王 豆

(陜西建工機械施工集團有限公司，陜西 西安 710032)

1 工程概況及重難點分析

1.1 工程概況

咸陽奧體中心罩棚鋼結(jié)構(gòu)工程位于咸陽市北塬新城大西安文體功能區(qū)內(nèi)，總建筑面積71 646 m2,其中體育場建筑面積約71 350 m2,建筑高度達50 m。鋼結(jié)構(gòu)罩棚的結(jié)構(gòu)形式為管桁架組成的殼體結(jié)構(gòu)，支撐于混凝土結(jié)構(gòu)上，主要受力單元體為屋面環(huán)向四邊形桁架、典型徑向桁架及支座支撐。主結(jié)構(gòu)構(gòu)件直接形成建筑幕墻外形網(wǎng)格，由典型徑向桁架、典型墻面徑向桁架、墻面環(huán)向片桁架及墻面環(huán)向系桿組成的四棱錐體系，形成墻面幕墻主龍骨。徑向主桁架通過68組倒三角錐斜桿組成的內(nèi)支座支承于下部混凝土框架柱頂，并向墻面延伸在15.6 m標高支承于框架柱側(cè)牛腿之上。鋼結(jié)構(gòu)罩棚采用平面管桁架懸臂結(jié)構(gòu)，最小管徑140 mm，最大管徑620 mm，最大壁厚25 mm，主結(jié)構(gòu)用鋼量約6 200 t；主體結(jié)構(gòu)材質(zhì)為Q345B、節(jié)點肋板材質(zhì)Q390B，見圖1，圖2。

1.2 工程重難點

1.2.1 工程量大，工期緊

本工程鋼結(jié)構(gòu)用鋼量約6 200 t，目標工期120 d，投入的施工管理人員達42人，施工現(xiàn)場大型履帶吊7臺，如何在較短的工期內(nèi)保質(zhì)保量的完成施工任務(wù)，是工程中的難點。

1.2.2 施工管理復(fù)雜

本工程中施工現(xiàn)場的平面規(guī)劃與道路交通組織是保證鋼結(jié)構(gòu)施工順利進行的關(guān)鍵，這些因素將直接影響到工程施工進度。其中鋼結(jié)構(gòu)的材料堆場、塊體拼裝場地的布置、吊車行走路線的規(guī)劃、構(gòu)件倒運線路的設(shè)置、構(gòu)件進場路線的規(guī)劃等是否合理也是影響鋼結(jié)構(gòu)施工進度的重要因素。加之施工現(xiàn)場存在大量的多專業(yè)交叉作業(yè)的問題，協(xié)調(diào)好各個專業(yè)的施工順序是保證工程質(zhì)量和工作進度的重要措施。

1.2.3 施工節(jié)點形式復(fù)雜，工藝復(fù)雜

鋼結(jié)構(gòu)罩棚為大型復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，桁架種類多且節(jié)點形式多樣，空間安裝定位控制難度大，倒三角斜向支撐桿件安裝難度大，多管相貫焊接的應(yīng)力集中消除，吊裝組塊間對接接頭多，高空作業(yè)風(fēng)險大。采用BIM技術(shù)形成可視化三維技術(shù)交底，對施工方案進行施工模擬。采用傳統(tǒng)的二維圖紙指導(dǎo)施工，很容易造成施工錯誤，因此，如何能夠正確、迅速的指導(dǎo)施工作業(yè)人員，是一個需要解決的關(guān)鍵問題。本工程復(fù)雜節(jié)點較多，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，對于關(guān)鍵及復(fù)雜的節(jié)點部位進行技術(shù)交底，便于施工人員理解節(jié)點部位及操作要點，有效提高施工效率。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用

2.1 基于BIM技術(shù)的輔助項目管理

2.1.1 利用Revit軟件建立三維場布模型

本工程鋼結(jié)構(gòu)體量大、交叉作業(yè)多，為保證施工組織的有序進行，應(yīng)用Revit軟件建立三維場布模型如圖3所示，并借助無人機強大的視角和拍攝靈活性，實現(xiàn)施工現(xiàn)場的動態(tài)管理。

2.1.2 基于BIM技術(shù)的施工區(qū)段劃分

鋼結(jié)構(gòu)施工段由四個合龍帶組成，即東、南、西、北四個區(qū)段，如圖4所示；結(jié)合土建工程的施工進度，鋼結(jié)構(gòu)安裝的施工順序為：1)北側(cè)施工段的施工；2)東、西兩側(cè)施工段的施工；3)南側(cè)高壓線影響區(qū)域施工段的施工。每個施工段均由中間有屋面水平支撐的部位開始向兩側(cè)反向同步施工。

2.2 基于BIM技術(shù)的施工虛擬仿真技術(shù)

2.2.1 安全、技術(shù)方案可視化交底

本工程應(yīng)用BIM技術(shù)，將實現(xiàn)安全、技術(shù)可視化三維交底，使施工技術(shù)跨空間跨時間的傳遞。通過施工方案的可視化交底，形象直觀地體現(xiàn)了整個鋼結(jié)構(gòu)吊裝任務(wù)的安排，避免了傳統(tǒng)交底方式的理解分歧和信息錯漏等問題，提高了交底效率；而且在模擬過程中能夠發(fā)現(xiàn)潛在作業(yè)次序錯誤和沖突問題，從而對吊裝方案進行優(yōu)化調(diào)整。施工前，各班組長利用模型向操作人員進行可視化交底，便于操作人員理解復(fù)雜節(jié)點部位及操作要點，提高了施工效率。應(yīng)用BIM技術(shù)提前對履帶吊的吊裝路線進行三維動態(tài)預(yù)演，便于作業(yè)人員理解記憶。

