左克松

（中鐵城建集團(tuán)南昌建設(shè)有限公司,江西 南昌 330000）

BIM 技術(shù)作為國(guó)內(nèi)新業(yè)態(tài),可以為建筑工程中的各項(xiàng)施工提供服務(wù),甚至于工程項(xiàng)目從開發(fā)到運(yùn)營(yíng)都可以進(jìn)行全過程應(yīng)用,相信BIM 技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域以后的發(fā)展中會(huì)運(yùn)用的越來越廣泛。

1 BIM 技術(shù)應(yīng)用

1.1 部署準(zhǔn)備

1.1.1 組織架構(gòu)

本工程由項(xiàng)目經(jīng)理總負(fù)責(zé),項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人組織實(shí)施,配置專業(yè)BIM 工程師負(fù)責(zé)BIM 技術(shù)平臺(tái)運(yùn)用,相關(guān)人員組成項(xiàng)目部BIM 技術(shù)小組。負(fù)責(zé)本工程穹頂鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工以及移交后的運(yùn)營(yíng)維護(hù)等階段相關(guān)信息的搜集,運(yùn)用BIM 技術(shù)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)信息和電子文檔歸集,形成電子信息仿真模型進(jìn)行項(xiàng)目技術(shù)管理工作,以提高工作效率,減少返工,保證工程順利實(shí)施。項(xiàng)目部工程部、安質(zhì)部、成本計(jì)劃部以及物資設(shè)備部等部門按照工程工作量大小,安排熟悉本專業(yè)業(yè)務(wù)、了解BIM 技術(shù)建筑模型、理解模型信息的人員,配合項(xiàng)目部BIM 技術(shù)小組開展相關(guān)工作。

1.1.2 崗位職責(zé)

本項(xiàng)目BIM 技術(shù)小組主要職責(zé)：本工程BIM 模型相關(guān)的信息搜集,后續(xù)的模型創(chuàng)建、優(yōu)化、維護(hù)；能夠保證設(shè)計(jì)圖、深化設(shè)計(jì)圖能夠清楚、形象且完整地體現(xiàn)在模型里；能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)圖紙問題并第一時(shí)間上報(bào)監(jiān)理或業(yè)主單位,能夠完整地表達(dá)工程施工流程、施工工藝等,為優(yōu)化施工方案、完善工作計(jì)劃提供科學(xué)有效的參考依據(jù)；進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真模擬施工,進(jìn)一步優(yōu)化工程施工進(jìn)度計(jì)劃；為工程竣工后業(yè)主單位運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供協(xié)助,提升業(yè)主價(jià)值感受。

1.1.3 運(yùn)行環(huán)境

項(xiàng)目部與建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位充分溝通,主要配置了Autodesk CAD、Revit、Navisworks 和PKPM等軟件,專業(yè)制圖電腦硬件,創(chuàng)造了各方接受的BIM 技術(shù)應(yīng)用軟硬件環(huán)境。軟硬件滿足BIM 工作正常開展及各相關(guān)單位、部門的使用需要,打造一個(gè)在線可視的、安全的、可實(shí)現(xiàn)的BIM 技術(shù)運(yùn)用平臺(tái)。

1.1.4 實(shí)施計(jì)劃

本工程根據(jù)項(xiàng)目總體工期要求,結(jié)合實(shí)際工作量及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,制定BIM 技術(shù)實(shí)施專項(xiàng)計(jì)劃：

表1

1.2 BIM 技術(shù)應(yīng)用

本項(xiàng)目在穹頂鋼結(jié)構(gòu)和曲面玻璃幕墻深化設(shè)計(jì)中,采用全過程BIM 建造技術(shù),為項(xiàng)目安全、質(zhì)量和進(jìn)度保駕護(hù)航。主要采用有以下三項(xiàng)技術(shù)路線應(yīng)用：

