BIM技术在杭州萧山国际机场三期工程中的应用*
2021-08-05李越宇丁应章
李越宇,丁应章,徐 强,王 飞
(中建三局集团有限公司(沪),上海 200129)
0 引言
BIM即利用数字模型对项目进行设计、施工和运营的过程[1-2]。根据GB/T 51235—2017《建筑信息模型施工应用标准》,建筑信息模型为在建工程的物理和功能特性进行数字化表达,并依此进行设计、施工、运营的过程和结果的总称。
杭州萧山国际机场三期(交通中心)工程以施工图为基础,建立全专业完整的施工模型,并在施工阶段全面应用BIM技术。
1 工程概况
杭州萧山国际机场三期(交通中心)工程总建筑面积647 744m2,地下建筑面积400 196m2,地上建筑面积247 548m2(见图1)。工程包含4层地下室,3层裙房,2栋10层星级酒店,2栋9层配套业务用房。其中最大建筑高度44.5m,最大挖深约19.55m。
图1 杭州萧山国际机场三期建筑效果
2 工程重难点
1)工程体量大,工期紧 该项目基坑覆盖面积达11万m2,分7个基坑区域同时施工,且实际施工工期比原投标工期压缩约4.5个月(见图2)。为合理划分流水段、安排施工顺序,采用Fuzor软件模拟施工进度,以合理排布进度计划及施工方案。
图2 基坑分区
2)平面管理难度大 周边环境较复杂,施工区域内仅1条道路可作为出土道路,同时,按照工期要求,土方开挖阶段平均日出土量高达1.5万m3,故调度车辆的合理进出及交通路线规划成为前期施工难点。因此,采用Twinmotion软件模拟交通组织规划,并进行方案比选确定最优车辆进出路线。
3)工程量大,统计困难 总混凝土浇筑量约55万m3,模板用量约64.5万m2,在已有Revit建立的全专业模型基础上,需通过Revit创建的模型计取工程量,制定符合算量软件的建模规则,从而将Revit模型导入算量软件进行工程量计算,实现一模多用。既满足BIM模型的几何信息要求,又为工程量统计提供服务,同时节省人工管理成本。
4)复杂基坑群中超大超深逆作法施工 7个基坑区域同时施工,其中C1区4层地下室采用半逆作法施工,基坑面积约4.1万m2,大面积挖深19.55m,为浙江省最大、最深逆作法基坑。基坑南北侧与在建高铁、地铁相邻,西侧为在建航站楼,东侧为机场运营航站楼,施工难度极大。施工组织设计规划初期,针对现场实际工况,使用Fuzor软件进行逆作法施工模拟,规划土方开挖与结构施工顺序,并体现相应的出土路线。通过土方开挖模拟,顺作区和逆作区的相对进度关系清晰,对项目初期规划起到重要作用。
5)总承包管理难度大 施工期间需满足机场不停航、不停运要求,且质量安全文明施工要求高。工程涉及专业较多,包括但不限于机电、钢结构、幕墙、精装修等专业,分包方多、专业性强、各专业接口繁杂,给施工总承包管理带来极大困难。因此采用BIM轻量化平台,将业主、监理、审计及各参建方加入平台,通过在平台上进行文件共享传输及直接查阅图纸和模型,有效解决多专业协同问题。
3 BIM技术应用
根据实施过程中的重难点,针对性地采用BIM技术解决模型创建、管线综合、一模多用、可视化交底、进度管理、施工模拟等工作。
3.1 模型创建
项目前期根据国家规范、标准、业主提供的BIM技术规格书及公司管理文件等,基于实际情况,建立统一标准、团队管理办法、管理流程及编码体系等。规定各专业的建模标准、实施方案、交付标准、使用软件等,为BIM技术的实施打好基础,减少因标准不统一造成不同专业间模型无法整合的情况。
3.2 管线综合
3.2.1碰撞检查
传统二维设计的管线综合在实际施工中,由于管线碰撞引起的调整不低于总工程量的10%,个别项目的改动量高达15%,甚至20%[2]。因此前期建立模型后,需立即根据模型调整管线综合,首先进行各专业间的碰撞检查,找出设计与施工流程中的空间碰撞。
