文/廣西建工集團第五建筑工程有限責任公司 姚開成 陳軍民 張桂美 黃蘭艷 許 懿

1 工程概況

柳州市蓮花城裝配式鋼框架結構保障性住房項目，地下室為普通鋼筋混凝土結構，地上為鋼結構框架支撐結構，基礎采用樁基。項目用地面積43505.79m2，總建筑面積137183.96m2，共設計10棟住宅樓，其中7棟高層住宅樓，2棟帶商業(yè)服務網點的高層住宅樓，1棟多層住宅建筑。設計合理使用年限為50年，是廣西首個鋼結構住宅產業(yè)化試點項目（見圖1）?？蚣苤捎镁匦武摴芑炷林?，框架梁及次梁采用焊接H型鋼梁，樓板采用鋼筋桁架樓承板。鋼筋混凝土結構部分鋼筋保護層厚度：梁、柱為25mm，墻、板為15mm。工程從結構選型、初步設計到結構優(yōu)化均嚴格按照裝配式建筑進行設計，施工過程實現工廠化，部件運抵現場，施工現場通過螺栓組裝和少量焊接形成主體結構，總體裝配率達60%。

圖1 柳州市蓮花城裝配式鋼框架結構保障性住房項目

柳州市蓮花城裝配式鋼框架結構保障性住房項目利用BIM技術模擬施工，提升裝配式建筑施工的工作效率，縮短施工工期，提高施工質量，在發(fā)展新技術的同時取得了良好的經濟效益。

2 工程特點與應用分析

傳統(tǒng)鋼結構安裝施工操作主要是現場管理，按照紙質策劃確定基本方案，形成傳統(tǒng)施工方案，由公司審核并按公司要求實施，最后完成裝配式鋼結構工程安裝施工。傳統(tǒng)鋼結構安裝施工操作方法中存在諸多不足，傳統(tǒng)工程安裝施工方法與現場實際情況結合不緊密，規(guī)劃性不足，導致頻繁返工、增加人員和時間投入、浪費材料等問題，增加項目運行成本。因此，本工程運用BIM技術模擬裝配式鋼結構施工輔助實施，減少不必要返工，降低施工成本。

柳州市蓮花城裝配式鋼框架結構保障性住房項目利用BIM技術輔助裝配式建筑施工，對鋼結構安裝進行信息化模擬，并通過BIM全過程智能控制和全過程協(xié)同工作的強大優(yōu)勢，提高工程質量、降低施工成本、縮短工期。

3 BIM模型建立

通過BIM軟件創(chuàng)建BIM鋼結構模型，并將BIM模型導入Navisworks，對核心節(jié)點部位的施工工藝進行模擬，生成施工3D演示動畫，進行動畫技術交底，指導現場施工人員作業(yè)。

3.1 鋼結構模型搭建

鋼結構建模是通過Tekla Structures軟件將二維的設計圖紙轉換成三維可視化模型，通過三維模型分解成各個部品構件，并將部品構件進行預制生產，最終運輸到現場裝配施工。三維模型與施工進度計劃、成本緊密關聯(lián)，形成貫穿整個施工周期的立體管理體系。

3.2 模型節(jié)點深化

根據工程的扁鋼管混凝土柱-支撐結構體系結構類型，在鋼結構施工前應運用BIM技術對整個工程會審后的原設計圖紙進行二次深化設計，通過Tekla Structures鋼構軟件建立1∶1實體模型，將各部節(jié)點進行分解后再優(yōu)化，提出1套既可指導車間加工，又能指導現場施工的深化設計方案（見圖2）。

圖2 鋼梁鋼柱節(jié)點深化加工

3.3 BIM模型審核

運用BIM技術進行圖紙會審相較于傳統(tǒng)圖紙會審具有速度快、精確率高等優(yōu)點，針對BIM模型也需進行細致審核才能保證模型的實效性。BIM模型會審的目的是保證模型的信息與設計信息準確無誤，組織建模技術員與設計單位代表通過反查各專業(yè)模型的構件與設計信息進行對比，可審查出模型是否存在錯誤或信息缺漏。

三維審核包括2個工作程序：模型的細致程度審查；碰撞檢測的合理性審查。

1）模型精細度審查是指根據設計規(guī)范，審查項目不同階段模型需達到的精細程度，主要參照模型的細致程度規(guī)范，再根據實際施工需要確定已有的BIM模型在對應的施工階段是否達到相應精度要求（見圖3）。

2）碰撞在實際工程中的應用分硬碰撞和軟碰撞2種。硬碰撞是指實體與實體之間的交叉碰撞；軟碰撞是指實體間并未碰撞，但間距和空間無法滿足相關施工要求，由軟件設定的碰撞條件進行檢測的結果。

圖3 利用軟件查看模型屬性

4 BIM技術應用

4.1 模擬鋼結構吊裝

本項目施工空間中場地狹小復雜，通過BIM三維模型的運用將施工過程和施工技術要點整合到1個三維模型動畫中，項目各參與人員可直觀地查看該技術要點的實施方案，實現信息無損共享和無障礙交流。同時，通過三維模擬動畫，根據專業(yè)人員經驗，對施工進行論證，進而優(yōu)化施工方案。