1.2.1 信息模型

通過設(shè)計(jì)圖、深化設(shè)計(jì)圖等技術(shù)資料,項(xiàng)目BIM 技術(shù)小組進(jìn)行模型構(gòu)建。建模完成后,可以提前查看穹頂鋼結(jié)構(gòu)建成后的3D 仿真效果圖,核查其構(gòu)件尺寸、節(jié)點(diǎn)等細(xì)節(jié)以及不同專業(yè)的銜接、穿插是否滿足工程圖紙等相關(guān)技術(shù)資料要求,是否符合最初意向。還能運(yùn)用相關(guān)數(shù)據(jù)信息對(duì)模型進(jìn)行分析、優(yōu)化,進(jìn)一步提高實(shí)際施工精度,盡可能防范施工過程中可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)因素,確保施工質(zhì)量。

圖1 穹頂鋼結(jié)構(gòu)三維模型圖

1.2.2 施工模擬

通過BIM 技術(shù)平臺(tái)模擬現(xiàn)場(chǎng)施工,依據(jù)施工方案使施工過程進(jìn)行場(chǎng)景運(yùn)用。工程建設(shè)中涉及到的建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣、通風(fēng)以及臨時(shí)輔助設(shè)施等各專業(yè)進(jìn)行仿真模擬穿插施工,排查施工過程中可能存在的問題,例如發(fā)現(xiàn)不同專業(yè)之間的作業(yè)碰撞檢查、管線布線路徑優(yōu)化、施工流程的最優(yōu)順序等。基于以上可能發(fā)現(xiàn)問題的部分,再對(duì)施工方案做進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整。

該技術(shù)路線可以根據(jù)實(shí)際需要,在BIM 技術(shù)平臺(tái)進(jìn)行多次重復(fù)仿真模擬施工演示,立足工程項(xiàng)目本身,不斷地優(yōu)化施工方案,盡可能滿足各參與方的相關(guān)需求,盡可能減少施工中不確定的影響因素,預(yù)防施工質(zhì)量事故,降低施工成本,控制施工工期,提高項(xiàng)目組織管理和施工技術(shù)水平。

1.2.3 運(yùn)維平臺(tái)

通過BIM 技術(shù)運(yùn)維平臺(tái),將工程竣工驗(yàn)收實(shí)體信息形成BIM 竣工模型,項(xiàng)目一系列相關(guān)重要數(shù)據(jù)與業(yè)主單位運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)進(jìn)行集成,可將業(yè)主單位的運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作效率大大的提高。如鋼結(jié)構(gòu)形態(tài)、曲面玻璃幕墻狀態(tài)、照明效果以及電力部署以及屋面排水位置、接入點(diǎn)等,使用者只需了解BIM 技術(shù)模型應(yīng)用程序,在軟件平臺(tái)上便可利用模型視圖直接獲取相關(guān)信息,自動(dòng)生成運(yùn)營(yíng)（維修）工單。在工單執(zhí)行前,系統(tǒng)信息可作為工作指導(dǎo)手冊(cè)來輔助技術(shù)工人進(jìn)行實(shí)際運(yùn)維操作。

1.3 BIM 技術(shù)應(yīng)用成果

根據(jù)本工程穹頂鋼結(jié)構(gòu)和曲面玻璃幕墻工程的BIM技術(shù)實(shí)際運(yùn)用,結(jié)合歷年參建工程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)總結(jié),BIM 技術(shù)應(yīng)用對(duì)項(xiàng)目部工程實(shí)施在質(zhì)量、工期和成本等各方面都有不小的進(jìn)步,有相當(dāng)大的實(shí)際運(yùn)用前景。以下為BIM 技術(shù)在應(yīng)用前后管理流程和成果上的對(duì)比：

1.3.1 應(yīng)用BIM 技術(shù)前后管理流程對(duì)比

表2

1.3.2 應(yīng)用BIM 技術(shù)前后成果對(duì)比

表3

2 鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)

建筑穹頂結(jié)構(gòu)高度高,跨度大,現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境復(fù)雜。鋼結(jié)構(gòu)焊接施工前,滿堂腳手架（進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算）操作平臺(tái)搭設(shè)、施工測(cè)量以及鋼構(gòu)件原材料采購(gòu)、加工等工作均已完成。本次重點(diǎn)介紹鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)的應(yīng)用。

