胡二永　蘇永超　李飛宇　周成軍

摘 要：為解決淺圓倉(cāng)施工難點(diǎn)，本文采用更加簡(jiǎn)便高效的傘架支撐系統(tǒng)作為倉(cāng)頂?shù)闹螛?gòu)件，并應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行模擬。研究結(jié)果表明，BIM技術(shù)可以應(yīng)用于淺圓倉(cāng)施工中，有效解決遺漏、碰撞等問(wèn)題，提前規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：淺圓倉(cāng);BIM技術(shù);自呼吸樓蓋;傘架支撐

中圖分類(lèi)號(hào)：TU17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）06-0100-04

Research on the Application of BIM Technology in the

Construction of Shallow Round Warehouse

HU Eryong SU Yongchao LI Feiyu ZHOU Chengjun

（Zhengzhou Yijian Group Corporation，Zhengzhou Henan 450004）

Abstract： In order to solve the construction difficulties of the shallow round warehouse， this paper adopted a more convenient and efficient umbrella support system as the support member of the warehouse roof， and uses BIM technology to simulate the key technical difficulties. The research results show that BIM technology can be applied to the construction of shallow round warehouses， effectively solving problems such as omissions and collisions， and avoiding risks in advance.

Keywords： shallow round warehouse;BIM technology;self-breathing floor;umbrella support

在新的國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略下，為保證國(guó)家糧食安全，建設(shè)糧油倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施、強(qiáng)化糧情監(jiān)測(cè)預(yù)警顯得尤為重要。從國(guó)內(nèi)糧食倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀來(lái)看，相對(duì)于傳統(tǒng)糧倉(cāng)，建設(shè)“生態(tài)糧倉(cāng)”“智慧糧倉(cāng)”是我國(guó)糧食儲(chǔ)備發(fā)展的必然方向。近年來(lái)，淺圓倉(cāng)的設(shè)計(jì)和研發(fā)變得更加成熟、生態(tài)、智慧，新型倉(cāng)體建設(shè)迅速，其在廣東、福建和浙江等地相繼推廣。

目前，已有學(xué)者對(duì)淺圓倉(cāng)施工進(jìn)行了較為詳細(xì)的探究。張龍[1]以淺圓倉(cāng)為研究對(duì)象，深入探討了滑模施工工藝，并基于此分析施工過(guò)程中的質(zhì)量控制點(diǎn)，為以后的淺圓倉(cāng)施工提供借鑒。龐瑞等[2]通過(guò)理論及數(shù)值模擬兩種計(jì)算方法，結(jié)合應(yīng)用實(shí)例，對(duì)淺圓倉(cāng)倉(cāng)頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。龐瑞等[3]以BIM為基礎(chǔ)，分析了裝配式淺圓倉(cāng)的經(jīng)濟(jì)效益，并建立倉(cāng)頂結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件庫(kù)。

淺圓倉(cāng)倉(cāng)頂多為單層結(jié)構(gòu)，在隔熱性能方面有較大的缺陷，導(dǎo)致倉(cāng)溫、糧溫普遍較高，對(duì)安全儲(chǔ)糧極為不利。為保證儲(chǔ)糧質(zhì)量，糧倉(cāng)要經(jīng)常進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)，因此傳統(tǒng)淺圓倉(cāng)的倉(cāng)頂結(jié)構(gòu)不符合國(guó)家倡導(dǎo)的綠色儲(chǔ)糧要求。經(jīng)深入研究，人們?cè)O(shè)計(jì)出一種雙層自呼吸隔熱淺圓倉(cāng)，最終解決了上述儲(chǔ)糧問(wèn)題。雙層自呼吸隔熱淺圓倉(cāng)通過(guò)倉(cāng)頂上方設(shè)置的斜向空氣間層，使得空氣從下端進(jìn)入并從上端帶走空氣間層內(nèi)的熱量，利用煙囪效應(yīng)，大大降低倉(cāng)頂表面的溫度。

雙層自呼吸隔熱淺圓倉(cāng)包括倉(cāng)壁、錐形倉(cāng)頂，錐頂上設(shè)置平屋蓋，相比傳統(tǒng)淺圓倉(cāng)，施工難度也相應(yīng)增加不少。本項(xiàng)目中，淺圓倉(cāng)倉(cāng)體設(shè)計(jì)高度為37.5 m，倉(cāng)頂施工屬于高支模，傳統(tǒng)施工采用滿(mǎn)堂架，但架體搭設(shè)困難，穩(wěn)定性差，危險(xiǎn)系數(shù)高，工期長(zhǎng)，成本高，材料浪費(fèi)嚴(yán)重。研究發(fā)現(xiàn)，傘架式鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)可以大大降低倉(cāng)頂架體搭設(shè)高度。筆者通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)深入研究傘架式支撐組裝、拆除技術(shù)，使傘架式支撐系統(tǒng)操作更簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性更好、組裝效率更高、安全性更佳以及拆除更便捷。

