藍元海 柳鵬 梅宇晨

(1．中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司廈門分公司 福建廈門 361000;2．江蘇省溧水高級中學(xué) 江蘇南京 210000)

淺談某工業(yè)廠房BIM技術(shù)施工模擬與應(yīng)用

藍元海1柳鵬1梅宇晨2

(1．中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司廈門分公司 福建廈門 361000;2．江蘇省溧水高級中學(xué) 江蘇南京 210000)

以某鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房施工過程中BIM技術(shù)應(yīng)用實踐為例，對BIM技術(shù)在工業(yè)廠房中深化應(yīng)用如各專業(yè)碰撞檢查、深化設(shè)計復(fù)雜空間節(jié)點及施工模擬如輔助指導(dǎo)預(yù)制裝配式施工、模擬施工過程(進度、資源、總平面布置)、基于云存儲技術(shù)的BIM移動端拓展應(yīng)用(手機、平板電腦等移動端)等方面進行總結(jié)。

碰撞檢查;施工模擬;深化設(shè)計;預(yù)制裝配式施工;BIM移動應(yīng)用

0 引言

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，工業(yè)廠房正向更大跨度、更大空間、預(yù)制裝配式方向邁進，相應(yīng)的復(fù)雜空間節(jié)點增加，構(gòu)配件尺寸精準(zhǔn)度提高，各不同專業(yè)協(xié)調(diào)量大，傳統(tǒng)的二維平面圖紙已經(jīng)很難滿足工業(yè)廠房的施工要求，而日趨成熟的BIM技術(shù)，很好地緩解了這一問題。

通過BIM技術(shù)進行施工模擬與深化應(yīng)用，對廠房施工進行可視化、參數(shù)化、高效協(xié)同管理。BIM模型(Building Information Modeling)是以建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。

ABB廈門工業(yè)中心項目總建筑面積為196 253．53m2，占地面積166 519．44m2，包含LP(低壓)廠房、PPMV(中壓)廠房、PPHV(高壓)廠房，皆為鋼結(jié)構(gòu)廠房，廠房層高為8．20m～13．38m，其中鋼結(jié)構(gòu)、機電安裝、幕墻及土建等專業(yè)協(xié)調(diào)難度大，同時項目采用了大量預(yù)制裝配式施工技術(shù)(ALC板、鋼結(jié)構(gòu)安裝、機電安裝)。從設(shè)計決策階段就采用BIM技術(shù)進行施工模擬與深化，在施工階段提前檢查碰撞問題，減少現(xiàn)場返工，深化施工圖紙，進行施工進度模擬，優(yōu)化了各施工階段總平布置、導(dǎo)出預(yù)制裝配式構(gòu)件參數(shù)和復(fù)雜節(jié)點可視化交底，為項目廠房施工帶來了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

圖1 工程整體BIM效果圖

1 BIM基礎(chǔ)應(yīng)用

碰撞檢查是指提前查找和報告在工程項目中不同部分之間的沖突，發(fā)現(xiàn)圖紙問題并進行優(yōu)化的基礎(chǔ)應(yīng)用。由于模型如圖1所示是按照真實尺寸的構(gòu)件，全方位的三維專業(yè)模型可以檢查各專業(yè)之間存在問題，并反饋給各專業(yè)設(shè)計人員進行調(diào)整。借助BIM碰撞檢查技術(shù)可以減少廠房中絕大多數(shù)的圖紙問題及現(xiàn)場返工。

1．1 模型整合

廠房模型包含土建、機電安裝、鋼結(jié)構(gòu)、幕墻等專業(yè)，各專業(yè)模型由不同專業(yè)的工程師構(gòu)件，在碰撞檢查前將模型導(dǎo)入Navisworks軟件中進行碰撞檢查。

1．2 碰撞檢查

運行Navisworks碰撞檢查功能(Clash Detective)，選擇檢測對象，設(shè)定碰撞條件后開始碰撞檢查，并將碰撞報告導(dǎo)出，如圖2所示。

