BIM技术在滁州高教科创城文体活动中心项目中的应用

2020-11-24王友国徐曙明陈祥宇李明南

土木建筑工程信息技术 2020年2期

徐枫王友国王龙张文徐曙明陈祥宇李明南洪呈

(1.中国十七冶集团有限公司，马鞍山 243000； 2.安徽省招标集团股份有限公司，合肥 230051)

前言

建筑信息模型(Building Information Modeling[1]，简称BIM)，是以建立一个虚拟的建筑工程模型为基础，利用数据信息仿真模拟，达到与实际情况一致的工程信息模型。BIM技术为工程建设提供信息共享与协同平台，将进度、成本、材料等信息进行关联绑定，形成可视化动态数据库，为项目精细化管理提供真实、有效的数据支撑。

对于大型、异型建筑来说，项目体量大、结构复杂、工期紧、参建单位多，给BIM技术的应用带来了严峻的挑战。本文将以滁州高教科创城文体中心项目为例，建立基于BIM 技术的管理模式，科学安排资源计划、控制安全风险、减少材料浪费及提高施工效率。

1 工程概况

1.1 项目简介

滁州高教科创城文体活动中心位于安徽省滁州市南谯新区，文慧路以北、康庄路以西，明德路以南、汇智路以东。总用地面积为168 227m2，总建筑面积为71 829m2，其中地上建筑建筑面积为63 103m2，地下建筑面积为8 726m2。由手球馆、文化馆、游泳馆、田径场、网球场、足球场等组成，具有体育比赛、全民健身、体育配套、文化娱乐等多种功能[2]。项目建成后，将承担2019年东京奥运会亚洲区女子手球资格赛，为打造“东方手球之都”的滁州再添新动力。

图1 滁州高教科创城文体中心效果图

1.2 工程重难点

本项目在施工过程中主要面临以下几项重难点工作：

(1)工期紧、任务重

本工程计划争创国家优质工程奖“鲁班奖”，对项目工程精细化管理及质量要求高。同时业主要求工期14个月，大干期间完成的工程体量大，需一次性投入足够的人员及周转材料。

(2)结构复杂、工艺要求高

工程存在大量的钢结构桁架及金属屋面，屋面均为大跨度钢网架屋盖，且建筑造型较为独特。

(3)特殊材料种类多、技术要求高

本工程室内装饰工程采用大量的曲线设计，并存在较大部分具有特殊性功能要求空间，装饰材料多样化，造型新颖。

(4)场馆同步建造、协调管理难度大

本项目三个场馆同时施工，均存在大跨度钢结构，需要超长车辆运送钢结构构件，对构件的进场安排、堆放规划带来严峻考验。

2 BIM组织与应用环境

2.1 BIM应用目标

本项目通过搭建BIM技术平台，辅助各专业进行深化设计；优化施工方案及方案比选；科学安排进度计划及资源配置；加强各专业精细化管理，提高项目协同能力；实现“BIM+新技术”的创新应用，实现建设工程精细化、合理化、可持续化。

2.2 BIM实施方案

基于BIM技术的应用，是本项目缩短工期、降低成本、节约材料的利器。结合BIM技术的特点，搭建智慧管理平台，建立整体实施流程。事前，通过例会机制，制定BIM实施方案，并对重点及难点制定BIM技术专项方案，保证BIM落实；事中，从图纸深化、施工方案优化、受力分析、虚拟预拼装及云协调管理平台等方面深入应用；事后，定期跟踪总结并持续改进应用效果。

图2 项目实施方案

图3 项目PDCA管理流程

2.3 团队建设

根据项目特点，建立由公司技术中心统筹、项目部实施、咨询方指导的BIM团队。由项目总工牵头，各部门项目管理人员积极配合，让全员参与到BIM实施中，落实BIM技术应用。

2.4 项目软硬件配置

考虑本工程造型独特，施工工艺及技术要求高等特点，保证各软件间信息共互动，形成紧密连接的信息数据库，提高模型质量和利用效率。主要选用的软硬件如表1～2所示。

表1 主要软件配备情况一栏表

表2 主要硬件配备情况一栏表

3 BIM应用

3.1 BIM+深化设计

3.1.1 碰撞检查、管线优化[3-4]

