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        2019年中國北京世界園藝博覽會(huì)中國館項(xiàng)目工程施工BIM深度應(yīng)用

        2018-02-13 02:36:58
        土木建筑工程信息技術(shù) 2018年6期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)工程模型

        (北京城建集團(tuán)有限責(zé)任公司,北京 100088)

        1 工程概況

        1.1 項(xiàng)目簡介

        2019年中國北京世界園藝博覽會(huì)中國館,其外觀靈感來自于中國傳統(tǒng)吉祥物—如意,借鑒中國傳統(tǒng)的斗拱、榫卯結(jié)構(gòu),效仿古人“巢居”、“穴居”的智慧,將主要展廳覆蓋于梯田之下,梯田上的金色屋頂籠罩著錦繡繁花。琉璃磚瓦,宏頂華蓋,波光流轉(zhuǎn)間盡顯一派盛世恢弘,傳遞大國氣象,如圖1所示。

        中國館總建筑面積23 000m2,地上2層,地下1層,建筑高度23.8m。本建筑由展廳、多功能廳、辦公、貴賓接待、觀景平臺(tái)、室外梯田等構(gòu)成。

        2019年中國北京世界園藝博覽會(huì)中國館項(xiàng)目建筑方案由中國工程院院士、中國建筑設(shè)計(jì)研究院總建筑師崔愷主持設(shè)計(jì),北京城建集團(tuán)有限責(zé)任公司為工程施工總承包。

        1.2 工程特點(diǎn)難點(diǎn)

        本工程結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜,整體呈半環(huán)狀,80%為弧形或異形結(jié)構(gòu),框梁分布密集,板型均不規(guī)則,結(jié)構(gòu)標(biāo)高變化多,并設(shè)有50m大跨度雙曲面拱梁(如圖2)、六角核心筒等異形結(jié)構(gòu),施工難度巨大。

        圖1 世園會(huì)中國館示意圖

        圖2 50m大跨度雙曲面拱梁模型示意

        本工程室外梯田最高處約15m,總方量約14萬m3,最陡坡比為1:1.5,多專業(yè)平行施工,土方堆筑施工組織是本工程難點(diǎn)之一。

        本工程鋼屋蓋是由兩側(cè)魚腹式桁架和中部單梁組成的人字形屋蓋,鋼構(gòu)件的安全吊裝是本工程的難點(diǎn)之一;本工程包括61根鋼骨柱、83根鋼骨梁,梁柱節(jié)點(diǎn)復(fù)雜,勁性結(jié)構(gòu)安裝是本工程的難點(diǎn)之一。

        本工程屋面幕墻采用光伏玻璃,確定其采集效果及排布是本工程的難點(diǎn)之一;同時(shí)屋面幕墻屬于構(gòu)件式幕墻,其每一塊玻璃的尺寸均不相同,玻璃加工精度要求高、施工安裝管理難也是本工程的難點(diǎn)之一。

        2 BIM組織與應(yīng)用環(huán)境

        2.1 應(yīng)用目標(biāo)

        本工程BIM應(yīng)用目標(biāo)為:根據(jù)工程特點(diǎn)難點(diǎn),優(yōu)化原設(shè)計(jì)方案,切實(shí)有效解決施工技術(shù)難題,實(shí)現(xiàn)施工方案技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)化;實(shí)現(xiàn)鋼構(gòu)件預(yù)制化加工,高效保質(zhì)完成建設(shè)任務(wù);實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目精細(xì)化管理,掌控成本、管控進(jìn)度、專業(yè)深入、質(zhì)量安全可控。

        2.2 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

        項(xiàng)目根據(jù)應(yīng)用目標(biāo),參照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO16739、數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)ISO29481及國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 51212-2016(建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)),詳細(xì)策劃了深化設(shè)計(jì)、施工模擬、預(yù)制加工、進(jìn)度管理、預(yù)算與成本管理、質(zhì)量與安全管理、竣工驗(yàn)收等方面建筑信息模型的創(chuàng)建、使用和管理的具體要求,明確了模型細(xì)度、應(yīng)用流程及應(yīng)用框架,統(tǒng)一了編碼和命名規(guī)則,提出了模型共享、模型集成等相關(guān)要[1]。

        2.3 團(tuán)隊(duì)組織

        為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用目標(biāo),BIM團(tuán)隊(duì)由施工總承包方北京城建集團(tuán)建筑部BIM中心主任親自帶隊(duì),下設(shè)項(xiàng)目部BIM應(yīng)用小組,項(xiàng)目經(jīng)理及總工程師進(jìn)行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各項(xiàng)事宜,成員涵蓋結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、幕墻、機(jī)電等專業(yè)BIM工程師,并由北京城建智慧院、廣聯(lián)達(dá)公司提供技術(shù)支持。