圖2 電氣專業(yè)橋架碰撞截圖

1．3 問題處理

根據(jù)導(dǎo)出的碰撞報告，核對施工圖紙，找出碰撞產(chǎn)生的根源，微小的碰撞可下發(fā)施工指令，現(xiàn)場直接調(diào)整，如圖3所示。對于涉及結(jié)構(gòu)安全、影響施工質(zhì)量、改變設(shè)計意圖及建筑功能的碰撞問題，即把問題反饋給設(shè)計院對施工圖紙進行優(yōu)化，問題解決后在模型中保持CLOSED狀態(tài)。

圖3 碰撞關(guān)閉后截圖

2 內(nèi)墻(ALC板)深化應(yīng)用

廠房內(nèi)墻采用預(yù)制裝配式ALC板(蒸壓加氣混凝土防火內(nèi)隔墻板)。利用BIM技術(shù)對ALC板材進行參數(shù)化建模，導(dǎo)入給排水、電氣、通風(fēng)、消防等機電管線模型及門窗模型生成ALC板上預(yù)留洞口圖，深化ACL板導(dǎo)向角鋼與鋼柱的固定節(jié)點，導(dǎo)出包含每塊ALC板尺寸、標(biāo)高、留洞參數(shù)的ALC板排布圖及導(dǎo)向角鋼加工圖，ALC板生產(chǎn)廠商根據(jù)排布圖精確生產(chǎn)每塊ALC板，鋼結(jié)構(gòu)加工廠根據(jù)導(dǎo)向角鋼預(yù)制圖精確生產(chǎn)含導(dǎo)向角鋼的一體化鋼柱。同時，現(xiàn)場施工時根據(jù)排布圖準(zhǔn)確安裝ALC板，初步安裝后，調(diào)整板材標(biāo)高及平整度，最終通過調(diào)節(jié)鉤頭螺栓與導(dǎo)向角鋼固定。

2．1 節(jié)點深化

基于BIM模型可視化，對ALC板的安裝、門窗洞加固、機電留洞加固、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件穿越ALC墻體加固等復(fù)雜節(jié)點進行深化，以指導(dǎo)ALC板施工。

(1)安裝節(jié)點深化

深化并明確設(shè)計圖紙中未體現(xiàn)的一體化鋼柱平面布置、導(dǎo)向角鋼安裝位置及安裝標(biāo)高等信息，通過BIM模型對ALC板平面排布、焊接固定方式、板材與鋼柱空間位置關(guān)系進行深化，將原本設(shè)計貼靠鋼柱翼緣板的ALC板偏移30mm，鋼柱與板材通過導(dǎo)向角鋼進行連接，以滿足ALC板安裝要求，提高ALC板工程質(zhì)量和安裝效率［1］。

(2)預(yù)留洞口深化

在ALC板模型中導(dǎo)入機電模型，利用機電管線剪切ALC板模型，生成機電管線預(yù)留洞口;通過門、窗模型剪切ALC板模型，生成ALC板門窗預(yù)留洞口;在模型中對ALC板上預(yù)留洞口進行調(diào)整、優(yōu)化。

(3)生成一體化鋼柱加工圖

將鋼結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入ALC模型中，借助BIM的可視化特性對導(dǎo)向角鋼模型進行復(fù)核，保證導(dǎo)向角鋼滿足ALC板安裝要求。將復(fù)核數(shù)據(jù)反饋到鋼結(jié)構(gòu)模型中，對導(dǎo)向角鋼進行調(diào)整，標(biāo)識出焊點位置，生成包含導(dǎo)向角鋼參數(shù)的一體化鋼柱加工圖。將加工圖與設(shè)計圖紙對比，確認(rèn)無誤后下發(fā)給鋼結(jié)構(gòu)加工廠進行預(yù)制焊接，提高施工效率及安裝精度。

