莊珠海

(紫金礦業(yè)建設(shè)有限公司,福建 廈門 361000)

近幾年,建筑業(yè)經(jīng)歷了大發(fā)展,國內(nèi)衍生了許多新建筑。隨著社會發(fā)展,人們開始越來越重視生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。因此越來越多的改造項目將會取代大拆大建,尤其是工業(yè)建筑,隨著產(chǎn)能的增減以及生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步乃至裝備制造業(yè)的發(fā)展,將不斷衍生出改造項目。改造項目往往施工會受限于原有建筑且許多改造項目已經(jīng)肩負(fù)著生產(chǎn)階段的功能,在保證安全的前提下如果能最大限度不影響生產(chǎn)線的運(yùn)行,也是項目管理核心的體現(xiàn),即為項目增值。鋼結(jié)構(gòu)有著綠色環(huán)保的特點,管桁架結(jié)構(gòu)其自重輕,跨度大的優(yōu)勢,特別在工業(yè)項目中有著較大的優(yōu)勢。但其對加工、施工有著較高的技術(shù)要求,特別是鋼構(gòu)的安裝、吊裝。本文以紫金礦業(yè)建設(shè)有限公司新疆烏拉根鋅礦新增15 000 t/d低品位資源及廢石綜合利用技改工程鋅礦粉堆場膜結(jié)構(gòu)封閉工程為例,通過對已建建筑物、構(gòu)筑物及擬建建筑進(jìn)行建模,尋找兩者空間位置關(guān)系。通過空間位置關(guān)系以及考慮桁架變形等因素對吊裝機(jī)械選型、鋼桁架吊點的位置等進(jìn)行吊裝模擬,實現(xiàn)BIM技術(shù)可視化及可模擬性的優(yōu)勢。解決傳統(tǒng)依靠經(jīng)驗而進(jìn)行方案決策的弊端。

1 BIM技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用

BIM技術(shù)是基于三維數(shù)字模型的信息集成,誕生于20世紀(jì)70年代,由美國的“BIM之父”查克·伊斯曼(Charles M. Eastman)教授首次提出。BIM提供的是一種更接近現(xiàn)代化的設(shè)計思維模式,作為一種可視化的設(shè)計工具,是建筑工程領(lǐng)域繼CAD技術(shù)出現(xiàn)之后,又一次重大的科技革命,相比傳統(tǒng)的二維設(shè)計,其可視化、模擬性、優(yōu)化性、協(xié)調(diào)性、可出圖性等特點及應(yīng)用流程與裝配式裝修模式高度契合[1-3]。

國內(nèi)BIM技術(shù)現(xiàn)階段主要集中在建筑中的多專業(yè)碰撞,特別是大體量的管道綜合排布應(yīng)用,尤其地下室的凈高要求管道排布。彌補(bǔ)原建筑設(shè)計工作中設(shè)計師的單專業(yè)設(shè)計,缺乏對機(jī)電各專業(yè)之間的碰撞進(jìn)行深化設(shè)計的不足。而在鋼構(gòu)領(lǐng)域,因鋼構(gòu)專業(yè)涉及構(gòu)件工廠加工,現(xiàn)場拼裝等工序,因此,在行業(yè)內(nèi),已經(jīng)形成了采用Tekla軟件進(jìn)行三維放樣再出加工詳圖的工作模式。而針對現(xiàn)場施工的專業(yè)化BIM應(yīng)用目前還是比較少。

本文主要采用Autodesk旗下的Revit,Navisworks以及MIDAS仿真軟件進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用的開展。

2 技術(shù)應(yīng)用案例介紹

2.1 項目概況及背景介紹

本項目位于新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰縣烏拉根礦區(qū)。工程結(jié)構(gòu)為鋼桁架膜封閉結(jié)構(gòu),建筑高度約22.3 m,長58.5 m,寬52 m,占地面積為3 042 m2,網(wǎng)架采用正放單榀孤型落地拱鋼管桁架,支承形式為周邊上弦支承形式,下部為混凝土柱結(jié)構(gòu)(見圖1)。

