BIM技術在蘭州源善·智慧港項目中的智慧化應用

楚英元 趙熙

（八冶建設集團有限公司第一建設公司,甘肅 蘭州 730101）

1 工程概況

蘭州源善·智慧港項目位于甘肅省蘭州市安寧區，東側臨桃林路，南側臨安寧西路，北側臨蘭州機床廠家屬院、蘭州制膠廠家屬院，西側臨地塊內其他二類居住用地。1#樓總建筑面積33 350 m2，上18層/下3層，框架-核心筒結構；2#樓總建筑面積21 070 m2，上22層/下3層，框架結構；3#樓面積9 564 m2，上18層/下3層，剪力墻結構。如圖1所示。

圖1 蘭州源善·智慧港項目效果圖

2 項目重難點

2.1 材料采購、協調管理

本工程塔樓層高、荷載大，采用承插型盤扣腳手架作為模板支架，部分位置存在10 m高支模；盤扣材料的采購、材料周轉工藝、協調管理、現場安裝監督管理均是本工程的管理實施重點。（1）利用BIM技術進行三維排架，出具施工圖指導現場施工一次成型。（2）制作BIM三維施工動畫進行可視化技術交底。（3）將盤扣架BIM模型根據各流水段導出構件材料清單，分析材料周轉用量，提前進行物料調配。

2.2 爬架的設計、安裝及使用

塔樓外架采用全鋼附著式爬架，因其結構存在平面呈弧形、立面呈鼓型的雙曲面變化，異形結構整體式爬架的設計、安裝及使用防護是本工程的一項重難點。（1）使用BIM技術建立爬架框架、附墻支座、防墜器等模型作動態模擬并細化；（2）設計一種固定于爬架走道板上的可調節式水平軟防護裝置；（3）利用共享平臺，將爬架各類細節大樣、主要控制點等利用多種媒介在線共享等作用，便于實施過程中檢查監督。

2.3 保證鋁模施工質量

塔樓核心筒采用鋁模，具有層高較高（4.2 m～4.5 m）、剪力墻較厚（最大墻厚500 mm）、荷載較大等特點，并且結構多變，對鋁模設計、安裝施工均提出了較高要求，如何保證鋁模施工質量是本工程的重點之一。（1）使用BIM技術進行鋁模預排布，優化排模，減少材料耗用；（2）通過BIM模型進行配模模擬、碰撞檢測、預拼裝，及時進行設計修改，規避因設計失誤產生變更，減少返工，縮短工期[1]。

3 基礎BIM專業的應用

3.1 三維場布的應用

利用廣聯達BIM三維場布軟件，將現場三階段場地平面布置圖形成三維可視化場布模型；可視化模型用于深化和優化地貌、現有設施、環境、臨時道路、加工區域、材料、水電、建筑、安全和文明施工等，有助于項目管理人員合理安排現場管理工作。

3.2 基于BIM的圖審及圖紙管理

項目將圖紙三維可視化，現場管理人員通過模型與圖紙結合的方式進行現場圖審，直觀高效；并利用BIM云平臺實現多終端圖紙共享，極大地提高了現場溝通效率。如圖2所示。

圖2 圖紙管理

3.3 三維可視化交底

利用BIM技術進行三維可視化交底，直觀表述項目關鍵工藝過程，提高工人對整個工藝的理解程度，能有效提升現場管理人員的工作效率，有效避免施工過程中的質量問題。如圖3所示。

圖3 三維可視化交底圖

3.4 基于BIM的三維質量樣板

項目除現場布置實體質量樣板展示區之外，還利用BIM技術制作了虛擬樣板展示區，可多終端查看，輔助現場管理人員直觀的描述整個分部分項工程的工序、工藝，將質量要求及創優做法直觀地表示出來[2]，有助于提高溝通效率，有效避免過程中的質量問題。如圖4所示。

圖4 三維質量樣板圖

3.5 機電管線綜合應用

利用BIM技術作單專業平面圖及全專業三維圖，單一專業和全專業三維應在綜合平面通過后發布，并向業主提供咨詢、設計、建設和監督批準的技術支撐，并作為計算的最后基礎，優化后作為BIM模型圖紙，建筑、機械和電氣等模型整體作為建設基礎信息平臺上的模型集合體，詳細反映各專業信息，同時藍圖對于每個管道和設備帶有橫向定位信息和高度定位信息，只需要嚴格按圖施工[3]，便不會出現碰撞的情況，指導現場每個工種平行施工。如圖5、圖6所示。

圖6 機電優化大樣圖

運用三維漫游技術，對管道綜合配置的質量和效果進行目視檢查，對管道安裝效果進行目視檢查，并提出優化計劃，以提高管道安裝的效率和質量。

3.6 鋼結構深化應用

本工程塔樓10層以下為勁性鋼骨柱，對鋼骨柱進行節點優化設計，針對鋼骨柱豎向連接形式、梁柱節點鋼筋連接方式、施工順序安排等均通過BIM技術進行預先優化處理，根據優化結果制作相應節點深化施工模擬視頻[4]，BIM技術預施工驗證優化可行性并直觀展示整體優化效果。如圖7所示。

