譚勇峰 李小聰 王 林 楊 韜 孫 勇 余相懿

(中國(guó)建筑第五工程局有限公司,長(zhǎng)沙 410000)

引言

本工程為公司第一個(gè)正式以BIM技術(shù)指導(dǎo)施工的高鐵站房項(xiàng)目，在推廣BIM技術(shù)在施工項(xiàng)目的應(yīng)用上有著指導(dǎo)性的意義，本文主要講述了折線形屋蓋鋼網(wǎng)架深化及提升、內(nèi)外裝深化、管線碰撞及凈高檢查等BIM技術(shù)實(shí)際應(yīng)用。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

張家界西站位于湖南省湘張家界市永定區(qū)沙堤鄉(xiāng)，為黔張常鐵路與張吉懷鐵路交匯車站，是兩條鐵路線上最大的客運(yùn)站房，車站設(shè)計(jì)為線側(cè)平式(如圖1所示)。

站房總建筑面積35 215m2，面寬208m，進(jìn)深50m，高度31.14m。地下一層，地上兩層，局部四層。站房采用框架結(jié)構(gòu)，屋蓋為焊接球鋼網(wǎng)架，外立面采用玻璃幕墻，屋面為鋁鎂錳金屬板。站場(chǎng)共設(shè)置7站臺(tái)17線，其中黔張常場(chǎng)設(shè)置4站臺(tái)10線，張吉懷場(chǎng)3站臺(tái)7線。站場(chǎng)設(shè)進(jìn)站天橋、無(wú)站臺(tái)柱雨棚、旅客地道、行包通道等跨線構(gòu)筑物，候車站臺(tái)風(fēng)雨棚采用折線形鋼筋混凝土雨棚。

圖1 項(xiàng)目整體

1.2 項(xiàng)目重難點(diǎn)分析

張家界西站作為沿線第一大高鐵站房，業(yè)主對(duì)項(xiàng)目高度重視，公司將張家界西站定位為“精品站房，魯班獎(jiǎng)工程”；項(xiàng)目綜合性強(qiáng)，外部配合協(xié)調(diào)要求高，且施工場(chǎng)地狹小，與站前單位、線下單位、四電單位交叉施工，施工難度大；專業(yè)分包多，包含機(jī)電安裝、幕墻、裝飾裝修、鋼結(jié)構(gòu)、金屬屋面、靜態(tài)標(biāo)識(shí)等單位[1]；管線分布復(fù)雜，可排布空間及標(biāo)高有限，必須進(jìn)行深化以滿足凈高要求。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用

2.1 鋼結(jié)構(gòu)深化

本工程鋼結(jié)構(gòu)主要包含站房、進(jìn)站天橋、無(wú)站臺(tái)柱風(fēng)雨棚和落客平臺(tái)四部分，鋼結(jié)構(gòu)用量約7 500t。其中站房屋蓋鋼網(wǎng)架為正交正放四角錐焊接球網(wǎng)架[2]，網(wǎng)架整體呈折線型分布，空間高差達(dá)10.5m(如圖2所示)，項(xiàng)目對(duì)于網(wǎng)架部分采用錯(cuò)層提升方法。

圖2 總體鋼結(jié)構(gòu)概況

鋼結(jié)構(gòu)施工前，根據(jù)設(shè)計(jì)院圖紙，通過軟件進(jìn)行復(fù)雜節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)，自動(dòng)生成用于施工的構(gòu)件圖、材料清單等，軟件的智能化可為鋼構(gòu)件加工設(shè)備提供自動(dòng)識(shí)別的文件，實(shí)現(xiàn)工廠預(yù)制化、自動(dòng)化加工生產(chǎn)。

通過創(chuàng)建鋼結(jié)構(gòu)模型，深化鋼梁與混凝土結(jié)構(gòu)柱連接、鋼桁架與鋼柱連接等多種鋼節(jié)點(diǎn)，提前發(fā)現(xiàn)圖紙可能存在的錯(cuò)誤以及優(yōu)化原設(shè)計(jì)，避免現(xiàn)場(chǎng)安裝沖突及與結(jié)構(gòu)沖突問題，避免或減少返工情況發(fā)生(如圖3所示)。

