BIM技術(shù)在隔震層鋼梁施工中的應(yīng)用

曹永順 張曉雨 嚴(yán)嘉耕

隨著鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的推廣，BIM技術(shù)也迎來(lái)了一個(gè)新的發(fā)展機(jī)會(huì)。BIM技術(shù)利用相關(guān)軟件（如Revit）對(duì)相關(guān)構(gòu)筑物建立一個(gè)多維立體信息模型，輔助工程管理人員對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工中存在的重難點(diǎn)部位進(jìn)行全過(guò)程輔助指導(dǎo)，相比傳統(tǒng)二維圖紙較大提高了施工進(jìn)度。文章主要探討在水電十局西昌川興棚改項(xiàng)目中隔震鋼梁安裝施工中BIM的應(yīng)用情況。

BIM技術(shù); 鋼結(jié)構(gòu); 建筑全周期; 深化設(shè)計(jì)

TU741.3B

[定稿日期]2021-08-13

[作者簡(jiǎn)介]曹永順（1982～），男，本科，工程師，從事房屋建筑工程施工與技術(shù)管理工作;張曉雨（1998～），男，本科，從事建設(shè)工程施工技術(shù)與管理工作;嚴(yán)嘉耕（1994～），男，本科，助理工程師，從事建設(shè)工程施工技術(shù)與管理工作。

在鋼結(jié)構(gòu)施工中因其構(gòu)件是預(yù)先制作等原因，會(huì)出現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)施工發(fā)生沖突影響施工進(jìn)度及施工質(zhì)量等問(wèn)題。但有了BIM技術(shù)的輔助，之前這些長(zhǎng)期困擾一線施工管理人員的問(wèn)題就能很好地解決。

1 工程概況

本文以中國(guó)水電十局西昌區(qū)域川興棚改項(xiàng)目為實(shí)際分析對(duì)象，水電十局西昌川興棚戶區(qū)改造項(xiàng)目位于四川涼山彝族自治州西昌市，川興棚改項(xiàng)目總規(guī)劃凈用地面積約5.8×104 m2，規(guī)劃總建筑面積約29×104 m2，其中地下建筑面積約7.8×104 m2。本工程共18個(gè)單體，其中1#～15#、17#～18#樓采用隔震技術(shù)，抗震設(shè)防類別為丙類;建筑物分兩部分，以隔震層為分隔，上部結(jié)構(gòu)均通過(guò)隔震支座支承于地下室的頂板上，在建筑一層下設(shè)置隔震層，在隔震層梁中設(shè)置鋼梁構(gòu)建提高隔震層整體強(qiáng)度。在隔震層鋼梁施工過(guò)程中前期應(yīng)用BIM技術(shù)輔助鋼梁的設(shè)計(jì)優(yōu)化以及生產(chǎn)，后期運(yùn)用BIM技術(shù)輔助現(xiàn)場(chǎng)安裝施工以及其多構(gòu)件匯交復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的施工優(yōu)化。

2 BIM技術(shù)在前期的應(yīng)用情況

2.1 BIM技術(shù)輔助鋼梁設(shè)計(jì)深化

模型建立人員首先根據(jù)隔震層鋼梁的實(shí)際圖紙進(jìn)行相應(yīng)的模型建立，在相關(guān)軟件中可以根據(jù)各方需求進(jìn)行視角調(diào)整來(lái)發(fā)現(xiàn)模型是否存在缺陷，在確認(rèn)模型的建立不存在問(wèn)題后就可以安排施工。

因?yàn)殇摿航Y(jié)構(gòu)異常復(fù)雜不同于一般鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，在試品到場(chǎng)安裝后，發(fā)現(xiàn)諸多與現(xiàn)場(chǎng)隔震支座以及主體結(jié)構(gòu)有沖突的地方，BIM技術(shù)運(yùn)用不同平臺(tái)軟件和插件來(lái)幫助隔震層鋼梁設(shè)計(jì)的細(xì)化，主要針對(duì)各細(xì)節(jié)部位，通過(guò)模型繪制后與現(xiàn)場(chǎng)原有總平模型的交匯融合，就會(huì)發(fā)現(xiàn)諸多存在沖突的地方，為更好地后期設(shè)計(jì)變更，軟件會(huì)根據(jù)用戶實(shí)際需要自動(dòng)生成鋼結(jié)構(gòu)更為詳細(xì)的設(shè)計(jì)圖，通過(guò)與設(shè)計(jì)方的有效溝通，圖上標(biāo)注出存在問(wèn)題的地方，以便后期進(jìn)行設(shè)計(jì)修改。