針對(duì)目前此類(lèi)淺圓倉(cāng)體設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目筒壁擬采用二次滑模施工技術(shù)，對(duì)自呼吸樓蓋鋼結(jié)構(gòu)支撐工藝中的支撐、組裝以及對(duì)倉(cāng)壁外側(cè)防護(hù)支撐系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化，保證了結(jié)構(gòu)的安全性，簡(jiǎn)化了操作工藝，提高了支撐系統(tǒng)的周轉(zhuǎn)性，保證了倉(cāng)頂施工安全可靠、簡(jiǎn)便快捷。倉(cāng)頂采用更加簡(jiǎn)便高效的傘架支撐系統(tǒng)，其間應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行模擬。在淺圓倉(cāng)施工過(guò)程中，采用BIM技術(shù)進(jìn)行模擬和方案預(yù)演，可有效解決遺漏、碰撞等問(wèn)題。

1 BIM軟件概述

1.1 BIM基本理論

目前，信息化技術(shù)快速發(fā)展，已逐步廣泛應(yīng)用于諸多行業(yè)。建筑行業(yè)為響應(yīng)國(guó)家綠色環(huán)保作業(yè)的號(hào)召，已由原來(lái)的粗放型施工轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芄I(yè)化施工，而B(niǎo)IM技術(shù)以三維模型為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)建筑信息的搜集、統(tǒng)計(jì)、分析和處理等實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的全過(guò)程信息化管理，模擬施工過(guò)程，建立建筑模型，提前規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)等。施工單位可以基于BIM技術(shù)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的進(jìn)度、質(zhì)量、安全及成本等進(jìn)行控制，建筑BIM模型包含了建筑全壽命周期的屬性的控制信息[4]。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，BIM技術(shù)現(xiàn)已逐步在建筑工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，在美國(guó)建筑業(yè)中，其已成為變革性技術(shù)[5]。目前，BIM技術(shù)基于三維數(shù)字建模，涵蓋了工程項(xiàng)目的特點(diǎn)和功能性信息，使得各專(zhuān)業(yè)協(xié)同工作，真正實(shí)現(xiàn)建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工的一體化[6]。

1.2 BIM軟件特點(diǎn)

1.2.1 可視化設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)建筑行業(yè)的建筑設(shè)計(jì)和施工中，項(xiàng)目人員需要結(jié)合二維圖紙，在腦海里想象建筑形式和項(xiàng)目模型，并不能直觀(guān)地觀(guān)察建筑模型，進(jìn)而時(shí)時(shí)把控項(xiàng)目的進(jìn)度、質(zhì)量和安全等。BIM技術(shù)將建筑信息以模型的形式直觀(guān)地展現(xiàn)在技術(shù)人員的眼前，BIM軟件的可視化設(shè)計(jì)極大地提高了工作效率，有助于把控建筑質(zhì)量，提前規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)[7-8]。BIM軟件將以往的線(xiàn)條式構(gòu)件以三維立體仿真圖的形式展示在人們面前，雖然建筑業(yè)也有設(shè)計(jì)單位出效果圖的情形，但是這種效果圖主要還是專(zhuān)業(yè)的效果圖制作團(tuán)隊(duì)根據(jù)圖紙制作出的線(xiàn)條式信息制作出來(lái)的。而B(niǎo)IM可視化是構(gòu)件之間形成互動(dòng)性和反饋性的可視。在建筑信息模型中，所有過(guò)程都是可視的，它的可視化不僅僅用來(lái)進(jìn)行效果展示及報(bào)表制作，更重要的是在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中進(jìn)行溝通、討論、決策，而這些是可以建立在可視化的基礎(chǔ)上的。以本項(xiàng)目為例，糧倉(cāng)的BIM可視化模型如圖1所示。

1.2.2 協(xié)同性。一個(gè)建筑項(xiàng)目的實(shí)施需要多個(gè)專(zhuān)業(yè)的配合才能實(shí)現(xiàn)，經(jīng)常出現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)交叉作業(yè)。在傳統(tǒng)建筑項(xiàng)目中，多專(zhuān)業(yè)交叉作業(yè)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)溝通協(xié)調(diào)不及時(shí)現(xiàn)象，造成成本增加、工期延誤等問(wèn)題。BIM軟件具有良好的協(xié)同性，可在施工前對(duì)各專(zhuān)業(yè)的施工作業(yè)進(jìn)行模擬，以便合理把控施工進(jìn)度。BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期對(duì)各專(zhuān)業(yè)的碰撞問(wèn)題進(jìn)行協(xié)調(diào)，并生成報(bào)告，幫助設(shè)計(jì)師進(jìn)行修改，在施工前就很好地解決相關(guān)問(wèn)題。同時(shí)，BIM技術(shù)還能做到防火分區(qū)、電梯井布置等的協(xié)調(diào)。

