楚英元 趙熙

（八冶建設(shè)集團(tuán)有限公司第一建設(shè)公司,甘肅 蘭州 730101）

1 工程概況

蘭州源善·智慧港項(xiàng)目位于甘肅省蘭州市安寧區(qū)，東側(cè)臨桃林路，南側(cè)臨安寧西路，北側(cè)臨蘭州機(jī)床廠家屬院、蘭州制膠廠家屬院，西側(cè)臨地塊內(nèi)其他二類居住用地。1#樓總建筑面積33 350 m2，上18層/下3層，框架-核心筒結(jié)構(gòu)；2#樓總建筑面積21 070 m2，上22層/下3層，框架結(jié)構(gòu)；3#樓面積9 564 m2，上18層/下3層，剪力墻結(jié)構(gòu)。如圖1所示。

圖1 蘭州源善·智慧港項(xiàng)目效果圖

2 項(xiàng)目重難點(diǎn)

2.1 材料采購、協(xié)調(diào)管理

本工程塔樓層高、荷載大，采用承插型盤扣腳手架作為模板支架，部分位置存在10 m高支模；盤扣材料的采購、材料周轉(zhuǎn)工藝、協(xié)調(diào)管理、現(xiàn)場安裝監(jiān)督管理均是本工程的管理實(shí)施重點(diǎn)。（1）利用BIM技術(shù)進(jìn)行三維排架，出具施工圖指導(dǎo)現(xiàn)場施工一次成型。（2）制作BIM三維施工動畫進(jìn)行可視化技術(shù)交底。（3）將盤扣架BIM模型根據(jù)各流水段導(dǎo)出構(gòu)件材料清單，分析材料周轉(zhuǎn)用量，提前進(jìn)行物料調(diào)配。

2.2 爬架的設(shè)計(jì)、安裝及使用

塔樓外架采用全鋼附著式爬架，因其結(jié)構(gòu)存在平面呈弧形、立面呈鼓型的雙曲面變化，異形結(jié)構(gòu)整體式爬架的設(shè)計(jì)、安裝及使用防護(hù)是本工程的一項(xiàng)重難點(diǎn)。（1）使用BIM技術(shù)建立爬架框架、附墻支座、防墜器等模型作動態(tài)模擬并細(xì)化；（2）設(shè)計(jì)一種固定于爬架走道板上的可調(diào)節(jié)式水平軟防護(hù)裝置；（3）利用共享平臺，將爬架各類細(xì)節(jié)大樣、主要控制點(diǎn)等利用多種媒介在線共享等作用，便于實(shí)施過程中檢查監(jiān)督。

2.3 保證鋁模施工質(zhì)量

塔樓核心筒采用鋁模，具有層高較高（4.2 m～4.5 m）、剪力墻較厚（最大墻厚500 mm）、荷載較大等特點(diǎn)，并且結(jié)構(gòu)多變，對鋁模設(shè)計(jì)、安裝施工均提出了較高要求，如何保證鋁模施工質(zhì)量是本工程的重點(diǎn)之一。（1）使用BIM技術(shù)進(jìn)行鋁模預(yù)排布，優(yōu)化排模，減少材料耗用；（2）通過BIM模型進(jìn)行配模模擬、碰撞檢測、預(yù)拼裝，及時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，規(guī)避因設(shè)計(jì)失誤產(chǎn)生變更，減少返工，縮短工期[1]。

3 基礎(chǔ)BIM專業(yè)的應(yīng)用

3.1 三維場布的應(yīng)用

利用廣聯(lián)達(dá)BIM三維場布軟件，將現(xiàn)場三階段場地平面布置圖形成三維可視化場布模型；可視化模型用于深化和優(yōu)化地貌、現(xiàn)有設(shè)施、環(huán)境、臨時(shí)道路、加工區(qū)域、材料、水電、建筑、安全和文明施工等，有助于項(xiàng)目管理人員合理安排現(xiàn)場管理工作。

3.2 基于BIM的圖審及圖紙管理

項(xiàng)目將圖紙三維可視化，現(xiàn)場管理人員通過模型與圖紙結(jié)合的方式進(jìn)行現(xiàn)場圖審，直觀高效；并利用BIM云平臺實(shí)現(xiàn)多終端圖紙共享，極大地提高了現(xiàn)場溝通效率。如圖2所示。

圖2 圖紙管理

3.3 三維可視化交底

利用BIM技術(shù)進(jìn)行三維可視化交底，直觀表述項(xiàng)目關(guān)鍵工藝過程，提高工人對整個(gè)工藝的理解程度，能有效提升現(xiàn)場管理人員的工作效率，有效避免施工過程中的質(zhì)量問題。如圖3所示。