圖3 鋼節(jié)點(diǎn)深化

在鋼構(gòu)件生產(chǎn)完成后，在每個(gè)構(gòu)件上粘貼二維碼，在運(yùn)輸過程中實(shí)時(shí)跟蹤。通過系統(tǒng)可直觀地看出干鋼構(gòu)件的編號(hào)、件號(hào)、數(shù)量、類型、長(zhǎng)度和重量等。從發(fā)運(yùn)、運(yùn)輸、驗(yàn)收、拼裝完成都會(huì)進(jìn)行二維碼掃描，及時(shí)更新并錄入信息(如圖4所示)。

圖4 鋼構(gòu)件二維碼

2.2 鋼網(wǎng)架提升驗(yàn)算

根據(jù)深化施工圖建立三維CAD線性模型，將線性模型導(dǎo)入結(jié)構(gòu)分析軟件，用非線性階段施工分析對(duì)提升過程進(jìn)行驗(yàn)算，得出結(jié)構(gòu)撓度和最大應(yīng)力比滿足要求，根據(jù)反力進(jìn)行提升器型號(hào)的選擇。同時(shí)對(duì)提升結(jié)構(gòu)、提升支撐結(jié)構(gòu)、牛腿、埋件、提升節(jié)點(diǎn)、柱受力、網(wǎng)架桿件、臨時(shí)桿件和臨時(shí)球進(jìn)行初次提升及二次提升驗(yàn)算(如圖5所示)，根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果編制鋼網(wǎng)架安全施工專項(xiàng)方案，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)鋼網(wǎng)架提升[3]。

(a)提升驗(yàn)算模型

(b)提升吊點(diǎn)反力

(c)結(jié)構(gòu)豎向位移云圖

(d)豎向位移統(tǒng)計(jì)表

(e)應(yīng)力比云圖

(f)應(yīng)力比統(tǒng)計(jì)圖5 鋼網(wǎng)架提升驗(yàn)算

本工程中網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用超大型構(gòu)件液壓同步提升施工技術(shù)進(jìn)行安裝，主要使用的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備為：超大型構(gòu)件液壓同步提升施工技術(shù)[4]、TJJ-2000型液壓穿心千斤頂、TJV-30型型液壓泵源系統(tǒng)、YT-1型計(jì)算機(jī)同步控制及傳感檢測(cè)系統(tǒng)。

為確保網(wǎng)架提升單元及主體結(jié)構(gòu)提升過程的平穩(wěn)、安全，根據(jù)網(wǎng)架的特性，擬采用“吊點(diǎn)油壓均衡，結(jié)構(gòu)姿態(tài)調(diào)整，位移同步控制，分級(jí)卸載就位”的同步提升和卸載落位控制策略。整體流程包括：同步吊點(diǎn)設(shè)置、液壓裝置系統(tǒng)調(diào)試及檢查、提升分級(jí)加載、結(jié)構(gòu)離地檢查、姿態(tài)檢測(cè)調(diào)整、整體同步提升、提升過程的微調(diào)、提升就位、卸載。

圖6 計(jì)算機(jī)同步提升控制界面

提升過程中，未發(fā)現(xiàn)受力不合理處，無(wú)桿件變形及破壞。提升至二次提升位置(通過模型提取位置坐標(biāo))，提升器的機(jī)械和液壓自鎖裝置進(jìn)行自鎖固定[5]。補(bǔ)桿后，進(jìn)行二次提升，提升效果如圖7所示。

