BIM 技術在會展鋼結構建筑施工中的應用

0 引言

隨著信息技術的迅猛發展，傳統建筑行業緊抓信息化和大數據的發展機遇，通過BIM 技術推進建筑業實現信息化同時BIM 技術的應用提高了建筑施工的管理水平和管理效率

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健康有效的水利工程是發揮水利效益的基礎，目前，灌區改造更新工程由于受資金的限制，部分只能帶病運行，埋下了很多安全隱患。據調查，我國已有220個大型灌區存在老化失修的情況，有超過105個大型水庫存在各種程度的險情，其中超過70%的嚴重老化損壞，水利效益無法完全發揮，不但影響了供水的持續性，還無法滿足農業需求。

BIM 技術的應用具有明顯可視化的特點，可以發揮出較強的優化輔助效果，促使項目管理人員借助該技術更全面地了解施工要素，規避具體施工中可能出現的繁亂問題

。BIM 技術能夠輔助管理人員實時掌握施工任務的執行情況，在三維立體模型中予以呈現，有助于更好提升整體施工管理效果

。

通過BIM 技術的應用制作施工模擬動畫，實現建設工程項目建設過程的可視化，以直觀、方便的視角發現設計、施工方案中的不合理之處，及時修改和完善，提升施工方案的合理性，有效縮短建設工期，提高建設工程的質量

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(1) 南端采用大鍋底形土方開挖(見圖8)方法，不符合設計要求的分段、分層開挖的要求，導致土方開挖過程中基坑及周邊環境急劇變形。

1 工程概況

山西瀟河國際會展中心中間組團項目位于山西省太原市綜合改革示范區瀟河產業園區。該項目地下一層，地上二層，每個結構層內均設置夾層。建筑屋面形式造型復雜，結構屋蓋頂標高為24m，主體結構形式采用鋼筋混凝土框架結構，局部結構為型鋼混凝土和鋼構件，屋蓋結構分3 部分，分別為4 個角頂、十字交通走廊玻璃頂和1 個中間圓頂。本工程屋蓋結構采用液壓整體同步提升技術進行施工安裝，具體建筑結構形式如圖1、2 所示。

今年五一期間，從北京駕車前往河南的梁先生，路過京石高速保定分公司徐水服務區西站。加油后，他在站內電子觸摸屏前，輸入目的地，最優線路立即呈現。緊接著,他又來到加油站線下消費區，發現這里不僅可以放松休息，而且能享受免費WIFI上網、免費刊物閱讀等超值服務。梁先生興奮地說：“頭一回見！這加油站太牛了。”遼寧一客戶在加油站留言本上寫道：“以前到加油站來，怎么快怎么好，現在都愿意多待一會兒。”

該項目節點復雜，存在鋼管桁架，包括單曲弧度和雙曲弧度形式，變徑、焊接球、箱型懸挑等多種形式；施工工藝復雜，包含高空桿件嵌補、高空焊接、提升支架轉移等工藝；高空作業量大，施工周期短，各專業交叉作業頻繁。整體提升過程、高空嵌補、逐級卸載、原位拼裝等施工方法交替進行，施工過程和順序較為復雜。

不脫則嫌熱、脫后則嫌冷的是春天；不送則不靈、送后則不廉的是春節；不看則失落、看后則失望的是春晚；不乘則難歸、乘后則難受的，是春運；不做則無趣、做后則無力的是春夢；不露則淑女、多露則熟女的是春光。

2 BIM 技術在會展鋼結構建筑中的具體應用

2.1 BIM 模型搭建與優化

在本項目中，BIM 技術人員利用Tekla 與Revit 軟件完成了土建與鋼結構BIM 模型的搭建，包括鋼屋架以下鋼混結構部分、8.3m 標高鋼平臺部分、管桁架屋架部分、屋面維護結構部分以及結構外側旋轉樓梯部分，如圖3 所示。

2.1.1 鋼屋架下部鋼混結構建模優化

鋼屋架下部鋼混結構部分，即型鋼混凝土柱與型鋼混凝土梁，由型鋼、主筋、箍筋及混凝土組合而成，結構形式復雜。在施工過程中涉及鋼結構與土建兩個專業交叉作業，碰撞問題不可避免，是施工過程中的難點。通過BIM 模型，對鋼結構與鋼筋位置進行實際放樣，在型鋼上預留穿筋孔或布置鋼筋套筒，避免現場開孔作業，進而保證現場施工順利進行，如圖4 所示。