圖3 三維可視化交底圖

3.4 基于BIM的三維質(zhì)量樣板

項(xiàng)目除現(xiàn)場布置實(shí)體質(zhì)量樣板展示區(qū)之外，還利用BIM技術(shù)制作了虛擬樣板展示區(qū)，可多終端查看，輔助現(xiàn)場管理人員直觀的描述整個(gè)分部分項(xiàng)工程的工序、工藝，將質(zhì)量要求及創(chuàng)優(yōu)做法直觀地表示出來[2]，有助于提高溝通效率，有效避免過程中的質(zhì)量問題。如圖4所示。

圖4 三維質(zhì)量樣板圖

3.5 機(jī)電管線綜合應(yīng)用

利用BIM技術(shù)作單專業(yè)平面圖及全專業(yè)三維圖，單一專業(yè)和全專業(yè)三維應(yīng)在綜合平面通過后發(fā)布，并向業(yè)主提供咨詢、設(shè)計(jì)、建設(shè)和監(jiān)督批準(zhǔn)的技術(shù)支撐，并作為計(jì)算的最后基礎(chǔ)，優(yōu)化后作為BIM模型圖紙，建筑、機(jī)械和電氣等模型整體作為建設(shè)基礎(chǔ)信息平臺上的模型集合體，詳細(xì)反映各專業(yè)信息，同時(shí)藍(lán)圖對于每個(gè)管道和設(shè)備帶有橫向定位信息和高度定位信息，只需要嚴(yán)格按圖施工[3]，便不會出現(xiàn)碰撞的情況，指導(dǎo)現(xiàn)場每個(gè)工種平行施工。如圖5、圖6所示。

圖6 機(jī)電優(yōu)化大樣圖

運(yùn)用三維漫游技術(shù)，對管道綜合配置的質(zhì)量和效果進(jìn)行目視檢查，對管道安裝效果進(jìn)行目視檢查，并提出優(yōu)化計(jì)劃，以提高管道安裝的效率和質(zhì)量。

3.6 鋼結(jié)構(gòu)深化應(yīng)用

本工程塔樓10層以下為勁性鋼骨柱，對鋼骨柱進(jìn)行節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，針對鋼骨柱豎向連接形式、梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋連接方式、施工順序安排等均通過BIM技術(shù)進(jìn)行預(yù)先優(yōu)化處理，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果制作相應(yīng)節(jié)點(diǎn)深化施工模擬視頻[4]，BIM技術(shù)預(yù)施工驗(yàn)證優(yōu)化可行性并直觀展示整體優(yōu)化效果。如圖7所示。

圖7 塔樓鋼骨柱施工模擬

本工程塔樓塔冠部分為鋼結(jié)構(gòu)，針對塔樓頂部9層鋼結(jié)構(gòu)塔冠使用Tekla軟件進(jìn)行三維建模，多方協(xié)同進(jìn)行三維化圖紙會審，發(fā)現(xiàn)圖紙的問題并解決，最后導(dǎo)入土建、機(jī)電整合模型中檢測碰撞與連接，再進(jìn)行協(xié)調(diào)圖紙會審，最終以模型為準(zhǔn)出量、備料。鋼結(jié)構(gòu)模型如圖8所示。

圖8 鋼結(jié)構(gòu)模型

4 基于BIM技術(shù)的應(yīng)用亮點(diǎn)

4.1 基于BIM技術(shù)的高支模應(yīng)用

蘭州源善·智慧港項(xiàng)目高支模施工選用盤扣式腳手架，使用模板腳手架BIM設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)模板[5]，BIM模板設(shè)計(jì)軟件的數(shù)據(jù)信息（包括圖表、三維圖、材料表及統(tǒng)計(jì)資料等形式）支持模具制造并提供最優(yōu)方案。在保證架體整體穩(wěn)定、合理的同時(shí)，提高架體搭設(shè)的可操作性，確保施工順利進(jìn)行。

本工程高支模施工采用安全監(jiān)控系統(tǒng)，通過BIM模型計(jì)算，檢查出風(fēng)險(xiǎn)最大的部位，安裝高風(fēng)險(xiǎn)位置傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測模板支持鋼管壓力、垂直偏移和傾斜等，并采用無線通信將相關(guān)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送到終端設(shè)備，通過接收終端的數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和計(jì)算，進(jìn)而確保高支模施工的安全。如圖9所示。

圖9 高支模安全監(jiān)控系統(tǒng)

4.2 基于BIM的爬架應(yīng)用

為了解決爬架防護(hù)的問題，項(xiàng)目部人員根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，借助BIM技術(shù)研究出一種固定于爬架走道板上的可調(diào)節(jié)式水平軟防護(hù)裝置，設(shè)計(jì)流程：利用Revit對爬架和主體弧形結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型的建立[6]，對其間的間隙進(jìn)行核算，根據(jù)間隙的距離對防護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證樓層與爬架間的防護(hù)安全。

利用Revit對腳手架進(jìn)行建模，由于爬架與結(jié)構(gòu)外緣之間的間隙皆為不規(guī)則形狀，故設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)式水平軟防護(hù)裝置，與爬架和主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行碰撞檢測，完善設(shè)計(jì)構(gòu)件的可行性，同時(shí)通過模型模擬拼裝，更加直觀地指導(dǎo)各構(gòu)件安裝位置和安裝方式。如圖10所示。