2．2 ALC排板優(yōu)化

(1)平面鋼柱布置優(yōu)化

借助BIM模型，對ALC鋼柱的平面布置進行合理優(yōu)化，便于ALC板上的門窗及其他構(gòu)件安裝，提升ALC板安裝效率。

(2)立面排板優(yōu)化

廠房屋面為鋼結(jié)構(gòu)坡屋面，屋面下鋼梁、檁條、隅撐布置復(fù)雜，ALC板無法安裝至頂棚高度，在屋面下1m～2m高度(高度不等)采用防火磚進行填補，由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件穿越ALC板十分復(fù)雜，確定ALC板可安裝高度是一大難題。項目通過BIM三維模型，可直觀地體現(xiàn)ALC板與鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的空間關(guān)系，確定ALC板安裝頂標(biāo)高。通過整合機電各專業(yè)的BIM模型，生成ALC板機電留洞，可導(dǎo)出包含每塊ALC板尺寸、標(biāo)高及開洞的ALC排板圖。

2．3 預(yù)制化生產(chǎn)

對ALC排版圖進一步審核后，ALC廠家根據(jù)排版圖上每塊板的軸線及標(biāo)高、板材尺寸、留洞尺寸編制下料表進行預(yù)制化生產(chǎn)。

2．4 板材編碼及裝配吊裝

為保證ALC板下料表中的板材與模型中一一對應(yīng)，工程采用唯一編碼系統(tǒng)如圖4所示，在ALC模型中對每一塊ALC板進行唯一性編碼(如06－11－14代表06立面第11跨從下往上第14塊ALC板)，然后生成包含上述信息的二維碼，轉(zhuǎn)運至廠房時進行掃碼驗收。ALC板材吊裝時根據(jù)排板圖進行定位、調(diào)整、加固，現(xiàn)場無需對板材進行裁切，結(jié)合BIM模型對復(fù)雜的吊裝部位進行可視化交底，施工難點一目了然。

圖4 ALC板局部模型(包含編碼信息)

3 鋼結(jié)構(gòu)深化應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)廠房一般采用預(yù)制鋼構(gòu)件裝配而成，往往存在預(yù)制構(gòu)件尺寸控制難、安裝節(jié)點復(fù)雜抽象、安裝質(zhì)量控制難等問題。根據(jù)設(shè)計圖紙，將所有桿件、連接節(jié)點、預(yù)埋螺栓、混凝土梁柱等進行三維建模。在模型中進行優(yōu)化后，解決安裝問題并導(dǎo)出預(yù)制構(gòu)件參數(shù)，提高構(gòu)件安裝精確度。

3．1 指導(dǎo)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)

根據(jù)設(shè)計圖紙將鋼結(jié)構(gòu)主材、部件、零件等預(yù)制構(gòu)件信息輸入到模型中，運用碰撞校核功能檢查模型沖突的部位，由設(shè)計人員核實更正，消除設(shè)計圖紙的錯誤，導(dǎo)出包含構(gòu)件布置圖、詳圖等參數(shù)的加工圖，指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)，實現(xiàn)精準(zhǔn)化安裝。

3．2 空間測量定位

組合件巨大，構(gòu)件超高空、懸空安裝就位、連接，組合及安裝難度大;所有構(gòu)件連接采用法蘭連接，現(xiàn)場安裝精度要求高。按照Tekla Structures模型中的構(gòu)件中心及測量控制線方向外緣的空間定位坐標(biāo)，作為結(jié)構(gòu)安裝構(gòu)件定位測量的依據(jù)［2］。在構(gòu)件安裝過程中，利用全站儀進行測量控制及調(diào)整，使構(gòu)件安裝符合設(shè)計、規(guī)范及定位要求。

4 機電安裝深化應(yīng)用

機電各專業(yè)設(shè)計圖紙一般是分專業(yè)，進行系統(tǒng)的繪制，各專業(yè)的管、線錯綜復(fù)雜，建筑物可利用空間有限，設(shè)計圖紙中的管線碰撞問題層出不窮，如圖5所示。通過BIM可視化的特性及碰撞檢查功能，對機電管線綜合布置進行優(yōu)化、導(dǎo)出土建預(yù)留管道洞口參數(shù)圖、指導(dǎo)管道預(yù)制生產(chǎn)，為機電安裝施工提供指導(dǎo)。