本工程鋼結(jié)構(gòu)吊裝方案選用應(yīng)用BIM技術(shù)，通過對多種施工方案進行三維演示對比，并經(jīng)我集團公司多位鋼結(jié)構(gòu)專家的論證，最終確定鋼結(jié)構(gòu)的吊裝方案為：采用地面拼裝成片，由片組塊，再分塊進行吊裝的方法進行施工。由于本工程空間結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，因此應(yīng)用BIM三維轉(zhuǎn)換的功能，為塊體地面組裝提供了技術(shù)保障，確保工程能夠保質(zhì)保量的完成，見圖5，圖6。

2.2.2 4D施工模擬

本工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，應(yīng)用BIM技術(shù)進行4D施工模擬，將BIM技術(shù)與施工進度計劃相結(jié)合，將信息化模型的空間信息與時間信息整合在一個可視的4D模型中，可以較為直觀地、精確地反映整個施工過程，并根據(jù)工程進展優(yōu)化人、材、機等各種施工資源，將施工進度、現(xiàn)場資源和工程質(zhì)量進行統(tǒng)一的管理和控制，從而有助于縮短工期，加快施工效率，降低施工成本，提高施工質(zhì)量。

2.3 基于BIM技術(shù)的輔助施工

2.3.1 施工測量——“三維實體空間測量放線法”測量異形空間

咸陽奧體中心罩棚鋼結(jié)構(gòu)全部采用大跨度鋼桁架組成。在施工過程中，傳統(tǒng)的測量方法要多次轉(zhuǎn)換位置坐標，存在累計誤差，在實際施工測量中將增加誤差值。根據(jù)施工圖的位置坐標，將BIM模型的位置坐標與施工現(xiàn)場的坐標吻合，直接在模型中抓取出空間三維坐標，利用全站儀放點測量。通過BIM+全站儀，可以有效地解決復(fù)雜空間無法進行傳統(tǒng)放線的難題，效果顯著，避免累計誤差，節(jié)約施工時間，提高了測量的精準性，見圖7。

2.3.2 塊體吊點查找

本工程鋼結(jié)構(gòu)罩棚墻面塊體向外傾斜，屋面塊體部分標高由外至內(nèi)呈20%坡度遞增，且結(jié)構(gòu)管桁架塊體均為異形不均勻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)重心非幾何形心。采用BIM專業(yè)軟件對吊裝塊體的重心進行精確定位，從而計算吊裝用各索具長度，使塊體在吊裝過程中的位形與設(shè)計狀態(tài)相符，方便塊體吊裝的一次性就位精度，提高施工效率，見圖8。

2.3.3 協(xié)同管理，碰撞檢查

本工程在施工過程中建立了各專業(yè)綜合三維模型，其中包含了土建、鋼結(jié)構(gòu)、消防、暖通等專業(yè)模型，利用BIM建筑信息模型碰撞檢查技術(shù)，將鋼結(jié)構(gòu)模型與其他單位設(shè)計的BIM模型予以整合，實現(xiàn)多專業(yè)之間數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)共享，有效的提升了數(shù)據(jù)傳送和共享的速度。

利用Tekla建模軟件對結(jié)構(gòu)模型進行碰撞檢測，提前預(yù)見了鋼結(jié)構(gòu)與土建專業(yè)的碰撞問題，與土建、設(shè)計方溝通后，在滿足設(shè)計及使用功能的前提下，將混凝土板下移400 mm，避開鋼結(jié)構(gòu)罩棚與混凝土板的結(jié)構(gòu)碰撞，及時排除碰撞點，減少施工過程中由此產(chǎn)生的變更，縮短了施工工期，從而提高施工現(xiàn)場生產(chǎn)效率，見圖9。

3 結(jié)語

本文主要介紹了BIM技術(shù)在奧體中心施工現(xiàn)場實際當中的應(yīng)用，以BIM技術(shù)指導(dǎo)現(xiàn)場施工。該項目基于BIM技術(shù)實現(xiàn)的三維空間測量定位、4D施工模擬技術(shù)以及可視化技術(shù)交底，節(jié)約工期14 d。通過碰撞檢測、協(xié)同管理平臺應(yīng)用等，經(jīng)項目財務(wù)部門綜合分析測算，共計節(jié)約成本約100余萬元。本項目通過BIM技術(shù)應(yīng)用為我們的技術(shù)升級及生產(chǎn)經(jīng)營帶來巨大的經(jīng)濟效益與社會效益。在以后的發(fā)展道路上，我們將以工程項目需求為出發(fā)點，應(yīng)用BIM技術(shù)優(yōu)化施工方法及項目進度質(zhì)量安全管理，提高施工效率。通過BIM技術(shù)管理，優(yōu)化施工過程，提高管理水平，達到降本增效的目的。