1.2.3 模擬性。BIM軟件可以對(duì)項(xiàng)目整體進(jìn)行3D建模，把項(xiàng)目的外觀(guān)以及細(xì)部展現(xiàn)在模型中。根據(jù)BIM的參數(shù)化特性，人們可以將模型中數(shù)以萬(wàn)計(jì)的構(gòu)件、設(shè)備、設(shè)施等的數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入其中，讓項(xiàng)目參與各方看到一個(gè)綜合性的可視化模型。各方可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行閱讀、調(diào)取、分析和修改，大大改善了傳統(tǒng)2D畫(huà)面的溝通效率差、協(xié)同效果不佳的局面[9-10]。BIM軟件不僅可以模擬建筑，還可以模擬不能在真實(shí)場(chǎng)景中進(jìn)行操作的事物。設(shè)計(jì)階段可以進(jìn)行節(jié)能模擬、緊急疏散模擬、日照模擬和熱能傳導(dǎo)模擬等;招標(biāo)和施工階段可以進(jìn)行4D模擬（加上時(shí)間進(jìn)度），同時(shí)可以進(jìn)行5D模擬（加入造價(jià)控制）;運(yùn)營(yíng)階段可以進(jìn)行日常緊急情況和處理方式的模擬，如地震逃生及消防疏散等。以本項(xiàng)目為例，糧倉(cāng)的建筑三維模型如圖2所示。糧倉(cāng)的倉(cāng)錐頂澆筑用模具傘架式支撐系統(tǒng)及中心筒節(jié)點(diǎn)如圖3所示。

1.2.4 可優(yōu)化性。建筑項(xiàng)目從設(shè)計(jì)到施工的過(guò)程是一個(gè)不斷優(yōu)化的過(guò)程，人們可以運(yùn)用BIM軟件，更好地進(jìn)行優(yōu)化?，F(xiàn)代建筑物的復(fù)雜程度大多超過(guò)參與人員本身的能力極限，BIM軟件及其配套的各種優(yōu)化工具提供了對(duì)復(fù)雜項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化的服務(wù)。對(duì)這些內(nèi)容的設(shè)計(jì)和施工方案進(jìn)行優(yōu)化，可以縮短工期，降低造價(jià)。以本項(xiàng)目為例，糧倉(cāng)三維模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)如圖4所示。

1.2.5 可出圖形。BIM軟件繪制的圖紙不同于建筑設(shè)計(jì)院所設(shè)計(jì)的圖紙或者一些構(gòu)件的加工圖紙，其通過(guò)對(duì)建筑物進(jìn)行可視化展示、協(xié)調(diào)、模擬和優(yōu)化，繪制出綜合管線(xiàn)圖（經(jīng)過(guò)碰撞檢查和設(shè)計(jì)修改，消除了相應(yīng)錯(cuò)誤）、綜合結(jié)構(gòu)留洞圖（預(yù)埋套管圖），最終提出碰撞檢查偵錯(cuò)報(bào)告和建議改進(jìn)方案。以本項(xiàng)目為例，使用BIM軟件繪制圖紙時(shí)，糧倉(cāng)的預(yù)留、預(yù)埋碰撞設(shè)計(jì)如圖5所示。

2 基于BIM技術(shù)的倉(cāng)頂設(shè)計(jì)

淺圓倉(cāng)頂澆筑使用傘架式支撐系統(tǒng)，相對(duì)于傳統(tǒng)的滿(mǎn)堂腳手架支撐體系，其變得更加工具化、定型化，大大縮短施工周期，降低了拆裝工作量，減少鋼管扣件用量和勞動(dòng)量?；臼┕ち鞒倘鐖D6所示。

倉(cāng)頂支撐系統(tǒng)包括垂直設(shè)置在淺圓倉(cāng)內(nèi)部的中心筒，中心筒的上端設(shè)有中心安裝支撐件（中心托盤(pán)），中心安裝支撐件和淺圓倉(cāng)頂部?jī)?nèi)壁之間水平搭設(shè)若干榀鋼桁架，鋼桁架沿筒倉(cāng)的半徑方向等間距搭設(shè)。倉(cāng)頂施工外防護(hù)支撐結(jié)構(gòu)包括上吊梁、外豎梁、內(nèi)豎梁、水平支撐梁和斜撐梁，水平支撐梁上表面垂直設(shè)有兩根定位鋼筋。