圖7 塔樓鋼骨柱施工模擬

本工程塔樓塔冠部分為鋼結構，針對塔樓頂部9層鋼結構塔冠使用Tekla軟件進行三維建模，多方協同進行三維化圖紙會審，發現圖紙的問題并解決，最后導入土建、機電整合模型中檢測碰撞與連接，再進行協調圖紙會審，最終以模型為準出量、備料。鋼結構模型如圖8所示。

圖8 鋼結構模型

4 基于BIM技術的應用亮點

4.1 基于BIM技術的高支模應用

蘭州源善·智慧港項目高支模施工選用盤扣式腳手架，使用模板腳手架BIM設計軟件設計模板[5]，BIM模板設計軟件的數據信息（包括圖表、三維圖、材料表及統計資料等形式）支持模具制造并提供最優方案。在保證架體整體穩定、合理的同時，提高架體搭設的可操作性，確保施工順利進行。

本工程高支模施工采用安全監控系統，通過BIM模型計算，檢查出風險最大的部位，安裝高風險位置傳感器，實時監測模板支持鋼管壓力、垂直偏移和傾斜等，并采用無線通信將相關實時數據發送到終端設備，通過接收終端的數據和模型數據進行比較，實現實時數據分析和計算，進而確保高支模施工的安全。如圖9所示。

圖9 高支模安全監控系統

4.2 基于BIM的爬架應用

為了解決爬架防護的問題，項目部人員根據本工程結構特點，借助BIM技術研究出一種固定于爬架走道板上的可調節式水平軟防護裝置，設計流程：利用Revit對爬架和主體弧形結構進行模型的建立[6]，對其間的間隙進行核算，根據間隙的距離對防護結構進行設計，保證樓層與爬架間的防護安全。

利用Revit對腳手架進行建模，由于爬架與結構外緣之間的間隙皆為不規則形狀，故設計為可調節式水平軟防護裝置，與爬架和主體結構進行碰撞檢測，完善設計構件的可行性，同時通過模型模擬拼裝，更加直觀地指導各構件安裝位置和安裝方式。如圖10所示。

圖10 Revit爬架建模與實際成型圖

4.3 基于BIM技術鋁膜施工應用

在Revit中導入結構圖紙創建整體結構模型，使用鋁巨人－鴻業鋁模BIM軟件結合PKPM，根據結構模型進行鋁合金模板虛擬配模、拼模，在完成初步虛擬配模后，使用Revit軟件對整體配模鋁模構件進行細化處理，力求真實展現構件的全部細節尺寸，便于隨后的鋁模深化設計。如圖11所示。

圖11 鋁膜效果圖

節點深化設計：通過BIM技術使用軟件將模型中的細部節點進行單獨拆解，利用BIM模型作為設計、加工、施工等參建方的信息交流平臺，多方參與，共同對重要節點完成細部深化。剖切節點模型生成節點深化圖紙（包括正視圖、背視圖、不同部位側視圖、剖面視圖等），與對應節點的三維立體模型結合對施工及分包單位進行交底，進而能夠清晰、準確地指導施工，完美解決以往鋁合金模板設計施工圖紙難以表述復雜節點的問題。如圖12所示。

圖12 鋁膜深化樓梯圖

加工與預拼裝：根據調整及驗算合格后的虛擬拼模模型，通過BIM軟件將虛擬拼模中建立的所有單塊模板構件分離，提取每個鋁合金模板單體構件信息，添加注釋后即可導出為CAD詳圖，且可根據需要導出構件的三視圖，結合單塊鋁模構件的三維立體影像，可形成一套完整的鋁合金模板BIM技術加工圖。加工廠家甚至可以直接使用BIM模型導入機床系統進行鋁模加工[7]。如圖13所示。

圖13 鋁膜預拼裝圖

5 智慧協同應用

公司在BIM基礎上建立了一個集成的聯合管理平臺，線下和網絡統一平臺提供了完整和專業的圖紙管理、查看和審批圖紙、修改設計、過程控制，實現信息共享和無紙化設計。

建立BIM +智慧平臺，將場地系統和硬件設備集成到統一平臺，創建表單數據中心，在聚合數據和建模平臺基礎上，每個應用系統會形成數據互聯，項目的關鍵指標統一通過直觀圖等形式呈現，實現智能識別和風險預警，從而有助于實現數字化融合與項目管理的智慧化。

BIM模型與目標監測相結合，以持續監測需要監測的事件，并提供智能識別算法，如安全帽、反光衣物、火焰、煙霧、入侵區域、交叉等，能夠隨時挖掘并分析前端視頻圖像數據，可對工地進行安全風險識別，及時為工地人員提供報警、提醒服務。

項目基于現場BIM模型和虛擬危險源的結合，讓工人可以走進虛擬現實場景中，接受沉浸式多場景（火災、觸電等）安全教育。通過沉浸式和互動式體驗，工人的安全意識能顯著增強。如圖14所示。

圖14 部分智慧管理功能圖

6 結語

BIM+智慧工地平臺高度智能化和自動控制技術，能顯著提高工作效率，節約人力成本約10萬元；通過智能材料精細化管理，材料損耗、能源消耗費用合計節約97萬元；通過大型機械操作運行監控，機械運轉效率得到顯著提高，節約維修成本38萬元。以上三項合計節約145萬元。在本項目中總結的《基于BIM的智慧化工地關鍵技術集成研究與應用》成果獲得公司科學技術獎，為今后的類似工程應用提供了寶貴的經驗。