圖10 Revit爬架建模與實(shí)際成型圖

4.3 基于BIM技術(shù)鋁膜施工應(yīng)用

在Revit中導(dǎo)入結(jié)構(gòu)圖紙創(chuàng)建整體結(jié)構(gòu)模型，使用鋁巨人－鴻業(yè)鋁模BIM軟件結(jié)合PKPM，根據(jù)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行鋁合金模板虛擬配模、拼模，在完成初步虛擬配模后，使用Revit軟件對整體配模鋁模構(gòu)件進(jìn)行細(xì)化處理，力求真實(shí)展現(xiàn)構(gòu)件的全部細(xì)節(jié)尺寸，便于隨后的鋁模深化設(shè)計(jì)。如圖11所示。

圖11 鋁膜效果圖

節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)：通過BIM技術(shù)使用軟件將模型中的細(xì)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)拆解，利用BIM模型作為設(shè)計(jì)、加工、施工等參建方的信息交流平臺，多方參與，共同對重要節(jié)點(diǎn)完成細(xì)部深化。剖切節(jié)點(diǎn)模型生成節(jié)點(diǎn)深化圖紙（包括正視圖、背視圖、不同部位側(cè)視圖、剖面視圖等），與對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的三維立體模型結(jié)合對施工及分包單位進(jìn)行交底，進(jìn)而能夠清晰、準(zhǔn)確地指導(dǎo)施工，完美解決以往鋁合金模板設(shè)計(jì)施工圖紙難以表述復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的問題。如圖12所示。

圖12 鋁膜深化樓梯圖

加工與預(yù)拼裝：根據(jù)調(diào)整及驗(yàn)算合格后的虛擬拼模模型，通過BIM軟件將虛擬拼模中建立的所有單塊模板構(gòu)件分離，提取每個(gè)鋁合金模板單體構(gòu)件信息，添加注釋后即可導(dǎo)出為CAD詳圖，且可根據(jù)需要導(dǎo)出構(gòu)件的三視圖，結(jié)合單塊鋁模構(gòu)件的三維立體影像，可形成一套完整的鋁合金模板BIM技術(shù)加工圖。加工廠家甚至可以直接使用BIM模型導(dǎo)入機(jī)床系統(tǒng)進(jìn)行鋁模加工[7]。如圖13所示。

圖13 鋁膜預(yù)拼裝圖

5 智慧協(xié)同應(yīng)用

公司在BIM基礎(chǔ)上建立了一個(gè)集成的聯(lián)合管理平臺，線下和網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一平臺提供了完整和專業(yè)的圖紙管理、查看和審批圖紙、修改設(shè)計(jì)、過程控制，實(shí)現(xiàn)信息共享和無紙化設(shè)計(jì)。

建立BIM +智慧平臺，將場地系統(tǒng)和硬件設(shè)備集成到統(tǒng)一平臺，創(chuàng)建表單數(shù)據(jù)中心，在聚合數(shù)據(jù)和建模平臺基礎(chǔ)上，每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)會形成數(shù)據(jù)互聯(lián)，項(xiàng)目的關(guān)鍵指標(biāo)統(tǒng)一通過直觀圖等形式呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)智能識別和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，從而有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化融合與項(xiàng)目管理的智慧化。

BIM模型與目標(biāo)監(jiān)測相結(jié)合，以持續(xù)監(jiān)測需要監(jiān)測的事件，并提供智能識別算法，如安全帽、反光衣物、火焰、煙霧、入侵區(qū)域、交叉等，能夠隨時(shí)挖掘并分析前端視頻圖像數(shù)據(jù)，可對工地進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)識別，及時(shí)為工地人員提供報(bào)警、提醒服務(wù)。

項(xiàng)目基于現(xiàn)場BIM模型和虛擬危險(xiǎn)源的結(jié)合，讓工人可以走進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)場景中，接受沉浸式多場景（火災(zāi)、觸電等）安全教育。通過沉浸式和互動式體驗(yàn)，工人的安全意識能顯著增強(qiáng)。如圖14所示。

圖14 部分智慧管理功能圖

6 結(jié)語

BIM+智慧工地平臺高度智能化和自動控制技術(shù)，能顯著提高工作效率，節(jié)約人力成本約10萬元；通過智能材料精細(xì)化管理，材料損耗、能源消耗費(fèi)用合計(jì)節(jié)約97萬元；通過大型機(jī)械操作運(yùn)行監(jiān)控，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)效率得到顯著提高，節(jié)約維修成本38萬元。以上三項(xiàng)合計(jì)節(jié)約145萬元。在本項(xiàng)目中總結(jié)的《基于BIM的智慧化工地關(guān)鍵技術(shù)集成研究與應(yīng)用》成果獲得公司科學(xué)技術(shù)獎，為今后的類似工程應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。