2.1.2 8.3m 鋼平臺梁柱節點優化

8.3m 鋼梁平臺是整個項目中最大的鋼結構部分，用鋼量達2 360t，東西兩側外挑平臺最大梁跨度為36m，中廳十字過道鋼梁跨度為27m，鋼梁與型鋼混凝土柱、型鋼混凝土梁通過預設外伸牛腿或者埋件的形式連接。通過BIM 模型，發現鋼梁與鋼混梁連接節點存在多處碰撞，通過對該節點進行優化，增加了在混凝土梁中預埋鋼接點，在鋼混梁上增加節點板的方式，解決了節點碰撞問題，如圖5 所示。

2.5.4 液壓同步提升法

本項目屋頂桁架結構類型為非對稱空間管桁架結構，一個節點最多有14 根鋼管相交相貫。通過建立BIM 模型，發現碰撞沖突問題復雜，通過優化，調整部分桿件的截面及位置，優化節點空間，為車間后期的制作安裝創造便利條件，如圖6 所示。

2.1.4 提升吊點及加強桿件增設優化

妊娠期糖尿病（GDM），指在妊娠期間首次發現或者發生的糖尿病，是比較特殊的一種糖尿病類型，對孕婦和嬰兒的身心健康有較大的威脅，可能嚴重影響嬰兒的身體情況和發育，并且導致孕婦并發高血壓等并發癥，而妊娠期糖尿病患者早期進行有效治療后，可以減輕糖尿病對自身和嬰兒的損傷，因此，研究妊娠期糖尿病正規治療對妊娠結局的影響對提高妊娠成功率、分娩成功率具有至關重要的意義。該次研究回顧調查醫院內2015年9月—2018年9月收治的200例患者為研究對象，現將研究結果報道如下。

本工程屋蓋管桁架采用液壓整體提升技術進行安裝施工，為了保證方案的順利實施，對屋架結構進行了優化補充設計，增加了起吊節點及區域加強桿件，如圖7 所示。

2.2 場地布置BIM 模型搭建與優化

2.2.1 場地布置BIM 模型搭建

過去的數學課堂教學，因為受到應試教育的影響，特別強調對規律、理念等既定知識的把握，同時經過廣泛的應用與練習給予加強，而忽略指引學生對知識產生經過的分析與感受，具有相對普遍的“重視結果輕視過程”狀況。實際上，在認識與探索知識的產生與發展過程當中，學生學習到的是處在水平關鍵地位的普遍方式，并且在這個過程當中，學生體會到的是不斷建設新知識體系的樂趣。對于學生而言，這就是一種創造。應該精準地掌握知識產生發展的經過，這要求教師不應該只深入鉆研課本的內在機制，還應該仔細探索學生的學習想法，應該尋求到知識邏輯與學生內心的邏輯默契之處[2]。

本工程每個區桿件約3 300 根，高空焊口約6 600 道，屋面檁條約6 510m，馬道約400m，若采用常規的分件高空散裝方案，需要搭設大量的高空支架，每個區支架最低搭設19m，最高搭設26m，搭設支架約120 處。不但高空組裝、焊接工作量巨大，而且存在較大的質量、安全風險，施工的難度較大，并且對整個工程的施工工期會有很大的影響，方案的技術經濟性指標較差，如圖11 所示。

本工程借助BIM 三維模型，對復雜作業節點和整體施工進行方案模擬比選優化，對項目部技術人員和施工班組進行三維動畫交底；采用數字化三維虛擬預拼裝技術，精確控制桁架端部提升坐標。通過BIM 技術的有效應用，提高本工程項目的施工質量。

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本項目利用BIM 技術在滿足施工要求的情況下進行機械設備的選擇，同時，對施工機械的作業參數進行驗證。利用BIM技術模擬施工機械的現場布置，對不同的施工機械組合方案進行對比模擬，比如：塔吊的個數和位置，施工車輛的運行路線等，制定出符合項目特征、工藝設計以及現場環境的施工機械布置方案。規避施工現場中可能出現的施工協調問題，達到安全文明施工的目的。

當xe=1時，單元為實體結構；當xe=0時，單元為空洞結構.通過控制懲罰指數p的大小可以使單元密度或快或慢地逼近0或者1，這樣便使得目標函數接近理想狀態下0～1的離散結構，并取得最優材料分布結構.