圖5 管道優(yōu)化前

4．1 優(yōu)化管線綜合布置

根據(jù)設(shè)計圖紙對各專業(yè)管線進行建模，往往會存在大量的管線碰撞問題，通過BIM碰撞檢查功能對各專業(yè)管線在空間上的排布進行綜合優(yōu)化，提高凈空高度，保證管線綜合布置的可行性、美觀性及實用性，如圖6所示。

4．2 生成土建留洞圖

機電大量管道需穿越土建墻體及樓板，且機電管道錯綜復(fù)雜，一般會經(jīng)過多次調(diào)整以消除碰撞問題，土建預(yù)留機電管道洞口時容易產(chǎn)生留洞與管道對不上的問題。項目通過整合機電和土建BIM模型，用機電安裝管道模型剪切土建墻體、樓板模型，生成機電預(yù)留洞，導(dǎo)出包含機電留洞尺寸及標(biāo)高的留洞圖，土建施工時實現(xiàn)了精準(zhǔn)留洞，極大地減少工作量，減少返工。

圖6 管道優(yōu)化后

4．3 指導(dǎo)管道預(yù)制化生產(chǎn)

將機電安裝管道的下料生產(chǎn)、切割、組對、焊接、防腐、檢驗工作轉(zhuǎn)到工廠進行，預(yù)制好的管道轉(zhuǎn)運至現(xiàn)場進行組合安裝，在現(xiàn)場只進行管道連接、焊接固定。將施工所需的管道參數(shù)輸入到BIM模型中進行可視化調(diào)整，處理管道碰撞及安裝問題后導(dǎo)出包含管道材質(zhì)、壁厚、規(guī)格和定位信息的預(yù)制加工圖，由工廠預(yù)制化生產(chǎn)，大幅提升施工效率和減少返工。

5 施工模擬

5．1 進度管理

將施工進度進度計劃表導(dǎo)入BIM軟件中進行施工動態(tài)模擬，將施工進程直觀地展示出來，如圖7所示，實現(xiàn)了施工作業(yè)流水的三維可視化。項目管理人員在計劃階段可直觀地識別和預(yù)測潛在的施工工序沖突，對機械設(shè)備布置、現(xiàn)場空間布置、資源分配計劃進行合理優(yōu)化，從而提高施工效率、縮短工期、節(jié)約成本［3］。

5．2 資源動態(tài)管理

通過施工模擬可計算各個施工階段的施工資源計劃用量，合理安排施工人員的調(diào)配、工程材料的采購、大型機械設(shè)備的進場等，并且可根據(jù)施工實際情況實施動態(tài)調(diào)整，為項目資源管理提供參考，編制各施工階段資源分布圖［4］，如圖8所示。

5．3 優(yōu)化施工總平布置

通過BIM快速建模軟件，在工程開工前期對施工現(xiàn)場用到的塔吊、施工電梯、材料加工棚等設(shè)備設(shè)施進行合理規(guī)劃，優(yōu)化臨時用水、臨時用電、臨時道路排布，做到平面及空間交叉作業(yè)的有效協(xié)調(diào)，實現(xiàn)三維可視化現(xiàn)場平面管理。

圖7 現(xiàn)場查看復(fù)雜安裝節(jié)點

圖8 現(xiàn)場模型可視化交底

6 BIM移動端應(yīng)用

借助云存儲技術(shù)，項目每周將BIM模型上傳至歐特克云平臺，項目管理人員可隨時隨地通過歐特克公司的BIM 360 Glue和A360軟件將實時更新的BIM模型共享至每一位現(xiàn)場管理工程師，使得現(xiàn)場管理工程師可隨時隨地進模型審閱、圖紙比對，實現(xiàn)虛擬建筑“隨身帶、隨時查”，施工管理直觀、規(guī)范、高效。