2.2 BIM在隔震層鋼梁的加工制造環(huán)節(jié)的應(yīng)用。

與傳統(tǒng)小型鋼制品的制作不同，隔震層鋼梁的制作生產(chǎn)以及管理上幾乎全部需要人工去監(jiān)督。這其中包括施工圖紙的校驗(yàn)，加工過(guò)程的檢查，制作工藝的監(jiān)督等。如果這其中哪一步出現(xiàn)了問(wèn)題，就會(huì)造成整根鋼梁無(wú)法安裝施工，進(jìn)而影響工期。在這種成本高且又無(wú)法避免質(zhì)量問(wèn)題的情況下。就需要在鋼梁生產(chǎn)廠家構(gòu)建一整套智能化生產(chǎn)系統(tǒng)。

如同傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)中基于CAD的模型就能夠支持制造流程一樣，BIM技術(shù)運(yùn)用專門開發(fā)的建筑信息模型輔助軟件，如Revit Structure等信息軟件，也可以支持結(jié)構(gòu)制造流程。在這套智能系統(tǒng)中，所有與鋼結(jié)構(gòu)有關(guān)的圖形都已經(jīng)包含在了Revit以及Structure設(shè)計(jì)模型中。這些鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息可以導(dǎo)入到CIS/2文件中（一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，用來(lái)交換鋼結(jié)構(gòu)信息），便于在鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)應(yīng)用中重新使用。

將建筑信息模型（BIM）用于隔震層鋼梁的詳圖設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)，這樣隔震層鋼梁從設(shè)計(jì)到制造實(shí)現(xiàn)了全流程智能化。在鋼梁生產(chǎn)過(guò)程中重復(fù)利用設(shè)計(jì)模型不但提高了工作效率，而且改進(jìn)了制造。此外，鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)和制造軟件中使用的信息是基于高度精確、協(xié)調(diào)、一致的建筑信息模型的數(shù)字設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)完全值得在相關(guān)的建筑活動(dòng)中共享。

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在完成隔震層鋼梁的加工詳圖設(shè)計(jì)后，專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)或承包商還可以利用該加工詳圖進(jìn)行BIM四維建模，后期施工過(guò)程中項(xiàng)目管理人員也可以利用這套模型與其它建筑專業(yè)模型（如MEP和建筑設(shè)計(jì)）進(jìn)行沖突碰撞檢查。初期的制造模型并不代表最后的竣工狀況，因?yàn)樵阡摻Y(jié)構(gòu)安裝階段可能還會(huì)發(fā)生諸多變更。因此在施工前期對(duì)鋼梁鋼筋進(jìn)行模型模擬碰撞檢查時(shí)是必要的，尤其是施工復(fù)雜空間狹小的建筑隔震層中更是這樣。

3 BIM技術(shù)在隔震層鋼梁施工現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

3.1 隔震鋼層梁分段吊裝

本項(xiàng)目隔震層鋼梁主要為大型工字型帶栓釘鋼構(gòu)件，隔震層鋼梁部件的節(jié)點(diǎn)連接方式為焊接及氬弧焊接。川興項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)工程的組成構(gòu)件多，拼裝連接節(jié)點(diǎn)數(shù)量大。且本工程鋼梁的安裝需要進(jìn)行高空作業(yè)，也為鋼結(jié)構(gòu)的施工安裝帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)，結(jié)合川興項(xiàng)目的鋼結(jié)構(gòu)工程特點(diǎn)，本工程選用大型汽車吊從樓面中心部位向外的順序分段吊裝（圖1）。

隔震層鋼梁分段吊裝的構(gòu)件種類多數(shù)量大且安裝繁雜，選用專門的鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行建模，通過(guò)構(gòu)建三維模型精確到各個(gè)構(gòu)件的分段形式和各個(gè)節(jié)點(diǎn)的形式，保證整個(gè)隔震層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3.2 鋼筋綁扎處理

在川興項(xiàng)目中，不是單純考慮鋼梁安裝問(wèn)題，還要考慮鋼梁安裝后，以鋼梁為主體骨架，在其上進(jìn)行鋼筋綁扎施工形成隔震層主體梁板鋼筋網(wǎng)架。