為了避免施工現場出現材料堆放混亂，施工場地布置時要考慮材料堆場，合理地進行材料的堆放。利用BIM 技術建立的場地模型，結合施工進度計劃中的施工節點，對各個節點所需構件和其他材料機械進行清點，確定構件的進場量、進場順序，選擇最佳堆放位置，減少因二次搬運產生的費用，降低施工成本。

2.2.3 施工機械布置方案優化

也不止這一夜。但是接連幾天易先生都沒打電話來。她打電話給易太太，易太太沒精打彩的，說這兩天忙，不去買東西，過天再打電話來找她。

機械設備的選擇對施工項目的進度、質量均有直接影響。大型機械設備進場之后，必須規范其作業位置以及作業半徑，保證不會與其他設備設施發生碰撞。

2.2.2 施工現場物料堆場優化

本工程通過方案的模擬、比選、優化，最終確定采用350t、80t、25t 汽車吊組合，350t 汽車吊負責將25t 汽車吊吊至8.3m 處樓面，80t 汽車吊主要分布于外圍和中間十字走廊，用于分片吊裝十字走廊坡屋頂的桁架和外圍懸挑部分，2 臺25t 汽車吊在C 區、D 區標高8.3m 樓板處進行拼裝，25t 汽車吊行走路線區域內的腳手架應保留不進行拆除。場區分區圖如圖9 所示。

2.3 BIM 技術輔助施工方案編制

合理的施工方案可以減少工程質量問題、安全問題，減少返工和整改，采用BIM 技術對施工方案進行全流程模擬分析，包括施工現場布置、機械設備站位安排、施工順序、施工方法、關鍵工序、安全文明施工、注意事項等，對施工方案的可行性進行分析驗證，從三維立體的角度發現施工方案中的不合理之處，優化方案。

2.4 BIM 技術在施工進度計劃編制中的應用

基于BIM 技術對施工進度可實現精確計劃和控制，實時跟蹤工程項目的實際進度。根據工期要求編制施工進度計劃，合理組織，保證節點計劃和總體計劃的完成。

屋蓋結構分4 個角頂、十字交通走廊玻璃頂和中心圓頂，4 個角頂南北方向對稱，同時本工程屋蓋結構安裝高度較高，縱橫向跨度較大，結構桿件眾多，自重較大。本節通過BIM 技術對屋蓋施工的4 種方法，分別是高空散裝法、高空滑移法、分塊吊裝法和液壓同步提升法進行對比分析，找出最適合本項目屋蓋施工的方法。

2.5 BIM 技術對施工方案進行比選

本工程采用斑馬進度計劃軟件，依據總進度計劃目標編排各分部分項工程施工時間，確定工程施工關鍵工序及關鍵線路，制定合理的進度安排，如圖10 所示。結合三維BIM 模型，對該施工進度計劃進行4D 施工進度模擬，據此調整人員和設備投入，以滿足總工期的要求。

2.5.1 高空散裝法

施工現場場地布置的合理規劃，是保障施工正常進行的前提和保障。本工程采用BIM 技術對場地包括施工道路、施工機械、行走路線、材料堆場、提升胎架、提升支架等的布置，通過方案比對、篩選，確定不同施工階段最優方案。如圖8 所示。

2.5.2 高空滑移法

若采用高空滑移方案，需要樓面外拼裝場地和設置平行滑軌。本項目屋蓋為斜交的桁架結構，主受力方向在結構的對角方向，如果進行滑移單元分塊，只能沿著對角線方向進行分塊兒，那么每個分塊的長度都是不一樣，并且需要布設多條軌道。由于屋蓋桁架下部高差較大，滑移臨時支撐較難布設。并且樓面外拼裝場地無法提供，不具備設置平行滑軌的條件，如圖12所示。

2.5.3 分塊吊裝法

本工程因鋼結構安裝需要，現場南北方向27m 位置閥門基礎頂部以上結構暫不施工，該區域作為吊車行走和構件運輸通道，如圖13 施工平面圖所示。350t 履帶吊行走路線制約了土建施工，不能進行交叉作業，影響工期，如圖13、圖 14 所示。