圖7 網(wǎng)架提升效果

2.3 內(nèi)外裝深化

項(xiàng)目在內(nèi)、外裝優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)“奇峰疊翠、廊橋百里”設(shè)計(jì)理念進(jìn)行擴(kuò)展，充分提煉張家界奇山異景、土家族民族文化的屬地化元素，將湘西土家族西蘭卡普織錦、天門山等圖案引入，著意體現(xiàn)“千丈絕壁掛金松，萬(wàn)尺深澗鎖玉龍”山巒起伏的磅礴外觀，以及“久居繁華里，偷閑入山家”山間吊腳樓的室內(nèi)空間。

在室外裝修細(xì)部節(jié)點(diǎn)上，利用BIM技術(shù)的三維可視化對(duì)衛(wèi)生間、走廊等區(qū)域內(nèi)的潔具、墻地磚等進(jìn)行裝修排布，優(yōu)化精裝修圖紙，綜合考慮結(jié)構(gòu)墻、安裝管線、飾面磚等的位置、尺寸關(guān)系。通過建立三維BIM模型及實(shí)測(cè)實(shí)量進(jìn)行前期策劃，準(zhǔn)確定位設(shè)備及塊材施工，確保了衛(wèi)生間及走廊內(nèi)等裝飾裝修的精細(xì)化(如圖8所示)。

圖8 衛(wèi)生間BIM模型

在大面積室內(nèi)裝修上，候車廳屋頂采用木紋鋁板桁架、燈槽及橫梁共同構(gòu)建土家族吊腳樓屋頂，將整個(gè)候車廳打造成具有土家族名族特色的吊腳樓空間，給旅客賓至如歸的感覺。售票廳吊頂白色鋁板錯(cuò)拼與鋁方通相間，錯(cuò)拼鋁板采用山巒式不規(guī)則化處理，增加吊頂?shù)撵`動(dòng)，減輕旅客的心理承重感(如圖9、圖10所示)。

圖9 售票廳效果圖

圖10 候車廳效果圖

在外立面優(yōu)化上，項(xiàng)目從張家界建筑特色化及土家族民族化角度出發(fā)，結(jié)合土家族西蘭卡普織錦圖案以及吊腳樓建筑外觀，與廣場(chǎng)相接的柱頭增加張家界土司城九重樓上白龍吐水造型，門斗柱身優(yōu)化成土家族吊腳樓八角柱的形式，柱腳增加實(shí)心柱墩，寓意迎接四方友人(如圖11所示)。同時(shí)對(duì)檐口鋁板分縫、主入口處玻璃幕墻、站房外地面鋪貼、站房外立面鋁窗花、玻璃幕墻、吊頂、橫梁、棱形檐口等部位進(jìn)行優(yōu)化，以BIM技術(shù)為輔導(dǎo)，出具大樣圖、工藝做法表、排版圖，弱化分隔縫對(duì)外立面的影響，確保外立面的整體性以及立挺感(如圖12所示)。

圖11 效果圖及優(yōu)化參考

圖12 檐口鋁板分縫

2.4 凈高檢查及碰撞檢查

在站房管線模型建立完成后，依據(jù)業(yè)主及裝飾單位給出的標(biāo)高要求對(duì)標(biāo)高進(jìn)行檢查。由于管線數(shù)量多，跨度大，逐一核對(duì)所消耗的時(shí)間大，且容易出現(xiàn)遺漏。利用Revit軟件進(jìn)行凈高檢測(cè)，設(shè)置風(fēng)管顏色方案，以“底部高程”為參數(shù)對(duì)風(fēng)管標(biāo)高進(jìn)行篩選(如圖13所示)，查看所標(biāo)注區(qū)域風(fēng)管對(duì)應(yīng)顏色，篩選出不滿足標(biāo)高的風(fēng)管并進(jìn)行優(yōu)化(如圖14所示)。