各专业模型进行碰撞检查，提出优化建议，反馈设计院进行变更确认，经细化、优化和完善，形成各专业的详细施工图。根据现场施工及管理需要，对各专业设计图纸进行集成、协调、修订与校核，解决方案设计与现场施工的诸多冲突。如图4～5所示。

图4 专业模型碰撞检查

图5 管综三维出图

3.1.2 功能设计分析[5]

本项目建成后，比赛期间，一次性容纳几千人，若发现险情，很容易导致踩踏事件发生，再加上本项目内部空间构造复杂，不熟悉人员很难快速找到出口，故我们在这方面做了逃生模拟分析，运用Pathfinder软件模拟发生险情时人员疏散情况，直观展现人员逃生路径，辨别容易出现拥堵路径，提前做好消防导引，提高人员逃生率。如图6～7所示。

图6 消防模拟分析

图7 各房间人流统计

3.2 BIM+可视化

3.2.1 可视化技术交底[6]

建立1∶1样板虚拟模型，指导现场样板区建设，结合二维码技术进行样板交底。改进施工项目参与方交底方法，提高项目各参与方技术交底水平，解决了因信息传递不准确，信息不健全导致的返工现象。如图8～9所示。

图8 1∶1样板虚拟模型

图9 砌体排布图

3.2.2 装饰装修

详细演示隐蔽部位及复杂构件做法，优化装饰铝板排版。利用渲染图、效果图、爆炸图结合动画形式，进行装修效果可视化演示，指导现场技术交底[7]。如图10～11所示。

图10 装修渲染图

图11 内部效果图

3.2.3 VR技术

利用VR技术对现场一线人员进行安全教育交底，提高安全意识和施工水平。BIM技术与VR结合，对施工各个阶段进行VR沉浸式体验，了解项目施工情况和装修效果，提高施工进度和安装水平。如图12～13所示。

图12 VR教育交底

图13 VR漫游体验

3.3 BIM+平台

3.3.1 智慧工地平台

智慧工地平台将施工现场的应用和硬件设备集成到一个统一的平台，并将产生的数据汇集，形成数据中心。基于智慧工地平台，各个应用之间可以实现数据的互联互通并形成联动，智能识别问题进行预警，从而实现施工现场数字化、在线化、智能化的综合管理[8]。例如，智慧工地平台与门禁系统相结合，对现场作业人员的身份信息、教育消息、劳动考勤、工资发放等信息进行采集和动态管理，持证上岗，加强现场人员动态管理，规范作业人员综合信息，提高项目信息化管理水平。如图14～15所示。

图14 智慧工地应用

图15 劳务管理应用

图16 质安问题采集

3.3.2 5D云平台

(1)协同平台[9， 10]

利用BIM 5D管理平台将项目资料与模型关联，协调项目各专业、各部门之间合作并实现施工全过程的信息共享。质检员、安全员等项目参与者发现现场问题，通过BIM5D手机端实时记录，并定位同步到项目云端，可快速下达整改指令及跟踪反馈，实现现场问题手机端、PC端与Web端的三端协同管理及快速反应机制，提高管理效率。如图16所示。

(2)进度管理应用

通过模型流水段划分与关联，进度计划关联与分析，实现现场施工进度与计划进度的协调管控；及时反馈现场施工进度偏差并分析进度延误原因[11]，采取增加人工、机械、夜间施工等纠偏措施。如图17所示。

(3)物料分析

模型与施工预算及合同预算进行清单关联，可以进行快速提量，明确物资需求，提前做好物资需用计划。根据分期报量，对比实际完成，使得业主在支付工程预付款和进度款时有理可据。如图18～19所示。

3.4 BIM+重难点应用

3.4.1 屋面工程

本项目金属屋面面积大，且为双曲面，施工难度大。首先将revit土建模型、犀牛外立面模型、Tekla钢结构模型三者合一，找出碰撞部位，完善曲面平滑度，最终获得无曲率突变、光滑度较高的屋面。如图20～21所示。