水行政執法是各級水行政主管部門和流域管理機構貫徹實施水法律法規的重要方式，是加強和創新水利社會管理、保障水利可持續發展的重要手段。加強水行政執法與刑事司法銜接機制建設，強化兩者配合協調，是促進執法資源充分利用，維護良好水事秩序的重要條件和基礎。但應注意到，目前我國水行政執法與刑事司法銜接機制建設整體仍然滯后，理論研究也還處于起步階段，迫切需要結合國家政策及水利改革發展新形勢新要求，加快推進水行政執法與刑事司法“兩法銜接”機制建設。

由于中頻電爐的主電路包括整流部分和逆變部分，輸出功率的調節主要通過調整整流部分的導通角寬度來實現功率調整[1-2]，導通角采用V-F變換的電路，通過設定輸入電壓控制導通角的寬度，內部電路具有電壓、電流控制環，使中頻電爐能夠穩定的工作在某一功率上穩定加熱。對中頻電爐的溫度控制可以通過控制整流部分的導通角，即通過控制V-F變換的輸入電壓。

2.1.3 屋蓋管桁架連接節點優化

若將鋼結構桁架在正下方混凝土樓面上拼裝成整體后，采用“超大型液壓分區錯層累積提升施工技術”將其分步驟提升到設計標高，再進行對口處的桿件焊接，將大大降低現場高空的施工量和施工難度，采取整體提升為主體，部分桿件采用分片吊裝的形式相結合的方式進行吊裝。提升法可以在地面完成檁條等附屬結構的安裝，然后隨桁架一起整體提升到位，高空作業量小。根據下部樓面標高及位置進行分區，各分區單獨進行樓面胎架拼裝，并進行錯層提升的施工方法，錯層提升到位后增補縱向桿件形成整體屋蓋結構，可在適應樓板面進行拼裝，因此采用“樓面（地面）拼裝，分塊整體累計提升+局部區域樓面原位高空直接散裝”。并且液壓提升設備具有單向自鎖功能和其他安全保障措施，具有相對更高的安全性。綜上選取液壓同步提升法，如圖15 所示。

2.6 汽車吊行走路線規劃

采用BIM 技術對汽車吊行走路線進行模擬，檢查場內運輸道路能否滿足施工要求，規劃汽車吊的最佳行走路線。根據現場要求以及整體屋蓋結構概況，通過方案的模擬、對比、優化，80t 汽車吊在四周進行吊裝，同時在標高-0.1m 樓面與十字走廊吊裝弧形梁，25t 汽車吊分別在標高-0.1m 處樓板和8.3m 處樓板進行屋蓋桁架的預拼裝，具體行走路線如圖16所示。

2.7 基于BIM 技術的測量方案制定

本工程采用BIM 技術進行測量方案的制定、模擬和優化，測量對象包括現場基礎、構件、坐標、垂直度等。基于BIM 模型，從三維角度合理選擇測量坐標點和控制點，正確選擇測量儀器的放置位置和測量角度，并對測量方案進行三維動畫模擬、優化，保證測量方案的合理性與可行性，進而保證工程質量，動畫模擬如圖17 所示。

2.8 BIM 技術在施工安全保證措施中的作用

本工程采用BIM 技術從安全防護、安全措施、外腳手架、回頂支撐等方面建立安全文明管理方案指導施工。在BIM 三維模型中，對洞口、臨邊等存在安全隱患的位置，布置安全圍欄。對于25t 汽車吊行走區域下部通過施工驗算需要回頂支撐，通過BIM 模型，對回頂支撐的方式、區域、位置進行詳細標注說明，保證回頂的正確施工，如圖18 所示。同時對施工人員進行安全交底，形象又直觀，讓施工人員對安全隱患有較深的印象，確保施工過程安全進行。

創新是一個企業生存和發展的靈魂。加強成本費用管理，以我國目前現行的體系，仍需要進行創新改革。國外的銀行成本管理的方法相對成熟，銀行可以派遣管理人員到國外學習先進的成本管理方法和途徑。再結合自身的實際運營環境，制定出一套適合自己的費用管理機制，提高成本效益。丁忠明、張深通過對國內外不同類型的商業銀行進行比較后發現銀行經營效率的提高得益于業務創新。可見創新意識的重要性。