A360全稱為Autodesk 360，主要為手機APP應(yīng)用軟件，適用于安卓系統(tǒng)和IOS系統(tǒng);BIM 360 Glue主要為平板電腦應(yīng)用軟件，同樣適用于多種操作系統(tǒng)。兩大軟件的合理使用，可幫助現(xiàn)場管理工程師在一個工作空間查看、共享、審閱BIM模型，即操作者可在多種移動終端(如筆記本電腦、手機、平板電腦等)上隨時查看共享在云平臺上的BIM模型。技術(shù)部通過對一些復(fù)雜的節(jié)點進行不同顏色或特殊符號的標(biāo)識，以提醒現(xiàn)場管理工程師著重注意這些節(jié)點，而3D虛擬模型使得現(xiàn)場管理工程師可以360度全方位查看這些復(fù)雜節(jié)點，便于理解復(fù)雜的空間造型，讓工程師對工人的施工交底更易理解、更直觀，有效減少因主觀因素造成的錯誤理解，使現(xiàn)場施工與圖紙完美匹配。

7 結(jié)語

就文中鋼結(jié)構(gòu)廠房工程而言，BIM技術(shù)施工模擬與應(yīng)用所帶來的各專業(yè)模型核對解決、ALC板深化應(yīng)用、鋼結(jié)構(gòu)及機電工程深化應(yīng)用、工程施工模擬與BIM的移動終端應(yīng)用等各類深入應(yīng)用，極大程度上提高了廠房施工工效，避免了大量圖紙問題，同時BIM模型的三維直觀影像，使得施工準(zhǔn)確率得到了極大的提高，相較于傳統(tǒng)二維平面圖紙的施工方式，BIM技術(shù)帶來的是質(zhì)的飛躍。

現(xiàn)今，國外建筑施工中BIM應(yīng)用已非常成熟，國內(nèi)的BIM應(yīng)用也在高速發(fā)展，BIM的便捷性、構(gòu)件信息的完整性、虛擬施工預(yù)知性等多項優(yōu)勢愈發(fā)體現(xiàn)出來，完整的BIM制度、實用的BIM經(jīng)驗愈加豐富和完善。隨著各培訓(xùn)制度的不斷完善，各企業(yè)、高校對BIM重視程度不斷提高，BIM人才逐漸涌現(xiàn)，計算機技術(shù)不斷完善，BIM的普及程度將越來越高，有望成為多復(fù)雜節(jié)點、多專業(yè)碰撞的工業(yè)廠房建設(shè)施工的必選技術(shù)。

［1］ 元軒中．蒸壓加氣混凝土板(ALC板)在重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的施工應(yīng)用［J］．福建建筑，2014(10):95－98．

［2］ 閆勇，卜祥英．BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)廠房中的實踐應(yīng)用［J］．建材世界，2014(3):78－80．

［3］ 李勇．施工進度BIM可靠性預(yù)測方法［J］．土木建筑與環(huán)境工程，2014(4):51－56．

［4］ 王雪青，張康照，謝銀．基于BIM實時施工模型的4D模擬［J］．廣西大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012(4):814－819．

Introduction to the Construction Simulation and Application of BIM Technology for An Industrial Plant

LAN Yuanhai1LIU Peng1MEI Yuchen2
(1．Xiamen Branch of The Third Construction Engineering Co．，Ltd．of China Construction Third Engineering Bureau，Xiamen 361000; 2．Lishui Senior Middle School in Jiangsu Province，Nanjing 210000)

Taking the example of BIM technology＇s application practices in construction progress of a steel structure industrial plant，regarding the deepen applications of BIM technology in industrial plant，this article has made conclusions on the aspects like collision check on various trades，shop drawing design of complex space node，construction simulations like assistant guidance on prefabricated construction and simulation of construction processes(schedule，resource，general plan view arrangement)，and BIM extended applications by mobile terminals(like mobile phone，tablet computer，etc．)on the basis of cloud storage technology．

Collision check;Construction simulation;Shop drawing design;Prefabricated construction;BIM mobile application

TU7

A

1004－6135(2017)02－0062－05

藍元海(1989．11－ )，男，工程師。

E-mail:285870654@qq．com

2016－12－12