1 平面布置和场地转换

施工现场场地狭小，办公区、生活区、加工场地、临时道路、材料堆放场地等临时设施的规划布置显得尤为重要。很多项目在施工过程中，会相继发现很多前期布置不合理的问题，重新规划、返工、转场会影响工期并造成很大经济损失，运用BIM软件将各个施工阶段现场所有临时设施建立三维信息模型，再考虑各个施工阶段临时设施、平面人流车流管理的更改，通过3D模型可以直观地加强后期管理的预见性，可以杜绝因为前期考虑不周全而造成的工期及经济损失。

重庆中心在投标期间就对整个现场进行了合理的分区分段，针对不同施工期间加工区进行了合理策划及平面布局，避免了后期加工场地搬迁以及转场带来的经济损失与进度影响。见图1。

图1 施工场地布置

2.2 周边环境评估

重庆中心一期工程位于重庆市渝中区两路口中心环道内，地理位置特殊，周边道路均为城市主干道且交通流量大。北侧和西侧由中山三路环绕，南侧和东侧则由中山支路环绕，地下则是地铁1号、3号地铁线交汇处。两路口环岛是进出渝中半岛，连接江北和南岸地区的主要交通要道，周边交通为环形交通道路。环形道路为单向4车道，在环岛范围内有5个路口进行分流和合流通行。

1）InfraWorks场地BIM仿真应用。结合InfraWorks拾取地形数据、点云模型数据，生成重庆中心项目周边及基坑场地模型，依据生成的场地模型进行施工场地的提前策划和布置并预估隧道、基坑周边危险源的位置，指导施工组织和部署，对方案进行优化，提前运用模型和数据模拟周边情况。见图2和图3。

图2 地上周边仿真及高程分析

图3 地下环境仿真分析

2）无人机航拍及点云应用。应用航拍图对售楼部、办公区、生活区、加工区进行了合理布局并对周边的建筑物、道路进行了分析，制定出合理的人流及物流路线，设置东西两个大门，为项目正常进行提供可靠保障。同时使用无人机倾斜摄像技术实时生成点云模型导入场布软件，能够快速进行现阶段和下阶段的场地布置分析和模拟，使场地布置更加合理准确，有效利用狭小空间，确定转场方案。见图4和图5。

图4 现场无人机航拍

图5 点云模型生成

2.3 复杂节点BIM的应用

超高层建筑下部结构承受载荷非常大，重庆中心项目在设计中，塔楼对应的地下室及低区部分采用巨型钢骨混凝土柱+大截面钢筋混凝土梁作为承重结构；同时，因为塔楼为多边形，所以梁柱节点特别复杂，最多处钢骨混凝土柱同时与六根梁连接，节点处包含多根梁的钢筋、柱钢筋和钢骨柱连接板。设计院的蓝图一般使用二维方式示意表达此类复杂节点，施工单位需要根据施工实际进行二次深化设计。二维的表达方式无论对于设计方还是施工方都形成了制约，与工程实际对接产生障碍并且不利于施工方案的制定。

重庆中心项目运用BIM技术将二维CAD图纸进行三维表达，直接指导施工。创建关键复杂节点的BIM模型，可以清晰展现节点中各构件的连接形式和相对位置。通过BIM建模，技术管理人员能够清晰了解设计意图，制定合理高效地施工方案，现场施工作业人员也更容易了解图纸接受施工方案，减少因为对图纸的理解程度不同造成方案和施工“两层皮”的情况发生，保障了复杂节点处工程的顺利实施。同时通过模型统计钢筋工程量、导出下料单，解决了普通算量软件对复杂钢筋工程量的计算难题。见图6。

图6 梁钢筋与型钢柱连接模型

2.4 垂直运输设备选型BIM模拟应用

由于超高层建筑规模庞大，如何快速安全地将建筑材料和作业人员及时运输到所需部位是一项艰巨的任务，也是对垂直运输系统的严峻考验。垂直运输系统的合理配置对超高层建筑加快施工进度，降低施工成本具有非常重要的作用。以前通过有相当超高层施工经验的技术人员和预算人员配合，发挥充分的空间想象能力和精准的计算能力将各种方案进行对比，择优选择，但即便如此仍旧会出现由于考虑不周造成工期延长，施工成本增加的现象。