淺圓倉(cāng)頂部?jī)?nèi)壁沿圓周方向均勻開(kāi)設(shè)有與鋼桁架數(shù)量相等的支撐槽，支撐槽的底面水平設(shè)置有支撐板，支撐板的下表面固定連接若干根預(yù)埋在淺圓倉(cāng)倉(cāng)壁內(nèi)的預(yù)埋鋼筋，支撐板上表面固定設(shè)有垂直設(shè)置的定位柱，鋼桁架的外端伸入支撐槽內(nèi)，鋼桁架的外端下表面支撐在支撐板上。該支撐裝置設(shè)計(jì)合理，施工量小，通過(guò)預(yù)先調(diào)節(jié)中心立柱的垂直度，方便快捷地將鋼桁架安放到中心立柱與倉(cāng)壁之間的對(duì)應(yīng)位置，并確保鋼桁架的穩(wěn)定性和可靠性。

鋼桁架組裝用導(dǎo)向裝置包括底部支撐臺(tái)、上部吊掛件和導(dǎo)向軌道，導(dǎo)向軌道沿垂直方向設(shè)置，導(dǎo)向軌道下端與底部支撐臺(tái)頂部連接，導(dǎo)向軌道上端與上部吊掛件通過(guò)連接螺栓可進(jìn)行拆卸和連接;在進(jìn)行鋼桁架吊裝作業(yè)時(shí)，牽拉及滾動(dòng)導(dǎo)向提高了鋼桁架在提升過(guò)程中的穩(wěn)定性。

3 基于BIM技術(shù)的成本分析

3.1 提高工效，節(jié)約人工

淺圓倉(cāng)頂澆筑用傘架式支撐系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，各部件均采用螺栓連接，安裝簡(jiǎn)便，技術(shù)要求低;所有部件實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)化加工，到場(chǎng)后直接組裝，相對(duì)于傳統(tǒng)滿(mǎn)堂腳手架搭設(shè)，每組裝、吊拆一套節(jié)約人工費(fèi)用387 750元。

3.2 工期分析

倉(cāng)頂澆筑用傘架式支撐系統(tǒng)所有部件規(guī)格、尺寸單一，各部件均可提前設(shè)計(jì)，提前進(jìn)行工廠(chǎng)化加工，縮短了施工周期，進(jìn)場(chǎng)后，工人直接進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝即可。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，本項(xiàng)目安裝一套倉(cāng)頂澆筑用傘架式支撐系統(tǒng)，用時(shí)為2 d，經(jīng)查閱過(guò)往項(xiàng)目施工資料，傳統(tǒng)滿(mǎn)堂腳手架搭設(shè)周期約為60 d，本項(xiàng)目共有15棟淺圓倉(cāng)，考慮到施工條件及成本，準(zhǔn)備8套傘架式支撐系統(tǒng)，周轉(zhuǎn)一次，工程結(jié)束;組裝按流水作業(yè)施工，組裝結(jié)束需要16 d，傳統(tǒng)滿(mǎn)堂腳手架分2次搭設(shè)完成，共需要120 d，因此新方案共縮短工期104 d。

3.3 成本分析

倉(cāng)頂澆筑用傘架式支撐系統(tǒng)每套租賃費(fèi)（包含運(yùn)輸、安拆費(fèi)）約為30萬(wàn)元，租賃8套的費(fèi)用共計(jì)240萬(wàn)元。按照市場(chǎng)行情，鋼管租賃費(fèi)為0.013元/（d·m）、扣件租賃為0.011元/（d·m），若本項(xiàng)目同時(shí)租賃8套滿(mǎn)堂腳手架，則鋼管和扣件的費(fèi)用約為455萬(wàn)元。因此，新方案共節(jié)約費(fèi)用215萬(wàn)元。

4 結(jié)論

本文對(duì)淺圓倉(cāng)倉(cāng)頂模架支撐結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行模擬，基于BIM技術(shù)對(duì)淺圓倉(cāng)自呼吸樓蓋施工技術(shù)進(jìn)行研究，以期為倉(cāng)頂施工提供安全可靠的工作平臺(tái)。本項(xiàng)目采用傘架式支撐系統(tǒng)，大大降低倉(cāng)頂架體搭設(shè)高度，并通過(guò)BIM技術(shù)提前模擬，深入研究傘架式支撐組裝、拆除技術(shù)，提前檢查，規(guī)避施工中存在的風(fēng)險(xiǎn)。其間利用BIM技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)模型搭建，各專(zhuān)業(yè)協(xié)同作業(yè)，模擬高空不間斷施工條件下的滑模施工組織。同時(shí)，加強(qiáng)安全管理，合理布置測(cè)量監(jiān)控網(wǎng)點(diǎn)，科學(xué)安排施工進(jìn)度，保證定位精準(zhǔn)、無(wú)遺漏?；贐IM技術(shù)，淺圓倉(cāng)頂澆筑采用傘架式支撐系統(tǒng)，一共可縮短工期104 d，節(jié)約費(fèi)用215萬(wàn)元。

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