BIM技术在兰州源善·智慧港项目中的智慧化应用

楚英元 赵熙

（八冶建设集团有限公司第一建设公司,甘肃 兰州 730101）

1 工程概况

兰州源善·智慧港项目位于甘肃省兰州市安宁区，东侧临桃林路，南侧临安宁西路，北侧临兰州机床厂家属院、兰州制胶厂家属院，西侧临地块内其他二类居住用地。1#楼总建筑面积33 350 m2，上18层/下3层，框架-核心筒结构；2#楼总建筑面积21 070 m2，上22层/下3层，框架结构；3#楼面积9 564 m2，上18层/下3层，剪力墙结构。如图1所示。

图1 兰州源善·智慧港项目效果图

2 项目重难点

2.1 材料采购、协调管理

本工程塔楼层高、荷载大，采用承插型盘扣脚手架作为模板支架，部分位置存在10 m高支模；盘扣材料的采购、材料周转工艺、协调管理、现场安装监督管理均是本工程的管理实施重点。（1）利用BIM技术进行三维排架，出具施工图指导现场施工一次成型。（2）制作BIM三维施工动画进行可视化技术交底。（3）将盘扣架BIM模型根据各流水段导出构件材料清单，分析材料周转用量，提前进行物料调配。

2.2 爬架的设计、安装及使用

塔楼外架采用全钢附着式爬架，因其结构存在平面呈弧形、立面呈鼓型的双曲面变化，异形结构整体式爬架的设计、安装及使用防护是本工程的一项重难点。（1）使用BIM技术建立爬架框架、附墙支座、防坠器等模型作动态模拟并细化；（2）设计一种固定于爬架走道板上的可调节式水平软防护装置；（3）利用共享平台，将爬架各类细节大样、主要控制点等利用多种媒介在线共享等作用，便于实施过程中检查监督。

2.3 保证铝模施工质量

塔楼核心筒采用铝模，具有层高较高（4.2 m～4.5 m）、剪力墙较厚（最大墙厚500 mm）、荷载较大等特点，并且结构多变，对铝模设计、安装施工均提出了较高要求，如何保证铝模施工质量是本工程的重点之一。（1）使用BIM技术进行铝模预排布，优化排模，减少材料耗用；（2）通过BIM模型进行配模模拟、碰撞检测、预拼装，及时进行设计修改，规避因设计失误产生变更，减少返工，缩短工期[1]。

3 基础BIM专业的应用

3.1 三维场布的应用

利用广联达BIM三维场布软件，将现场三阶段场地平面布置图形成三维可视化场布模型；可视化模型用于深化和优化地貌、现有设施、环境、临时道路、加工区域、材料、水电、建筑、安全和文明施工等，有助于项目管理人员合理安排现场管理工作。

3.2 基于BIM的图审及图纸管理

项目将图纸三维可视化，现场管理人员通过模型与图纸结合的方式进行现场图审，直观高效；并利用BIM云平台实现多终端图纸共享，极大地提高了现场沟通效率。如图2所示。

图2 图纸管理

3.3 三维可视化交底

利用BIM技术进行三维可视化交底，直观表述项目关键工艺过程，提高工人对整个工艺的理解程度，能有效提升现场管理人员的工作效率，有效避免施工过程中的质量问题。如图3所示。

图3 三维可视化交底图

3.4 基于BIM的三维质量样板

项目除现场布置实体质量样板展示区之外，还利用BIM技术制作了虚拟样板展示区，可多终端查看，辅助现场管理人员直观的描述整个分部分项工程的工序、工艺，将质量要求及创优做法直观地表示出来[2]，有助于提高沟通效率，有效避免过程中的质量问题。如图4所示。

图4 三维质量样板图

3.5 机电管线综合应用

利用BIM技术作单专业平面图及全专业三维图，单一专业和全专业三维应在综合平面通过后发布，并向业主提供咨询、设计、建设和监督批准的技术支撑，并作为计算的最后基础，优化后作为BIM模型图纸，建筑、机械和电气等模型整体作为建设基础信息平台上的模型集合体，详细反映各专业信息，同时蓝图对于每个管道和设备带有横向定位信息和高度定位信息，只需要严格按图施工[3]，便不会出现碰撞的情况，指导现场每个工种平行施工。如图5、图6所示。

图6 机电优化大样图

运用三维漫游技术，对管道综合配置的质量和效果进行目视检查，对管道安装效果进行目视检查，并提出优化计划，以提高管道安装的效率和质量。

3.6 钢结构深化应用

本工程塔楼10层以下为劲性钢骨柱，对钢骨柱进行节点优化设计，针对钢骨柱竖向连接形式、梁柱节点钢筋连接方式、施工顺序安排等均通过BIM技术进行预先优化处理，根据优化结果制作相应节点深化施工模拟视频[4]，BIM技术预施工验证优化可行性并直观展示整体优化效果。如图7所示。

