BIM技术在某改造项目中的吊装应用

庄珠海

(紫金矿业建设有限公司,福建 厦门 361000)

近几年,建筑业经历了大发展,国内衍生了许多新建筑。随着社会发展,人们开始越来越重视生态环境的保护。因此越来越多的改造项目将会取代大拆大建,尤其是工业建筑,随着产能的增减以及生产技术的进步乃至装备制造业的发展,将不断衍生出改造项目。改造项目往往施工会受限于原有建筑且许多改造项目已经肩负着生产阶段的功能,在保证安全的前提下如果能最大限度不影响生产线的运行,也是项目管理核心的体现,即为项目增值。钢结构有着绿色环保的特点,管桁架结构其自重轻,跨度大的优势,特别在工业项目中有着较大的优势。但其对加工、施工有着较高的技术要求,特别是钢构的安装、吊装。本文以紫金矿业建设有限公司新疆乌拉根锌矿新增15 000 t/d低品位资源及废石综合利用技改工程锌矿粉堆场膜结构封闭工程为例,通过对已建建筑物、构筑物及拟建建筑进行建模,寻找两者空间位置关系。通过空间位置关系以及考虑桁架变形等因素对吊装机械选型、钢桁架吊点的位置等进行吊装模拟,实现BIM技术可视化及可模拟性的优势。解决传统依靠经验而进行方案决策的弊端。

1 BIM技术在国内应用

BIM技术是基于三维数字模型的信息集成,诞生于20世纪70年代,由美国的“BIM之父”查克·伊斯曼(Charles M. Eastman)教授首次提出。BIM提供的是一种更接近现代化的设计思维模式,作为一种可视化的设计工具,是建筑工程领域继CAD技术出现之后,又一次重大的科技革命,相比传统的二维设计,其可视化、模拟性、优化性、协调性、可出图性等特点及应用流程与装配式装修模式高度契合[1-3]。

国内BIM技术现阶段主要集中在建筑中的多专业碰撞,特别是大体量的管道综合排布应用,尤其地下室的净高要求管道排布。弥补原建筑设计工作中设计师的单专业设计,缺乏对机电各专业之间的碰撞进行深化设计的不足。而在钢构领域,因钢构专业涉及构件工厂加工,现场拼装等工序,因此,在行业内,已经形成了采用Tekla软件进行三维放样再出加工详图的工作模式。而针对现场施工的专业化BIM应用目前还是比较少。

本文主要采用Autodesk旗下的Revit,Navisworks以及MIDAS仿真软件进行技术应用的开展。

2 技术应用案例介绍

2.1 项目概况及背景介绍

本项目位于新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州乌恰县乌拉根矿区。工程结构为钢桁架膜封闭结构,建筑高度约22.3 m,长58.5 m,宽52 m,占地面积为3 042 m2,网架采用正放单榀孤型落地拱钢管桁架,支承形式为周边上弦支承形式,下部为混凝土柱结构(见图1)。

项目当时只有二维CAD图纸,且皮带轮带有坡度斜交于拟建建筑内部,拟建建筑下部有矿粉,如果不通过三维软件进行施工专项方案论证,方案可行性将受阻。

2.2 技术应用总路线

通过BIM建立可能影响到此次吊装施工的模型,包括地形、已投产的皮带廊、矿堆。对拟建模型建模,对图纸有异议地方提前与设计沟通避免后期因图纸问题耽误工期。通过BIM钢构深化模型,提取吊装单元重量,为吊装方案提供可靠依据。将钢构深化模型与现场场地模型进行模型链接,梳理空间位置关系,查找吊车幅度、臂长等关键技术参数,在BIM三维空间中进行模拟测算。对吊装施工顺序、工艺、进度进行模拟,提供三维可视化交底,保证现场吊装施工的安全与质量。钢桁架结构施工吊装工况进行动态仿真模拟,防止变形过大,影响吊装施工。通过BIM的虚拟施工技术,对施工人员进行前期施工的交底工作是必要的,由于在施工初期阶段施工人员的整体素质参差不齐,故使用可视化的方法让施工人员更为直观地感受施工工艺流程,比如,本工程在桁架拼装阶段,通过3D视图,利用Tekla Structures模型[4]更为直观地将拼装顺序、安装顺序进行预演[5]。技术工艺流程图如图2所示。