重庆中心项目通过BIM技术进行施工模拟，使施工过程变得简单清晰。运用BIM技术进行工程量分析，可以直接获取所需的资源信息，结合垂直运输设备的技术参数，利用BIM的虚拟施工技术对垂直运输设备选型方案进行优化，结合工期、成本等各方面因素最终确定垂直运输设备的型号和布置方案。见图7和图8。

图7 垂直运输电梯选型

图8 T2和T3塔吊选型

2.5 超高层塔楼测量控制网布设模拟分析

由于施工现场环境复杂，建筑稠密，场地狭小等因素，加上外架采用落地式脚手架、悬挑脚手架，安全密目网封闭，垂直度测设采用内控法。

采用重庆市坐标系，依据重庆市勘测院提供的项目坐标，利用全站仪布设地面控制网，按规范做好标记和保护，作为塔楼测量一级控制网，随着楼层施工，逐步将控制网导测到楼面上。利用BIM进行模拟分析，有效避开了钢骨柱，在平面上确定了4个合理的上投控制点并在同层设置3个临时平台进行控制网的测量控制。每10层（约33 m）为一段，采取分段控制，分段投点的方式进行，有效提高了功效并减小了测量误差。见图9。

图9 测量控制方案模拟

2.6 超高层混凝土浇筑BIM技术应用

使用的混凝土包括C60自密实，C60、C50、C40、C30、C30抗渗，C20等强度等级，为防止“串号”，通过BIM模型将浇筑区域分成3个并将不同强度等级的混凝土用不同颜色进行标注，先浇筑核心筒区域，然后向周围浇筑，将模型图打印出来悬挂在现场指导施工，有效的防止了混凝土“串号”，加快了浇筑速度，节省了工期。见图10和图11。

图10 模型算量

图11 技术交底

超高层项目混凝土浇筑中高压泵管及布料机的布置对施工影响很大，泵管布置遵循“弯头最少，距离最短”的原则，通过BIM建模有效避开了重要构件，而且泵管布置图清晰可见，由于泵管通长设置极易出现爆管、堵管危险，因此在30层时设置转向弯管，避免了项目自重引起的回流重力对泵压力的损耗。见图12。

图12 泵管设置

2.7 利用BIM技术优化资源配置及进度的控制

重庆中心项目钢构用量大，跨层段多，与土建交叉作业密集，每层钢柱42根，在转换层采用的是异形斜钢柱，由于结构复杂，施工现场的焊接难度也随之增加并且钢柱进场时间、吊装也很大程度的影响施工进展。通过BIM技术指导施工，有效节省了时间，而且为工程顺利完成创造良好的施工环境。

2.8 重要构件及设备的跟踪

构件跟踪是项目管理的重要内容之一。在以前的项目管理模式下，只有经常驻守现场的工长了解相应管辖区域的进度和工序完成情况，其他部门或项目管理人员只能通过生产例会交流或直接询问工长来了解相关情况，不利于项目管理层及时了解工序进度情况，影响项目决策的效率和准确性。

重庆中心项目通过采用BIM5D构件跟踪功能，对钢结构构件、预制楼梯从生产加工、运输、进场、吊装、安装、验收过程进行全过程跟踪。

在混凝土施工过程中，利用BIM5D的任务派分功能进行管理：将施工范围按照施工区域在模型中进行划分，根据施工任务整体策划，对每个区域设定跟踪阶段和跟踪计划，上传至BIM5D，可在手机端查看施工过程所对应的任务进展情况，形成一个完整的生产统计看板。项目管理人员也能够在网页端看板中实时了解现场的实际生产进度。通过对该功能的应用将项目的生产过程的进度可视化，管理人员能够快速掌握生产各环节的实际进展情况、偏差情况，及时对生产进度进行调整纠偏。

2.9 管线综合排布与碰撞检查

在设计时，由于各专业设计师之间的沟通不到位，出现各种专业之间的碰撞问题而通过BIM的协作功能就可以帮助处理这种问题。首先在设计时，即可应用BIM协作功能将建筑、结构与机电管线置于同一个视图中，直接解决碰撞问题；另外，即使设计时没有进行专业协同，也可以在建造前期对各专业分别建模后整合进行碰撞检测，生成碰撞报告，提前解决碰撞问题，避免不必要的返工成本。

在碰撞检查时，不但要解决硬膨胀，还要基于相关技术规范，同时充分考虑空间及工作面布置的相关问题，与现场实际相结合对碰撞结果及时协调并进行管线调整。