图7 塔楼钢骨柱施工模拟

本工程塔楼塔冠部分为钢结构，针对塔楼顶部9层钢结构塔冠使用Tekla软件进行三维建模，多方协同进行三维化图纸会审，发现图纸的问题并解决，最后导入土建、机电整合模型中检测碰撞与连接，再进行协调图纸会审，最终以模型为准出量、备料。钢结构模型如图8所示。

图8 钢结构模型

4 基于BIM技术的应用亮点

4.1 基于BIM技术的高支模应用

兰州源善·智慧港项目高支模施工选用盘扣式脚手架，使用模板脚手架BIM设计软件设计模板[5]，BIM模板设计软件的数据信息（包括图表、三维图、材料表及统计资料等形式）支持模具制造并提供最优方案。在保证架体整体稳定、合理的同时，提高架体搭设的可操作性，确保施工顺利进行。

本工程高支模施工采用安全监控系统，通过BIM模型计算，检查出风险最大的部位，安装高风险位置传感器，实时监测模板支持钢管压力、垂直偏移和倾斜等，并采用无线通信将相关实时数据发送到终端设备，通过接收终端的数据和模型数据进行比较，实现实时数据分析和计算，进而确保高支模施工的安全。如图9所示。

图9 高支模安全监控系统

4.2 基于BIM的爬架应用

为了解决爬架防护的问题，项目部人员根据本工程结构特点，借助BIM技术研究出一种固定于爬架走道板上的可调节式水平软防护装置，设计流程：利用Revit对爬架和主体弧形结构进行模型的建立[6]，对其间的间隙进行核算，根据间隙的距离对防护结构进行设计，保证楼层与爬架间的防护安全。

利用Revit对脚手架进行建模，由于爬架与结构外缘之间的间隙皆为不规则形状，故设计为可调节式水平软防护装置，与爬架和主体结构进行碰撞检测，完善设计构件的可行性，同时通过模型模拟拼装，更加直观地指导各构件安装位置和安装方式。如图10所示。

图10 Revit爬架建模与实际成型图

4.3 基于BIM技术铝膜施工应用

在Revit中导入结构图纸创建整体结构模型，使用铝巨人－鸿业铝模BIM软件结合PKPM，根据结构模型进行铝合金模板虚拟配模、拼模，在完成初步虚拟配模后，使用Revit软件对整体配模铝模构件进行细化处理，力求真实展现构件的全部细节尺寸，便于随后的铝模深化设计。如图11所示。

图11 铝膜效果图

节点深化设计：通过BIM技术使用软件将模型中的细部节点进行单独拆解，利用BIM模型作为设计、加工、施工等参建方的信息交流平台，多方参与，共同对重要节点完成细部深化。剖切节点模型生成节点深化图纸（包括正视图、背视图、不同部位侧视图、剖面视图等），与对应节点的三维立体模型结合对施工及分包单位进行交底，进而能够清晰、准确地指导施工，完美解决以往铝合金模板设计施工图纸难以表述复杂节点的问题。如图12所示。

图12 铝膜深化楼梯图

加工与预拼装：根据调整及验算合格后的虚拟拼模模型，通过BIM软件将虚拟拼模中建立的所有单块模板构件分离，提取每个铝合金模板单体构件信息，添加注释后即可导出为CAD详图，且可根据需要导出构件的三视图，结合单块铝模构件的三维立体影像，可形成一套完整的铝合金模板BIM技术加工图。加工厂家甚至可以直接使用BIM模型导入机床系统进行铝模加工[7]。如图13所示。

图13 铝膜预拼装图

5 智慧协同应用

公司在BIM基础上建立了一个集成的联合管理平台，线下和网络统一平台提供了完整和专业的图纸管理、查看和审批图纸、修改设计、过程控制，实现信息共享和无纸化设计。

建立BIM +智慧平台，将场地系统和硬件设备集成到统一平台，创建表单数据中心，在聚合数据和建模平台基础上，每个应用系统会形成数据互联，项目的关键指标统一通过直观图等形式呈现，实现智能识别和风险预警，从而有助于实现数字化融合与项目管理的智慧化。

BIM模型与目标监测相结合，以持续监测需要监测的事件，并提供智能识别算法，如安全帽、反光衣物、火焰、烟雾、入侵区域、交叉等，能够随时挖掘并分析前端视频图像数据，可对工地进行安全风险识别，及时为工地人员提供报警、提醒服务。

项目基于现场BIM模型和虚拟危险源的结合，让工人可以走进虚拟现实场景中，接受沉浸式多场景（火灾、触电等）安全教育。通过沉浸式和互动式体验，工人的安全意识能显著增强。如图14所示。

图14 部分智慧管理功能图

6 结语

BIM+智慧工地平台高度智能化和自动控制技术，能显著提高工作效率，节约人力成本约10万元；通过智能材料精细化管理，材料损耗、能源消耗费用合计节约97万元；通过大型机械操作运行监控，机械运转效率得到显著提高，节约维修成本38万元。以上三项合计节约145万元。在本项目中总结的《基于BIM的智慧化工地关键技术集成研究与应用》成果获得公司科学技术奖，为今后的类似工程应用提供了宝贵的经验。