BIM技术在某超高层项目施工阶段的应用

2022-04-01张建帮

中华建设 2022年3期

张建帮

BIM虚拟建造是通过三维可视化的方式模拟专项施工组织方案的动态过程，并对施工方案的可行性进行验证，同时也可以对施工班组进行交底，虚拟建造是施工阶段BIM应用的核心，只有做到虚拟建造先行，为后续施工保驾护航，才能真正实现数字孪生工地的目标。

超高层建筑是显示地区经济水平及科技发展实力的重要标志，超高层建筑在施工中通常会涉及很多施工难点，包括深基坑、施工测量、塔吊爬升、核心筒爬模、超高层泵送混凝土、钢结构安装、高支模施工、机电安装、幕墙等方面对施工项目管理和安全管理带来巨大挑战。BIM技术以三维数据模型的特性，通过模型虚拟仿真建造，模型数据集成对接，模型三维协同等方式，可以从技术和管理上，为超高层施工项目管理赋能，解决技术难点，提升管理水平。

一、项目概况

本项目位于陕西省西安，总占地约298亩，建成以后集501米超高层，会议中心、甲级办公、五星级酒店、四星级酒店、商业中心、高端公寓为一体的综合体项目。

项目在前期规划阶段就明确了BIM全过程应用的目标，其中在施工阶段，以BIM顾问公司牵头，联合施工总包及各分包单位共同应用。施工阶段BIM实施，从项目标准规划、BIM图纸会审、施工虚拟建造模拟分析、施工技术应用四个方面进行应用，其中虚拟建造模拟分析是施工阶段BIM应用的核心，重点对本项目施工关键技术及专项施工方案进行虚拟建造模拟分析，不仅对施工方案的可行性进行了验证，同时也为项目施工班组进行三维技术交底，为项目施工带来巨大价值。

二、项目标准规划

项目BIM标准规划基于项目组织、流程、交付三项原则制定，其中组织确定项目BIM实施目标、BIM参与涉及单位、模型操作与应用要求等内容，流程确定各参与单位之间的实施界面与分工流程，同时确定各参建单位组成项目全过程BIM实施的进度、质量要求，交付确定项目最终成果交付内容，包括成果交付形式、格式及技术标准。

三、BIM图纸会审

针对设计图纸问题，在施工准备阶段，利用BIM模型设计图纸进行三维技术会审，对问题类型分成冲突碰撞类检查、图纸一致性检查、设计合理性检查、图纸完整性检查四类问题进行核查。本项目根据设计图纸的不断调整，地下室部分土建问题报告共更新5版，累计发现并解决建筑、结构设计问题94条。机电问题报告共更新8版，累计发现并解决机电管线排布、净高问题167条。

四、重难点方案BIM虚拟建造模拟分析

1.超大体积筏板“溜管布料”

本项目塔楼筏板基础面积约7900㎡，主要厚度5m，一次浇筑方量达3.18万m³。采用施工总包单位自主研发无间歇溜管法浇筑技术进行施工，并利用BIM技术模拟溜管系统各部分功能、施工工艺及车辆行进路线，给施工班组进行可视化交底。现场东西共布置8套溜管，浇筑流程（润管→卸料→布料→转换→洗管→收面），依次从最远端退进的形式进行布料，形成“一条主管、两条转动槽”同时浇筑，项目利用“BIM+新工艺”的方式实现了50h完成筏板基础浇筑及收面的速度。

2.贝雷架钢栈桥安装模拟

因项目施工场地受限，无法形成环路，项目结合现场情况采用贝雷架+型钢组成临时钢栈桥，为浇筑期间行车提供便利，通过运用BIM技术对工况进行推演模拟，安拆流程、操作要点三维交底，优化了钢管柱凹口开槽，增加了贝雷架与双拼工字钢的接触面积，更加安全可靠，可视化的同时提升组织预见性，最终实现了安装5天，拆除2天的速度，详见图1。

图1 贝雷架钢栈桥安装模拟

3.垂直运输机械安拆模拟

本项目钢结构吊装量大，结构变截面，需结合顶升平台爬升、钢结构吊装、土建施工、塔吊转换等综合分析制定爬升规划，其中塔吊空中安拆8次，爬升25次，平台顶升112次；通过BIM模拟塔吊平面布置、附墙预埋位置及塔吊与平台、布料机、钢骨柱等空间位置关系，保证了附墙支座预埋精度，避免了塔吊吊装碰撞风险，提高了施工效率。

4.集成顶升平BIM应用

超高层建造核心技术为集成顶升平台。跨越钢骨层、钢筋绑扎层、模板层、混凝土养护层4个工作面，共分为六大系统。（1）新型装配式整体顶升钢平台系统；（2）新型牛腿附墙式顶升平台支撑系统；（3）组合拼装外挂架系统；（4）钢模板支撑加固系统；（5）超高泵送快速布料系统；（6）全方位智能监控系统。为保障顶升平台各项参数符合规范要求，通过Midas建立计算模型，从施工状态及爬升状态，对三个施工阶段顶升平台钢桁架、支撑柱、附墙牛腿进行位移应力验算，结果满足设计及规范要求，并结合行业专家多次研讨论证，最终确定施工方案。

本项目核心结构有两次较大截面变化，为适应这种变化，项目研发了一种新型的装配空间网格式结构体系，将传统二维受力改为空间受力，有效提高结构刚度；内筒为整体焊接，外筒为特制装配桁架，截面变化后只需将外框装配式桁架拆除，加快了钢平台拆改的效率；同时可降低材料损耗，方便周转使用。BIM从结构上模拟该结构体系构造，并从模型中提取工程量方便了商务招标定价与原材的采购，控制了成本。

集成顶升平台智能检测系统是保障顶升平台实时状态安全的重要措施，本项目通过传感器集成结合BIM平台展示的方式，搭建智能检测系统。传感器点位根据平台荷载集中位置即贯通主桁架两侧进行布置，且避开后续平台拆改部位，主要放置在桁架梁上翼缘下部与下翼缘上部，针对桁架腹杆的监测点位布置在腹杆中部腹板处，能够有效监控平台重载区及危险部位桁架的应力变化情况，将数据集成在智能监测系统中，可实时反应平台最不利情况，并进行实时警示。

除上述关键工艺的BIM应用，本项目在施工阶段还利用BIM技术应用于项目进度管理、质量安全管控、施工界面辅助、分包工程量核算等场景中。