图纸会审前,结构、建筑、机电碰撞问题共1 845个,对碰撞点进行分类总结后讨论并反馈给设计方,施工前预先解决问题,防止不必要的变更与浪费。
3.2.2方案比选及优化
除梳理及排除碰撞问题外,对管线排布方案进行优化。以地下4层管线排布方案为例,设计单位前期要求全部使用管线穿梁方案,项目部根据实际情况,列举仅桥架穿梁、桥架及水管穿梁综合排布方案,具体如下。
1)仅桥架穿梁综合排布方案(见图3) ①强电与弱电桥架排布在0.4m高梁下,消防管道及喷淋管道等水管排布在0.9m高梁下;②排烟及排烟补风管排布在0.4m高梁下,水管及桥架遇风管上翻;③照明线槽及灯具排布在最底层并平铺(消防及喷淋管道底部)。
图3 仅桥架穿梁综合排布方案
为尽量减少翻弯,考虑水管、桥架不同层布置,管线交叉时在梁窝内上翻避让。该方案净高为2.95(灯线槽底面高度)-0.10(灯管高)-0.25(地坪漆找平层)=2.60m。按此方案排布,桥架穿洞1 555个。
2)桥架及水管穿梁综合排布方案(见图4) ①水管与桥架排布在0.4m高梁下,穿0.8m高梁中部;②排烟及排烟补风管排布在水管及电缆桥架下,错层排布;③照明线槽及灯具排布在0.9m高梁及风管底部,遇管下翻。
图4 桥架及水管穿梁综合排布方案
为尽量保证净高,水管、桥架穿梁同层布置,管线交叉时在梁窝内上翻避让。该方案净高为2.95(风管底面高度)-0.05(支架)-0.25(地坪漆找平层)=2.65m。按此方案排布,桥架穿洞1 555个,水管主管(直径≥65mm)穿洞1 467个。
在均满足净高要求的情况下,桥架及水管穿梁综合排布方案中,水管穿梁需多穿洞1 467个,多花费73.95万元。考虑减少开洞、节省成本、节约工期、方便现场预留预埋、管道施工及后期检修等因素,最终采取仅桥架穿梁综合排布方案。
仅桥架穿梁方案费用如下:留洞1 555个,综合单价600元/个,共93.3万元。工期如下:①预留阶段 桥架留洞土建专业施工需考虑降效10%;②安装阶段 安装需穿洞,且上部作业面变低,增加支吊架数量,需考虑降效20%。
通过管线综合调整优化排布方案,项目共节约成本约770万元。
3.2.3净高分析
根据方案比选情况进行净高分析。制作地下室净高分析图,将发现的问题分类汇总并提交设计。通过净高分析,在施工前解决净高问题,避免后期返工。若某些问题存在较大争议,邀请业主、全过程监理、设计等单位一同讨论解决。
3.3 一模多用
Revit模型统计的工程量是模型几何形状下的实际量,而广联达GTJ2018统计的工程量为算量规则下的模型工程量[3]。项目采用Revit+广联达算量软件,避免多次建模[4]。参考广联达GTJ2018的工程量计算规则,使用Revit创建施工图模型,并利用GFC插件导入广联达GTJ2018,即可用于施工图预算编制、混凝土工程量计取、模板脚手架用量统计、复杂构件计量等,实现一模多用,提高效率,节约管理成本。
利用GFC插件导出Revit文件时,需重点设置楼层、混凝土强度等级、构件算量类型,按图纸设计要求修改后导出全部图元,保存为GFC格式文件。后用广联达GTJ2018打开该文件,软件自动将模型转为GTJ格式文件,经检查无误后进行汇总计算。
3.3.1模型转化注意事项
3.3.1.1构件算量类别选择
构件自动转化结果不能保证完全准确和对应,因此导出时需手动设置对应构件的算量类别和自定义构件转换规则。
3.3.1.2混凝土强度等级设置
Revit模型导出GFC格式文件时需先在楼层转化中设置相应的混凝土强度等级,否则导入广联达GTJ2018后,即使统一设置楼层信息,构件混凝土强度等级依旧保留导出时的设置。
3.3.1.3重叠构件处理
Revit中发生构件重叠时软件会自动提示,建模时随建随清,也可完成模型后利用第三方插件清查重叠构件,构件需按照清单计算规则统一扣减,避免重复计量。