2.3 技术实施

2.3.1 图纸审查

现阶段,传统的二维平面设计本身就具有抽象性、线条性的特征,存在设计意图表达不明确、信息传递不畅、结构描述不清晰等问题,在利用二维的设计成果对施工进行指导的过程中,缺乏直观性。

因此,在设计人员从三维想象转到二维图纸,施工人员再由二维图纸重构成三维部品部件的过程中,极易出现错、漏、碰、缺等问题。

通过三维建模对施工图进行审查,对施工图中绘制不合理、图纸中有异议的地方反馈给设计单位,待设计单位答复后进行建模。对现场可能影响吊装方案实施的建筑物、构筑物等进行建模。

2.3.2 模型组合

将既有建筑、场地与拟建筑进行模型链接整合到一个项目中。对钢构BIM模型通过IFC文件链接到Revit项目文件中。因为既有皮带廊与钢桁架之间为斜交,空间位置关系较复杂,工程人员通过空间想象往往缺乏严谨性。通过BIM技术进行模拟后,对于方案中不合理的地方可以直观展现(见图3)[6]。

2.3.3 方案论证

利用Revit可视化优势,对原技术方案中吊绳进行绘制,发现原技术方案中吊绳设置不合理,需要进行优化(见图4)。

通过钢构深化模型,因大吊车一次进场后吊装完各榀桁架后才出场,所以需要查询最大起重单元重量,调查项目附近吊车租赁供应情况,查找选定吊车型号,通过吊车型号说明书对吊车幅度、臂长、对应的起重量,绘制出吊车起吊范围,形成三维族,再将吊车族放入到项目文件中(见图5)。可以直观展现出选用吊车合理与可行性。

2.3.4 现场工艺及进度模拟

通过吊装方案,整理采用Navisworks对关键工艺进行吊装模拟,可用于现场动画交底(见图6),使得现场施工作业人员更清晰了解施工过程,提高工程质量与安全。

整体施工顺序与工期计划,将是项目管理过程的主线,将模型与施工顺序及相应的施工进度计划进行关联,形成4D施工模拟。可以更直观地将施工计划传达给项目管理人员与作业人员,使得现场施工关键线路明确,在进行施工进度管理、材料与机械进出场计划、现场拼装场地、材料堆场布置等有着更明确的指引。工序推演汇报更加明晰,对项目管理中可能存在的风险点提前进行规避。

2.3.5 施工工况仿真计算

轻钢桁架结构在吊装过程中,容易引起变形过大的施工风险,因此,为保证施工安全与质量,对于跨度较大的轻钢结构采用仿真模拟软件进行仿真计算。通过仿真计算该桁架变形量约10 cm,通过现场调整,能够满足安装要求(见图7)。

2.4 现场吊装

通过BIM技术已经顺利指导项目现场吊装(见图8)。相对于传统方式,可缩短5%左右工期,降低成本0.5%～2%,取得较好的经济效益。

本施工方法通过对复杂施工工况下轻钢吊装技术的施工过程BIM应用,使得现场进度、质量、安全管理得到有效控制。特别是将三维BIM技术引入到施工吊装作业,有利于提高施工作业水平,改善传统吊装作业中的弊端,获得相关方的肯定,具有良好的社会效益,值得推广应用[7-8]。

3 结论

使用BIM技术,对于复杂条件下的施工具有极大的指导意义。特别是在改造项目中,往往面临施工作业条件更有限,新老建筑空间上相互融合等问题。使得传统施工作业依靠经验,为了项目顺利往往耗费更大资源,加大投入,通过BIM技术,可以使得决策更加科学合理。

现阶段,虽然BIM技术政府部门不断鼓励,企业大量投入,但大部分还处在设计优化等阶段的应用,真正能用于指导现场施工的例子还比较少。因此,在项目实际中,对于复杂项目有着更大的应用优势。钢构吊装在建筑民用安装工程中属于较复杂的工艺,往往需要制定专项施工方案,此类项目很有必要通过BIM技术对其专项方案进行论证。