2.1 焊接工藝

焊接流程如圖2。

圖2

2.2 焊接一般要求的控制

2.2.1 當(dāng)焊接作業(yè)區(qū)的相對(duì)濕度大于90%,或焊件表面潮濕、暴露于雨、冰、雪中,亦或焊接作業(yè)條件不符合《焊接安全作業(yè)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定要求時(shí),嚴(yán)禁焊接作業(yè)。

2.2.2 本工程主要采用焊條電弧焊和氣體保護(hù)電弧焊,主體構(gòu)件焊接時(shí)優(yōu)先考慮使用CO2氣體保護(hù)焊。焊接作業(yè)區(qū)最大風(fēng)速不宜超過8m/s,進(jìn)行氣體保護(hù)電弧焊時(shí)最大風(fēng)速不宜超過2m/s,否則應(yīng)采取有效措施以保障焊接作業(yè)時(shí)不受影響。

2.2.3 焊接前,待焊接構(gòu)件應(yīng)均勻、干凈,且無毛刺、裂紋和其他可能對(duì)焊縫質(zhì)量有不利影響的缺陷。待焊接構(gòu)件的表面及距焊接位置50mm 范圍內(nèi)不得有影響正常焊接和焊縫質(zhì)量的氧化物、銹蝕、油脂以及水等雜質(zhì)。

2.2.4 臨時(shí)輔助焊接的鋼板等材料,應(yīng)與擬焊接的材料相適應(yīng),且焊接施工完成后應(yīng)對(duì)鋼板予以拆除,拆除時(shí)應(yīng)保證焊接材料的質(zhì)量。

2.2.5 焊工施焊作業(yè)時(shí),應(yīng)嚴(yán)格遵守焊接操作規(guī)程要求,不得在臨近鋼構(gòu)件上引弧,焊縫收尾弧坑必須焊滿。

2.2.6 焊接材料熔敷金屬的力學(xué)性能應(yīng)不低于相應(yīng)焊接構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)的下限值或應(yīng)滿足設(shè)計(jì)文件要求。焊接材料應(yīng)存放在通風(fēng)良好且干燥的地方,安排專人進(jìn)行管理,并有記錄可查。

2.2.7 焊接坡口尺寸以及部分構(gòu)件組裝完成后的坡口尺寸允許偏差應(yīng)符合規(guī)范要求,且禁止在坡口接頭間隙中填塞鐵塊或其他異物。

2.2.8 施工過程中的臨時(shí)焊縫在正式施焊后應(yīng)清除或與正式焊縫相融合。

2.2.9 可能存在的對(duì)接焊縫應(yīng)為完全熔透焊縫,為方便進(jìn)行無損檢測(cè),構(gòu)件焊接完成后其焊接部位表面應(yīng)進(jìn)行處理。

2.2.10 對(duì)于不合格的、有缺陷的焊縫,根據(jù)分析其形成的原因,制定專門的返修工藝方案,經(jīng)專業(yè)監(jiān)理工程師同意后實(shí)施,返修后還應(yīng)按規(guī)范規(guī)定的檢測(cè)方法和質(zhì)量要求進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)收。

2.3 焊接質(zhì)量控制和檢測(cè)評(píng)定

2.3.1 根據(jù)本工程穹頂鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件焊接施工的不同階段,其焊接質(zhì)量的控制和檢驗(yàn)包括焊前準(zhǔn)備、焊中跟檢及焊后檢驗(yàn),具體包括以下規(guī)定：

表4

2.3.2 防止焊接變形和消除焊接應(yīng)力的具體措施

在鋼結(jié)構(gòu)焊接施工過程中,焊接構(gòu)件的焊縫和熱影響區(qū)由于不斷受到焊接熱循環(huán)的作用,焊接構(gòu)件內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力和焊接變形。本工程穹頂鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件會(huì)根據(jù)尺寸要求形成閉環(huán)的結(jié)構(gòu)體系,其每個(gè)鋼構(gòu)件任何微小變形都可能影響安裝質(zhì)量,此時(shí)采取合理有效措施防止鋼構(gòu)件焊接變形也是必要的。