圖13 設(shè)置風(fēng)管配色方案及篩選條件

圖14 根據(jù)顏色屬性查看風(fēng)管標(biāo)高

在完成區(qū)域標(biāo)高確認(rèn)后，由于各個(gè)區(qū)域管線交錯(cuò)排布，會(huì)出現(xiàn)不同專業(yè)管線之間的碰撞問題(如圖15所示)。為了保證管線在實(shí)際施工中的可操作性，利用Revit對(duì)不同專業(yè)之間進(jìn)行碰撞檢測(cè)。根據(jù)軟件生成的碰撞檢測(cè)報(bào)告逐一核查碰撞點(diǎn)，對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化(如圖16所示)。

圖15 碰撞檢查報(bào)告

圖16 碰撞檢查完成

2.5 質(zhì)量樣板

為規(guī)范項(xiàng)目質(zhì)量管理，明確項(xiàng)目質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求，BIM小組繪制建立BIM質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)虛擬模型，用于對(duì)工人可視化交底(如圖17所示)，項(xiàng)目共購(gòu)置5個(gè)質(zhì)量實(shí)體樣板，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化施工。項(xiàng)目爭(zhēng)創(chuàng)魯班獎(jiǎng)，幕墻、內(nèi)裝修均制作樣板，顏色、工藝均經(jīng)業(yè)主確認(rèn)后才大面積施工(如圖18所示)。機(jī)電工藝樣板不單獨(dú)實(shí)施，主要展示機(jī)電末端安裝方式、與裝飾材料匹配度、機(jī)電末端與裝飾墻地磚及吊頂排版對(duì)磚對(duì)縫等問題。

圖17 砌體BIM模型

圖18 天橋窗花樣板

2.6 砌體排布

站房砌體結(jié)合四電單位、機(jī)電安裝專業(yè)預(yù)留洞口，以及構(gòu)造柱排版要求，項(xiàng)目部積極組織BIM工作小組、裝飾、四電及機(jī)電安裝單位開會(huì)對(duì)接，以洞口周圍保持整磚、減少裝飾切割面為原則，通過BIM模型三維可視化核對(duì)標(biāo)高、CAD二維平面化核對(duì)位置，出具最終排版圖，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，同時(shí)安排專人跟蹤，確保施工無(wú)誤。

通過將Revit建筑模型導(dǎo)入排磚軟件，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件、設(shè)計(jì)要求與施工條件對(duì)建筑墻墻體精細(xì)排布，并詳細(xì)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)每面墻的磚砌體數(shù)量，對(duì)物資采購(gòu)起到一定的參考價(jià)值，同時(shí)合理地將碎磚進(jìn)行再利用，管控項(xiàng)目成本，減少磚砌體的浪費(fèi)，最終將砌體精細(xì)排布模型以CAD圖紙的格式導(dǎo)出來(lái)用于方案編制，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工(如圖19所示)。

圖19 砌體精細(xì)排布

2.7 幕墻下料指導(dǎo)

在多次調(diào)整立面分格后，基于幕墻深化Revit三維模型，通過提取模型材質(zhì)導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的明細(xì)表， 包含名稱、寬度、材質(zhì)、數(shù)量等信息，并輸出為Excel表格，用于指導(dǎo)幕墻材料采購(gòu)(如圖20所示)。

將Revit生成的參數(shù)化的三維模型與機(jī)械設(shè)計(jì)軟件Inventor進(jìn)行關(guān)聯(lián)，自動(dòng)生成幕墻板塊部件組裝圖、零件加工工藝圖以及材料下料單等，將最終生成的幕墻板塊部件組裝圖、零件加工工藝圖等轉(zhuǎn)化成DWG文件，以方便工廠生產(chǎn)加工使用[6](如圖21所示)。

圖20 幕墻下料單

圖21 幕墻零件加工詳圖

2.8 場(chǎng)地布置及3D打印

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將Revit模型導(dǎo)入、分解、切片導(dǎo)入打印機(jī)中，通過3D打印BIM沙盤，用于現(xiàn)場(chǎng)施工部署、臨建及施工場(chǎng)地布置與調(diào)整(如圖22所示)。同時(shí)，在沙盤上可進(jìn)行規(guī)劃道路出口、材料周轉(zhuǎn)、資源調(diào)配、優(yōu)化混凝土罐車及天泵澆筑位置等操作，并形象反映現(xiàn)場(chǎng)CI設(shè)計(jì)情況，找出最優(yōu)方案，優(yōu)化資源配置，有效節(jié)約成本，提升項(xiàng)目品質(zhì)。同時(shí)，BIM沙盤模型可用于輔助QC發(fā)布、專利申報(bào)、工法申報(bào)、科技創(chuàng)效等[7](如圖23所示)。