GFC插件导出模型时会检查模型,按检查报告逐一修改模型问题,产生墙中心线绘制过长问题,需设置不允许连接及调整中心线长度的规则。
若墙、梁和板的连接较多,在Revit中修改较不便,且对计算机性能要求较高,修改时会反复重新生成模型,此时应导入广联达GTJ2018中进行调整。
3.3.1.4复杂构件的建模要求及转化注意事项
1)梁加腋 水平梁加腋需用板绘制,顶标高为板底,底标高为加腋底,否则导入广联达GTJ2018后易因存在多个不同标高难以进行批量修改。
复杂造型的加腋梁如图5所示,在广联达GTJ2018中难以创建且难以进行参数化精确控制,可直接使用Revit建模并提取工程量,可在算量报表中稍做修改增加此项。
图5 复杂造型加腋梁
2)集水坑 在Revit中使用自建族绘制集水坑,族类型属性选择结构基础,导入项目模型后扣除与筏板连接的体积,承台扣除与集水井连接的体积,最后汇总计算为基础结构模型。
若使用Revit直接放置集水坑族,导入广联达GTJ2018后会缺失,应在广联达GTJ2018中补画该部分集水井。
承台集水井及筏板底的垫层工程量统计中,广联达GTJ2018可一键自动生成,并贴合底部造型,此项弥补Revit中的不足。
3)桩承台 该项目筏板基础存在降板及水沟,且与桩承台交汇布置,若承台顶标高按筏板顶标高设置,会计量偏多。而在广联达GTJ2018中,桩承台工程量计算时应扣除与筏板相交部分的体积,因此在Revit建模时应将承台顶标高设置为筏板底标高。
4)坡道 在Revit中使用楼板绘制并命名为坡道,模型导出时若构件属性选择坡道,则导入广联达GTJ2018后会显示定位错误无法计量,因此导出时选择斜板,即可导入广联达GTJ2018中进行计量。
5)其他复杂结构构件 如复杂钢结构等,使用Revit模型计取,可为施工现场备料及材料用量把控提供数据依据。
3.3.2算量结果对比
该项目地下室结构工程量中,采取广联达GTJ2018所建模型的混凝土总工程量为393 519m3,Revit模型导入广联达GTJ2018后工程量为393 654m3, 两者误差为0.03%,误差值在混凝土出量准确性范围内[5-6]。
3.4 可视化交底
项目C区为超大超深基坑逆作施工区,有复杂节点,利用BIM技术将复杂节点建立为模型,为深化设计、方案编制及交底提供可视化依据(见图6)。
图6 梁柱节点三维模型
3.5 进度管理
传统项目进度管理存在可视性弱、不易协同、网络计划表达抽象等问题,无法充分优化进度,导致工期拖延、成本增加[7]。
根据现场情况建立施工进度模型,将二维网络计划图转变为三维模型,通过比对实际施工进度模型与计划进度模型,分析进度情况,为调整提供参考。
3.6 施工模拟
项目C区为逆作施工区,初步规划结构施工顺序后,经过模拟,不满足施工进度要求,且由于周边环境较复杂,没有足够的场地进行材料周转及交通组织规划,于是C区采用双栈桥式逆作法,更新后施工顺序如下:B0板施工→B2板逆作→底板施工→B3板顺作(留土区B3板逆作)→B1板顺作(见图7)。
图7 逆作施工顺序
经过调整,将B0板平面空间作为材料堆放场地及加工车间。其中钢筋加工车间、钢筋堆场等荷载较大,布置在栈桥区域(限载35kPa);木工加工车间、周转料具堆场等荷载较小,布置在非栈桥区域(限载2.5kPa)。
C1区B0,B2板均设栈桥重车道,并设置B0板通向B2板的斜栈桥,方便土方暗挖出土及材料运输,提高施工效率。
B0至B2栈桥间的格构柱设置钢斜撑,增加围护体系稳定性。栈桥重车道荷载严格按照设计荷载进行控制(楼板均布荷载≤35kPa,单车最大质量≤50t)。
4 结语
本工程在施工管理全过程中运用BIM技术,在深化设计、施工工艺、工程进度、施工组织及协调配合方面运用BIM技术进行管理,实现工程管理由3D向4D,5D发展,力求提高工程管理信息化水平、工作效率,为工程全生命周期管理中的施工管理阶段提供数字化信息,充分保障后期运营管理。