防止變形主要采取以下措施：

a.對(duì)稱焊接,同時(shí)焊接。b.選擇適合當(dāng)前條件下的合理的施焊順序,如分中逐步退焊法、逆焊法等。c.采取臨時(shí)加固措施。d.采用反變形法施焊。

消除焊接應(yīng)力主要采取以下措施：

a.采用小型電加熱器對(duì)焊接構(gòu)件進(jìn)行相應(yīng)的局部加熱,以消除應(yīng)力影響。b.采用錘擊法消除焊接構(gòu)件焊接部位中間焊層應(yīng)力。c.采用振動(dòng)法消除應(yīng)力。根據(jù)本工程穹頂鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件焊接施工時(shí)的場(chǎng)景、各鋼構(gòu)件特點(diǎn),選取對(duì)應(yīng)適合的方法,下面就以穹頂鋼結(jié)構(gòu)底部環(huán)梁和主桁架為例進(jìn)行簡(jiǎn)述。

a.鋼結(jié)構(gòu)底部環(huán)梁焊接

鋼結(jié)構(gòu)底部環(huán)梁為實(shí)腹工字鋼梁,與主體結(jié)構(gòu)預(yù)埋件通過鋼板進(jìn)行焊接固定。其主要變形方向?yàn)橐砭壈逑騼?nèi)翻轉(zhuǎn)以及沿鋼梁長(zhǎng)度方向的彎曲,嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生扭曲變形。在正式施工前,先選取一段做相同材質(zhì)的同截面變形試件,實(shí)測(cè)其變形值,確定其焊接各工藝參數(shù),再根據(jù)實(shí)測(cè)值核定焊接效果,得出修正值,往復(fù)進(jìn)行不斷修正,最終得出試驗(yàn)參數(shù),明確焊接工藝所需各項(xiàng)參數(shù),最后再進(jìn)行正式施焊。為防止鋼梁焊接變形,采用兩人同時(shí)以相同焊接工藝、相同電流、相同電壓、相同速度等進(jìn)行同步焊接,鋼構(gòu)件焊接時(shí)兩人的施焊順序采取分中逐步退焊法。結(jié)合BIM 技術(shù)模型下料構(gòu)件尺寸,再使用以上方法進(jìn)行底部環(huán)梁焊接,其變形量極少,絕大多數(shù)滿足要求,不需校正。

b.鋼結(jié)構(gòu)主桁架焊接

本工程鋼結(jié)構(gòu)主桁架采用鍍鋅鋼通施工,縱橫主桁架材料一致。為防止鋼結(jié)構(gòu)主桁架焊接變形,采取以下措施：結(jié)合BIM 技術(shù)模型,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)縱橫主桁架進(jìn)行預(yù)拼裝點(diǎn)焊,對(duì)部分節(jié)點(diǎn)用鋼板進(jìn)行臨時(shí)固定,先從整體上避免鋼構(gòu)件的變形。在主桁架細(xì)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行施焊作業(yè)時(shí),嚴(yán)格執(zhí)行BIM 技術(shù)模型數(shù)據(jù)要求,對(duì)焊接構(gòu)件進(jìn)行對(duì)接校正,再進(jìn)行雙人對(duì)稱焊接施工。施工時(shí)逐步融合點(diǎn)焊,拆除臨時(shí)固定措施,保證鋼結(jié)構(gòu)主桁架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、完整性。施工過程中可采用錘擊法對(duì)焊接構(gòu)件進(jìn)行焊接應(yīng)力消除,方便、快捷、有效。結(jié)合BIM 技術(shù)模型下料構(gòu)件尺寸,再使用以上方法進(jìn)行主桁架施工,鋼構(gòu)件焊接質(zhì)量大大提升,結(jié)構(gòu)焊接安裝精度高,確保的整體施工質(zhì)量(圖3)。