2.9 BIM 技術在整體施工方案編制、模擬、優化中的應用

本工程采用BIM 技術對屋蓋管桁架整體提升的工藝流程進行三維模擬，包括汽車吊吊況分析、屋蓋提升順序、原位拼裝工藝、嵌補桿件焊接、高空焊接安裝，安全注意事項等，對施工方案中的不合理之處提前發現規避，優化施工方案，避免返工。同時將過程圖片輔助施工方案文字部分，將復雜的文字以圖片的形式進行補充說明，保證專項方案的安全性、合理性與科學性，如圖19 所示。

3 BIM 技術的其他應用

3.1 BIM 技術輔助桁架分段方案、運輸方案編制

在桁架制作過程中，根據設計要求必須保證主桁架的連續性，次桁架采取散件吊裝焊接，因此在工廠加工時保證主桁架采取單片制作，長度約為12m，重量約在3.4t 左右，并且方便運輸，同時主桁架上弦桿分段點要錯開節點處500mm，下弦桿錯開節點1000mm，滿足上下弦桿錯開500mm 左右。為了找到單榀桁架的最佳運輸擺放位置和方式，對桁架運輸方案進行模擬比選優化，保證桁架運輸的順利進行。單榀桁架制作方案、運輸方案采用BIM 模型進行解釋說明，圖文并茂，方便理解，如圖20 所示。

3.2 BIM 技術數字化預拼裝

本工程基于BIM 技術在復雜構件上采用數字化預拼裝技術，代替實體預拼裝。通過測量復雜節點、構件關鍵位置的坐標獲取實體數據，結合BIM 精度管理軟件將各部分測量結果進行擬合、分析，生成精度分析報表。根據分析結果對發現的問題及時制定修正方案，避免問題流轉到安裝現場，確保現場的安裝精度。

3.3 施工方案論證與BIM 三維交底

本工程屬于超危大工程，在專家論證會上，將施工方案與施工方案模擬動畫同時提供給專家。施工模擬視頻直觀地展現出整個提升方案的工序、細節、前期準備工作、注意事項、安全施工措施等，專家通過該動畫在不需要細看施工方案的情況下，對施工意圖精準把握，對方案中的不合理之處點對點指出，大大提高了方案論證的效率。BIM 技術輔助施工方案專家論證如圖21 所示。

本工程將修改優化完成的整體施工方案動畫、測量方案動畫、冬施動畫以及BIM 模型對現場施工人員與勞務班組進行三維可視化交底。采用這種方式能夠讓施工班組清楚了解設計意圖與施工方式，提高交底質量和溝通效率。交底過程中施工方通過形象直觀的交底動畫，對施工方案能夠理解到位，同時可以從施工的角度提出意見和建議，優化方案，如圖22 所示。

4 結語

在本會展鋼結構建筑工程中，采用BIM 技術進行三維模型建立，包括土建模型、鋼結構模型、場布模型等，并對鋼結構節點根據現場施工條件進行優化。對場布模型通過合理規劃材料堆場、施工機械、臨時設備、提升裝置等進行優化布置。在施工方案的對比分析中，通過BIM 模型對各種方案的優缺點進行詳細分析比較，最終確定適合本工程的最佳施工方案，并借助BIM 技術輔助施工進度計劃與測量方案的編制，汽車吊行走路線的優化。在車間生產與運輸過程中，采用BIM 技術對制作方案與運輸方案進行模擬比選，采用數字化預拼裝技術取代傳統的實體拼裝。采用BIM 技術制作整體施工方案動畫、測量方案動畫、車間制作方案動畫與冬季施工方案動畫，對項目部與施工勞務班組進行三維可視化交底。在施工方案專家論證過程中，采用施工方案模擬動畫進行過程講解，提高溝通效率。

通過采用BIM 技術，減少了施工變更，節約了工期與施工成本，提高了實體工程質量。在今后的類似工程中，應當繼續挖掘BIM 技術的應用廣度和深度，讓BIM 技術更好地服務于生產、服務于施工，推動數字化、信息化建筑進程。

[1]李彪奇.BIM 技術在裝配式建筑結構施工中的應用[J].智能城市,2021,7(22):145-146.

[2]雷洪波.建筑施工中BIM 技術應用的“痛“與”通”[J].四川建筑,2021,41(S1):47-48.

[3]郭志永.基于BIM 技術的超高層建筑機電施工管理[J].建材發展導向,2021,19(24):40-42.

[4]郭毅敏,晉浩,鄭禮剛.BIM 技術在裝配式鋼結構建筑中的應用[J].中國建筑金屬結構,2021(03):92-98.