        2.4 實(shí)施方案

        本項(xiàng)目BIM應(yīng)用分為建模、基礎(chǔ)應(yīng)用、集成應(yīng)用三部分,涉及各方主體。利用廣聯(lián)云平臺(tái),使各專業(yè)協(xié)同工作,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并調(diào)整設(shè)計(jì),通過虛擬施工,降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、工程變更風(fēng)險(xiǎn)及成本控制風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)用流程如圖3所示。

        2.5 軟硬件環(huán)境等

        項(xiàng)目綜合運(yùn)用Revit、Rhino、Tkela、lumin、Navisworks等多項(xiàng)軟件,搭建BIM5D平臺(tái),實(shí)現(xiàn)信息共享和模型協(xié)同;配置三維激光掃描儀等硬件設(shè)備,采用大內(nèi)存和高性能顯卡塔式工作站3臺(tái),移動(dòng)工作站8臺(tái)及個(gè)人移動(dòng)終端,確保BIM技術(shù)在施工過程深度應(yīng)用。

        圖3 BIM實(shí)施管理總流程圖

        3 BIM應(yīng)用

        3.1 建模

        本工程根據(jù)施工需求建立了結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、建筑、機(jī)電、幕墻、室外梯田等模型,如圖4所示。根據(jù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),要求深化設(shè)計(jì)模型細(xì)度不低于LOD350,包含構(gòu)件的基本尺寸等主要信息,便于快速建模及修改;施工過程模型細(xì)度不低于LOD400,列如鋼構(gòu)件模型包含穿筋孔、焊縫、插銷等細(xì)節(jié),幕墻模型包含鋁板規(guī)格、開啟扇組角碼、合葉等細(xì)節(jié)(如圖5所示),可直接用于工廠加工。

        圖4 各專業(yè)BIM整體模型

        圖5 屋面幕墻細(xì)部模型

        3.2 BIM應(yīng)用情況

        (1)高大模架設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

        Revit結(jié)構(gòu)模型可直接導(dǎo)入廣聯(lián)達(dá)3D模架軟件(如圖6所示),利用軟件快速計(jì)算不同材質(zhì)支撐體系工程量用以確定模架方案選型[1][2]。軟件同時(shí)可識(shí)別高支模區(qū)域,并自動(dòng)排布架體。因結(jié)構(gòu)弧度影響導(dǎo)致架體斷開區(qū)域,利用模型補(bǔ)充立桿、短橫桿使之連成整體。

        對(duì)于定型方鋼三角架等異形模板支撐體系,我們將Revit三角架模型導(dǎo)入Structure Analysis Program 2000(如圖7所示),將二維框架線性分析轉(zhuǎn)換為三維非線性動(dòng)力分析,確保應(yīng)力比危險(xiǎn)桿件截面驗(yàn)算等滿足施工要求。

        圖6 3D模架軟件應(yīng)用

        圖7 SAP 2000軟件應(yīng)用

        (2)關(guān)鍵工序模擬

        對(duì)于沿高度方向起拱4.4m,沿水平方向前傾3米的地下室北側(cè)拱梁,為保證拱梁成型質(zhì)量及架體的安全穩(wěn)定,通過虛擬施工,不斷調(diào)整搭設(shè)方案,最終確定搭設(shè)只沿高度起拱的擴(kuò)大平臺(tái),將水平方向起拱的弧度囊括進(jìn)去,降低了龍骨的加工難度,有效保證了拱梁的成型弧度,并在荷載最大的起拱處增設(shè)定型方鋼三角架,確保整體架體的安全。 通過虛擬施工,詳細(xì)闡述了雙曲面拱梁模板架設(shè)和安裝的各項(xiàng)施工要點(diǎn)(如圖8所示)。

        圖8 雙曲面拱梁施工模擬

        (3)大方量梯田堆筑施工組織

        項(xiàng)目集成各專業(yè)BIM模型,充分考慮土方堆筑制約因素,提前策劃施工方案,利用三維動(dòng)畫演示分層分段回填、毛石擋墻、土工格柵鋪設(shè)等施工工藝,明確土工布、濾石層及出戶管管道拼接質(zhì)量要求,提供景觀、機(jī)電、防水、市政等多專業(yè)平行施工指導(dǎo)意見,把控關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)質(zhì)量,確保工程如期推進(jìn)(如圖9所示)。

        圖9 室外梯田施工模擬

        (4)深化設(shè)計(jì)

        1)針對(duì)中國館標(biāo)高變化多、框梁密集的復(fù)雜結(jié)構(gòu),通過三維建模優(yōu)化原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)實(shí)體未封閉、框梁重合等問題;