圖3 穹頂鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)圖

2.3.3 焊縫檢測(cè)和評(píng)定的具體措施

本工程焊接檢測(cè)采用自檢和監(jiān)檢。自檢是項(xiàng)目部在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作、結(jié)構(gòu)焊接安裝過程中進(jìn)行檢驗(yàn),聘請(qǐng)有資質(zhì)的專業(yè)檢測(cè)人員實(shí)施；監(jiān)檢是由業(yè)主單位安排具有檢驗(yàn)資質(zhì)的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)選派具有檢測(cè)資質(zhì)的人員進(jìn)行專項(xiàng)檢驗(yàn)。在焊縫施焊完24 小時(shí)后方進(jìn)行外觀缺陷以及內(nèi)部缺陷超聲波探傷檢測(cè),焊縫缺陷偏差允許值應(yīng)符合以下規(guī)定：焊縫外形尺寸允許偏差符合表6 規(guī)定。

表5

表6

3 曲面玻璃幕墻施工技術(shù)控制要點(diǎn)

3.1 利用前期BIM 技術(shù)模型,不斷優(yōu)化動(dòng)態(tài)優(yōu)化,結(jié)構(gòu)構(gòu)件、龍骨均施工完成后,將實(shí)體精確測(cè)量數(shù)據(jù)與BIM模型進(jìn)行對(duì)比,做到最優(yōu)模型。

3.2 根據(jù)BIM 最優(yōu)仿真模型,形成精細(xì)穹頂曲面玻璃幕墻尺寸,根據(jù)鋼構(gòu)件節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)及實(shí)測(cè)玻璃幕墻天窗數(shù)據(jù)布排編號(hào),指導(dǎo)幕墻玻璃加工生產(chǎn)。

3.3 幕墻結(jié)構(gòu)桿件和玻璃材料質(zhì)量須符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求,進(jìn)場(chǎng)前查驗(yàn)相關(guān)合格證和檢驗(yàn)資料等質(zhì)量證明文件。

3.4 為保障高層穹頂玻璃幕墻施工的安全性,滿堂腳手架平臺(tái)在穹頂鋼結(jié)構(gòu)工程施工完成后方可進(jìn)行拆除。

3.5 檢查穹頂屋面電力照明等其他相關(guān)專業(yè)施工情況,避免交叉作業(yè)。

3.6 曲面玻璃幕墻天窗安裝前,最后一次核定尺寸數(shù)據(jù),統(tǒng)一確定吊裝路徑,玻璃組件牢固且達(dá)到安裝要求。

3.7 曲面玻璃幕墻采用耐候硅酮膠施工,打膠密封嚴(yán)實(shí),施工前應(yīng)對(duì)擬作業(yè)區(qū)域進(jìn)行清潔,需保證縫內(nèi)無油漬、水漬、鐵銹、灰塵等雜物,堅(jiān)決杜絕穹頂漏滲水。

3.8 重點(diǎn)加強(qiáng)與穹頂幕墻銜接的天溝、檐溝等細(xì)部結(jié)構(gòu)的防水施工,力求排水暢通,無滲漏水。

3.9 施工中及施工完成后的穹頂玻璃幕墻應(yīng)采用適當(dāng)?shù)拇胧┘右员Ｗo(hù),防止發(fā)生碰撞破壞或變形、構(gòu)件污染或變色以及屋面排水系統(tǒng)堵塞等現(xiàn)象,發(fā)型類似問題須及時(shí)處理,保持幕墻及幕墻構(gòu)件干凈、整潔。

結(jié)束語

本文通過對(duì)BIM 技術(shù)在穹頂鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目中的應(yīng)用,為鋼結(jié)構(gòu)和曲面玻璃幕墻工程的建模、深化設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)測(cè)量以及施工等方面提供便利,從而在項(xiàng)目管控上建立優(yōu)勢(shì),收獲了一定的效益。建筑鋼結(jié)構(gòu)以及建筑曲面玻璃幕墻等正在不斷地被加大推廣和普及,它們以其實(shí)用、便捷、美觀的優(yōu)勢(shì),將建筑技術(shù)和建筑藝術(shù)完美融合,正在獲得越來越多的認(rèn)可。