圖22 場(chǎng)地布置局部

圖23 3D打印BIM沙盤

2.9 可視化交底

針對(duì)于機(jī)電管線復(fù)雜區(qū)域(如機(jī)房、設(shè)備層)，宜采用可視化交底技術(shù)。機(jī)房的管線層次多、相對(duì)位置傳統(tǒng)三視圖難以體現(xiàn)，如用Revit對(duì)機(jī)房進(jìn)行單獨(dú)建模，再利用其他輔助軟件渲染，可以完成一個(gè)高精度的三維模型。利用該模型對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員直接交底(如圖24所示)。

圖24 可視化機(jī)房交底模型

2.10 BIM其他應(yīng)用2.10.1 三維坐標(biāo)定位及施工模擬

由于鋸齒形站臺(tái)坡屋面空間變化較大，常規(guī)的二維坐標(biāo)定位難以滿足精度要求，采用BIM技術(shù)對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)三維絕對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，利用三維坐標(biāo)進(jìn)行放樣及復(fù)核；以BIM技術(shù)為輔助對(duì)站臺(tái)各專業(yè)模型進(jìn)行綜合排版，保證既滿足相關(guān)功能的要求，又滿足建筑審美的需要，避免后期返工。利用BIM技術(shù)對(duì)站臺(tái)雨棚進(jìn)行建模，涵蓋并統(tǒng)籌各個(gè)專業(yè)，先在模型中將各專業(yè)外露設(shè)備體現(xiàn)出來(lái)，模型效果得到各方認(rèn)可后并進(jìn)行工序模擬后再進(jìn)行施工，避免后期重復(fù)。

2.10.2 VR體驗(yàn)館

項(xiàng)目通過合作引入智慧工地安全體驗(yàn)館，為每個(gè)管理人員及工人提供了安全體驗(yàn)的機(jī)會(huì)。體驗(yàn)項(xiàng)目包括墻體倒塌、電擊、高空墜落、火災(zāi)體驗(yàn)等，直觀有效地了解到現(xiàn)場(chǎng)違規(guī)操作所帶來(lái)的嚴(yán)重后果。

新興的科技使得安全培訓(xùn)不再受場(chǎng)地限制，相比傳統(tǒng)的培訓(xùn)，VR體驗(yàn)讓人身臨其境，記憶更為深刻[8]。通過VR體驗(yàn)進(jìn)一步完善現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工及防護(hù)和項(xiàng)目安全文明生產(chǎn)制度與規(guī)章，推進(jìn)了項(xiàng)目的安全文明建設(shè)，為打造精品項(xiàng)目、創(chuàng)建“魯班獎(jiǎng)”工程提供了保障[9](如圖25所示)。

圖25 VR體驗(yàn)館局部

3 BIM總結(jié)

BIM為我們展現(xiàn)了三維視覺化效果，提供了新的工作思路。通過BIM進(jìn)行深化，在部分工作中用BIM三維可視化取代二維平面化，有效地解決了諸如網(wǎng)架拼裝、提升、管線凈高、內(nèi)外裝效果等問題，同時(shí)為有效解決各專業(yè)接口，深化細(xì)部節(jié)點(diǎn)做法，控制項(xiàng)目成本，輔助科技工法申報(bào)等提供了有力的支持[10]。

經(jīng)過項(xiàng)目前階段的實(shí)際應(yīng)用，我們積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，為項(xiàng)目后期及公司進(jìn)一步推進(jìn)BIM在施工中的應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。