        2)完成了屋面一萬余根桿件連接方式的深化,明確了勁性結(jié)構(gòu)鋼筋的連接方式;

        3)精確考慮日光投射角度和光伏采集效果,深化出光伏玻璃、普通玻璃和開啟扇組合的最佳排布效果,并指導(dǎo)現(xiàn)場施工。除此之外,集成結(jié)構(gòu)及各專業(yè)BIM模型對(duì)機(jī)電管線綜合排布、凈空要求等進(jìn)行深化(如圖10所示)。以上深化內(nèi)容均出圖后指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

        圖10 機(jī)電管綜集成模型

        4 應(yīng)用效果

        4.1 攻克難題

        針對(duì)全國首例50m大跨度雙曲面鋼筋混凝土拱梁結(jié)構(gòu),項(xiàng)目全方位運(yùn)用BIM技術(shù),利用三維模型的可視化與信息化,比選多種施工方案,充分模擬關(guān)鍵工序,結(jié)合虛擬施工,最終攻破此項(xiàng)技術(shù)難關(guān),完美呈現(xiàn)出了設(shè)計(jì)意圖。此外,通過集成各專業(yè)模型,還有效地解決了大方量室外梯田施工組織難題。

        4.2 節(jié)省工期

        鋼結(jié)構(gòu)廠家將設(shè)計(jì)確認(rèn)的BIM深化模型直接導(dǎo)入SinoCAM套料原件,提供原始加工數(shù)據(jù)信息,包含:零件的結(jié)構(gòu)信息,如長度、寬度等;零件的屬性信息,如材質(zhì)、零件號(hào)等;零件的可加工信息,如尺寸、開孔情況等。SinoCAM適用于各種數(shù)控切割機(jī)的放樣和數(shù)控編程,排版套料結(jié)束后,對(duì)結(jié)果進(jìn)行輸出,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的預(yù)制化加工,保證了相應(yīng)部位的工程質(zhì)量,大大提高鋼結(jié)構(gòu)施工的工業(yè)化程度[4],縮短加工周期18天。

        4.3 精細(xì)化管理

        中國館造型獨(dú)特,涉及專業(yè)較多,應(yīng)用BIM5D平臺(tái),通過各專業(yè)BIM模型集成進(jìn)度、預(yù)算、資源、施工組織等關(guān)鍵信息(如圖11所示),對(duì)施工過程進(jìn)行模擬,及時(shí)為施工過程物資、商務(wù)、進(jìn)度、生產(chǎn)等重要環(huán)節(jié)提供準(zhǔn)確資源消耗、技術(shù)要求等核心數(shù)據(jù),提升溝通和決策效率,從而達(dá)到了節(jié)約時(shí)間和成本、提升項(xiàng)目管理質(zhì)量的目的[5]。終端設(shè)備VR模式可幫助管理人員快速、方便深入了解BIM模型及方案演示,提高管理效率(如圖12所示)。

        圖11 BIM5D平臺(tái)應(yīng)用

        圖12 終端設(shè)備VR應(yīng)用

        5 總結(jié)

        5.1 創(chuàng)新點(diǎn)

        (1)結(jié)合Revit模型與sap2000交互,解決傳統(tǒng)安全計(jì)算軟件無法進(jìn)行異形模架的受力分析,為保證現(xiàn)場安全實(shí)施提供了技術(shù)保障。

        (2)建立以 5D 模型為核心的基礎(chǔ)應(yīng)用平臺(tái),加以建模軟件和 BIM 審圖、BIM 瀏覽器等應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)技術(shù)、生產(chǎn)和商務(wù)的橫向綜合應(yīng)用,以5D平臺(tái)為紐帶,打通項(xiàng)目施工、商務(wù)、資料、質(zhì)安之間的溝通壁壘,以建模、集成、協(xié)同應(yīng)用為主要流程線的 5D 模型應(yīng)用[5]。

        5.2 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

        BIM技術(shù)在項(xiàng)目應(yīng)用過程中,難免出現(xiàn)各種阻力和問題,其中最主要的原因是:人才缺乏及參建各方對(duì)BIM技術(shù)認(rèn)識(shí)深度不同。在北京城建集團(tuán)建筑部BIM中心的主導(dǎo)下,邀請(qǐng)廣聯(lián)達(dá)專業(yè)顧問駐扎施工現(xiàn)場,不僅對(duì)應(yīng)用團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行具體業(yè)務(wù)指導(dǎo),如3D模架軟件,同時(shí)也對(duì)參建各方主體進(jìn)行培訓(xùn),使其更加深入了解BIM技術(shù)。

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