图17 进度管理流程

图18 材料需用计划

图19 分期物资报量

图20 屋面龙骨深化

图21 屋面板深化

其次，由于屋面划分后， 90%以上都是双曲面板，若按照常规划分，大大增加了屋面的材料费用，我们通过BIM技术，统计每一块双曲面板的最高点及角点到平面的距离，将50%的双曲面板优化为平板，剩下一半的优化为单曲面板，在保证不改变原有建筑整体效果的前提下，节约了成本[12]。屋面典型节点进行深化出图，对屋面各层构造进行可视化标示，提高施工水平。如图22～23所示。

图22 屋面典型节点深化

图23 屋面板尺寸定位

最后，提取屋面板定位和尺寸，并对每一块面板进行编号，形成材料明细表，在工厂进行材料准备和切割下料，生成预制构件，为工程缩短施工工期20天。

表3 钢结构吊装方案对比表

3.4.2 钢结构安装工程

本项目钢结构分为四个部分，手球馆屋盖钢结构，文化中心线屋盖钢结构，连廊飘带钢结构(属于文化中心工程)、游泳馆屋盖钢结构。钢结构均为异形不规则曲面造型，构件型式复杂，最大跨度76m。如图24所示。

图24 项目钢结构体系

(1)施工方案比较与选定[13]

经探讨分析，方案一在施工进度、工程造价、质量保证、安全性等方面都具有一定的优势，结合项目实际情况，综合考虑，建议方案一作为最终的钢结构安装施工方案。如图25所示。

图25 钢结构重大节点受力分析

(2)钢结构深化

工程钢结构异性构件较多，各类连接节点和曲型构件复杂，需要对模型进行深化，输出零部件加工图，提前做好材料准备，避免影响施工进度。如图26所示。

图26 钢结构深化

(3)预制构件

对无法组装的钢管拱异性构件进行预制加工，将钢管拱模型导出具有图形、材质、编号、数量等信息的数控文件，软件按材质、板厚自动分组创建排料计划。将排料计划导入到切割程序中，机床自动进行数字化加工，生成预制化构件。

(4)预拼装

对预拼装桁架现场进行三维扫描，扫描开始前根据现场环境规划扫描站点。采用扫描装置来进行高精度的数据扫描测量。通过点云过滤、生成点云模型、在电脑中进行预拼装演示，保证桁架吊装就位后能顺利组合。并将BIM模型与点云模型进行比对调整，确保最后竣工模型与施工现场一致。如图27～28所示。

图27 钢结构扫描

(5)钢结构受力分析

将钢屋盖模型导入专业结构计算软件(Midas Gen)中进行吊装过程计算分析，钢结构不规则桁架体系受力复杂。通过对整个吊装过程中的每段桁架进行有限元分析计算，比选最优吊装方案，保证应力和挠度符合技术要求，确保吊装安全[14]。如图29所示。

图28 点云过滤

图29 不规则桁架吊装方案比选

(6)应力检测

项目现场安装监测结构应力形变的物联网设备，利用无线网络传输方式，将数据传输到云平台数据库。在系统前端通过读取后台数据库，实现数据集成与分析，保证结构施工过程中结构应力状态和变形状态始终处于安全范围[15]。将云平台数据库与移动端相连，实时收集项目现场的结构监控报警事项。便于一线管理人员通过移动设备，对现场数据进行实时反馈。如图30～31所示。

图30 应力监测

图31 应力数据汇总

4 应用效益

项目作为2020年冬季奥运会亚洲区女子手球资格赛比赛场地，合同工期1 080天。后因承办2019年第二届全国青年运动会手球乙组决赛，急剧缩短为14个月。在这种严峻的情况下，为实现对客户保质保时完成项目的承诺，我们通过BIM技术，在组织、管理、技术、经济四大方面进行优化，减少85%以上图纸错误，降低项目成本约1 500万元，缩短工期约100天。