鋼結構模擬施工主要分2個步驟。

1）將深化整合的BIM模型導入Navisworks中。

2）根據計劃方案和現場實施情況，確定部品構件施工順序。確定部品構件的運動軌跡和時間，并與部品構件相連接。

將BIM模型從Revit中導出NWC格式文件，在Navisworks中打開NWC格式文件，完成BIM模型導入Navisworks的步驟。

在Navisworks軟件中，通過多種漫游查看結構構件模型，預覽整個工程項目的內部構造，將不同結構構件相互關聯(lián)，模擬施工過程及設備操作等。大體動畫類型分類如下。

1）對象動畫 把蓮花城項目建筑結構模型創(chuàng)建為對象動畫，為某施工工序創(chuàng)建演示過程，并進行直觀展示。

2）交互式動畫 通過創(chuàng)建交互式動畫，建立各構件間的交互式聯(lián)系。如窗按鍵與窗，在Navisworks中模擬點擊開窗按鈕，窗在動畫中自動打開。

3）漫游動畫 點擊事先錄制好的動畫按鈕，再點擊“向前”“旋轉”“放大”等按鈕，通過鼠標在項目模型內指引行走，錄制模型的整體或部分內部構造，形成短視頻漫游動畫。

4）施工進度模擬 模擬該項目的施工進度計劃。

在該項目中利用Navisworks軟件中的Animater工具為鋼架結構的整體吊裝編制動畫模擬（見圖4）。

圖4 鋼結構吊裝模擬

4.2 現場指導施工

利用BIM 3D模型進行現場指導施工，較2D圖紙具有更直觀、高效的優(yōu)勢。

通過4D技術模擬施工過程，根據不同時間節(jié)點對施工進度進行模擬。預演各時點進度情況，驗證進度計劃安排及施工組織安排的合理性、科學性。此外，在項目推進過程中實現計劃進度與實際進度的對比及動態(tài)跟蹤，及時糾偏，進而為現場指導施工打下基礎，使施工人員直觀了解施工過程的具體情況（見圖5）。

圖5 蓮花城項目鋼結構BIM模型

4.3 質量管控

1）質量監(jiān)控體系 借助廣聯(lián)達BIM 5D平臺搭建實時共享的質量監(jiān)控體系，質檢員將工程施工過程中發(fā)現的質量問題統(tǒng)一上傳至平臺，并標注在BIM模型中，對質量問題全過程跟蹤，督促相關單位及時消除隱患。

2）鋼結構專業(yè)建模 要求梁、板、柱等部位構件的截面尺寸與定位尺寸須與施工圖紙保持一致；管廊內梁底標高與設計圖紙要求一致，如遇到管線穿梁情況，需設計單位提供詳細的結構配筋圖，運用BIM技術進行建模確定管線穿梁的節(jié)點。

3）模型交付質量管控 交付模型必須通過模型審核，審核通過后交付使用。模型交付前對各專業(yè)分包單位進行技術交底。交付的模型必須包含全部專業(yè)信息，可對施工全程的信息進行反查。

4.4 安全保證措施

1）企業(yè)自身及第三方咨詢單位建立的項目BIM模型、數據交流平臺等嚴禁保存于國外服務器，需做好信息核心技術的保密工作，對關鍵基礎設施和重要領域信息系統(tǒng)及數據的保護至關重要，需做好信息安全的全面管控。

2）項目BIM團隊定期開展信息安全等級評估，對BIM模型和數據進行有效監(jiān)控，并報相關住建單位審查。

3）工程項目中涉及人防、經濟安全等戰(zhàn)略性重要信息數據需進行特殊加密，特殊情況下不進行數據上傳。

4）在BIM模型中，直觀地查看三維模型，確定現場作業(yè)危險位置并在模型中標注，將危險位置信息錄入廣聯(lián)達BIM 5D平臺，指導施工現場的安全管理工作。安全員發(fā)現施工現場存在安全隱患時，將隱患問題錄入廣聯(lián)達BIM 5D平臺中并發(fā)給相關管理部門，責令整改。

5）項目針對已有建筑模型及施工場地布置模型進行災害應急疏散模擬，優(yōu)化逃生線路，得到最優(yōu)疏散方案。根據方案在對應地點進行消防設施布置，根據疏散方案制作模擬逃生漫游視頻，定期對進場施工人員進行消防應急演練，防患于未然。

6）項目針對已有模型進行危險源分析識別，預先確認危險源位置，針對臨邊洞口等危險源提前處理，導出圖紙對施工人員進行交底，排除安全事故隱患。

4.5 成本控制

1）以6號樓為例，施工前利用碰撞檢測功能解決各類碰撞25處，其中管線與結構碰撞3處、管線與建筑墻體碰撞7處、管線系統(tǒng)間碰撞15處。利用該功能在施工準備階段及施工過程中可節(jié)省人力物力，縮短工期，避免返工及誤工，節(jié)省材料8%以上。

2）通過BIM技術的引入，蓮花城項目提高了施工效率，降低施工過程中的材料折損和返工率。項目原施工材料折損率18%，返工率20%；引入BIM后材料折損率降至10%，返工率降低至8%。

5 結語

“模擬施工”是現代工程的重要一環(huán)，而BIM技術則是將建筑工程引入數據化領域的新型數據化工具，將二者完美結合，不僅能顯著提高工程質量，降低成本，加快工程進度，而且對于建筑施工行業(yè)的發(fā)展方向有著深遠影響。

柳州市蓮花城裝配式鋼框架結構保障性住房項目成功地將BIM技術應用于模擬施工中，不僅提升了裝配式鋼結構的施工質量及通過率，而且為BIM技術在建筑施工中的全面應用積累了寶貴經驗。