在解決鋼梁吊裝以及安裝施工的難點(diǎn)問(wèn)題后，借助BIM技術(shù)對(duì)基于鋼梁的鋼筋綁扎進(jìn)行輔助調(diào)整。

3.2.1 隔震層鋼梁兩側(cè)構(gòu)造筋的放置

傳統(tǒng)施工做法是在梁箍筋放置后再進(jìn)行構(gòu)造筋的放置，這就導(dǎo)致后期梁兩側(cè)構(gòu)造筋很難放置，不得不打斷后再放置然后再焊接，這樣勢(shì)必會(huì)對(duì)隔震層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有影響。BIM軟件可以仿真模擬鋼結(jié)構(gòu)施工安裝過(guò)程中的各個(gè)階段，在施工前對(duì)安裝施工結(jié)果進(jìn)行模擬就可以分析不同的安裝順序的成效。檢查并發(fā)現(xiàn)可能會(huì)出現(xiàn)的影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素。在BIM技術(shù)的輔助下，對(duì)鋼梁鋼筋綁扎順序進(jìn)行了提前模擬，成功避免了工期延誤以及施工順序的先后對(duì)隔震層結(jié)構(gòu)的影響（圖2）。

3.2.2 鋼梁的主體一層墻柱豎向鋼筋的放置

對(duì)于基于鋼梁的豎向墻柱插筋問(wèn)題，在對(duì)其他項(xiàng)目的考察中發(fā)現(xiàn)，大部分鋼梁生產(chǎn)廠家會(huì)在出廠前按設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谙嚓P(guān)節(jié)點(diǎn)上作機(jī)械連接套筒的焊接，但是在到了施工現(xiàn)場(chǎng)會(huì)發(fā)現(xiàn)，按結(jié)構(gòu)圖紙的墻柱豎向插筋套筒中大概70 %都存在位置偏差，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鋼筋綁扎時(shí)不得不重新進(jìn)行套筒焊接，增加的施工量對(duì)項(xiàng)目施工進(jìn)度造成較大影響。

川興項(xiàng)目在隔震層鋼梁生產(chǎn)加工前，運(yùn)用BIM技術(shù)把隔震層上部的剪力墻及暗柱的鋼筋建立模型并且進(jìn)行深度檢查優(yōu)化。通過(guò)BIM軟件把上部墻柱鋼筋與已經(jīng)建立的鋼梁模型進(jìn)行融合碰撞檢查，就可以發(fā)現(xiàn)一些無(wú)法穿鋼梁需要設(shè)置套筒的節(jié)點(diǎn)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)記，在生產(chǎn)階段就可以在鋼梁相關(guān)節(jié)點(diǎn)部位設(shè)置機(jī)械套筒，做到精準(zhǔn)安裝焊接，無(wú)現(xiàn)場(chǎng)二次返工焊接，就能節(jié)省施工時(shí)間。

在川興項(xiàng)目中BIM技術(shù)能夠4D模擬仿真深度分析隔震層鋼梁的前期制作以及施工安裝，提前模擬演練吊裝過(guò)程的先后順序以及鋼梁上的鋼筋綁扎，提前排除在施工安裝過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整，修改設(shè)計(jì)方案。通過(guò)軟件模擬分析各個(gè)施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的施工進(jìn)度，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，為施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作提供參考依據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

水電十局川興項(xiàng)目從項(xiàng)目初始的臨場(chǎng)布置，到全建筑全專業(yè)的BIM應(yīng)用。為整個(gè)川興項(xiàng)目的進(jìn)度推進(jìn)及質(zhì)量管理提供了有力支持。在鋼梁工程中的BIM應(yīng)用更是如此，實(shí)現(xiàn)鋼梁的生產(chǎn)加工和BIM技術(shù)的應(yīng)用不僅需要相關(guān)智能化軟件平臺(tái)的輔助，還需要鋼結(jié)構(gòu)加工設(shè)備的保障，在川興項(xiàng)目實(shí)施BIM技術(shù)過(guò)程中還制定了適合本項(xiàng)目的BIM技術(shù)管理辦法。可以有效推進(jìn)信息數(shù)據(jù)分析同施工現(xiàn)場(chǎng)的鏈接，提高管理生產(chǎn)效率。在項(xiàng)目全周期使用BIM技術(shù)，培養(yǎng)員工的BIM三維立體模型思考模式。作為工程項(xiàng)目中的信息中樞應(yīng)該縱覽全局著手于細(xì)節(jié)，全面覆蓋整個(gè)項(xiàng)目的前期設(shè)計(jì)，過(guò)程施工，后期維護(hù)等各個(gè)階段，施工單位利用BIM技術(shù)優(yōu)化管理，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全周期BIM信息化管理，真正發(fā)揮BIM技術(shù)的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。

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