項目當(dāng)時只有二維CAD圖紙,且皮帶輪帶有坡度斜交于擬建建筑內(nèi)部,擬建建筑下部有礦粉,如果不通過三維軟件進(jìn)行施工專項方案論證,方案可行性將受阻。

2.2 技術(shù)應(yīng)用總路線

通過BIM建立可能影響到此次吊裝施工的模型,包括地形、已投產(chǎn)的皮帶廊、礦堆。對擬建模型建模,對圖紙有異議地方提前與設(shè)計溝通避免后期因圖紙問題耽誤工期。通過BIM鋼構(gòu)深化模型,提取吊裝單元重量,為吊裝方案提供可靠依據(jù)。將鋼構(gòu)深化模型與現(xiàn)場場地模型進(jìn)行模型鏈接,梳理空間位置關(guān)系,查找吊車幅度、臂長等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù),在BIM三維空間中進(jìn)行模擬測算。對吊裝施工順序、工藝、進(jìn)度進(jìn)行模擬,提供三維可視化交底,保證現(xiàn)場吊裝施工的安全與質(zhì)量。鋼桁架結(jié)構(gòu)施工吊裝工況進(jìn)行動態(tài)仿真模擬,防止變形過大,影響吊裝施工。通過BIM的虛擬施工技術(shù),對施工人員進(jìn)行前期施工的交底工作是必要的,由于在施工初期階段施工人員的整體素質(zhì)參差不齊,故使用可視化的方法讓施工人員更為直觀地感受施工工藝流程,比如,本工程在桁架拼裝階段,通過3D視圖,利用Tekla Structures模型[4]更為直觀地將拼裝順序、安裝順序進(jìn)行預(yù)演[5]。技術(shù)工藝流程圖如圖2所示。

2.3 技術(shù)實施

2.3.1 圖紙審查

現(xiàn)階段,傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計本身就具有抽象性、線條性的特征,存在設(shè)計意圖表達(dá)不明確、信息傳遞不暢、結(jié)構(gòu)描述不清晰等問題,在利用二維的設(shè)計成果對施工進(jìn)行指導(dǎo)的過程中,缺乏直觀性。

因此,在設(shè)計人員從三維想象轉(zhuǎn)到二維圖紙,施工人員再由二維圖紙重構(gòu)成三維部品部件的過程中,極易出現(xiàn)錯、漏、碰、缺等問題。

通過三維建模對施工圖進(jìn)行審查,對施工圖中繪制不合理、圖紙中有異議的地方反饋給設(shè)計單位,待設(shè)計單位答復(fù)后進(jìn)行建模。對現(xiàn)場可能影響吊裝方案實施的建筑物、構(gòu)筑物等進(jìn)行建模。

2.3.2 模型組合

將既有建筑、場地與擬建筑進(jìn)行模型鏈接整合到一個項目中。對鋼構(gòu)BIM模型通過IFC文件鏈接到Revit項目文件中。因為既有皮帶廊與鋼桁架之間為斜交,空間位置關(guān)系較復(fù)雜,工程人員通過空間想象往往缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性。通過BIM技術(shù)進(jìn)行模擬后,對于方案中不合理的地方可以直觀展現(xiàn)(見圖3)[6]。

2.3.3 方案論證

利用Revit可視化優(yōu)勢,對原技術(shù)方案中吊繩進(jìn)行繪制,發(fā)現(xiàn)原技術(shù)方案中吊繩設(shè)置不合理,需要進(jìn)行優(yōu)化(見圖4)。

通過鋼構(gòu)深化模型,因大吊車一次進(jìn)場后吊裝完各榀桁架后才出場,所以需要查詢最大起重單元重量,調(diào)查項目附近吊車租賃供應(yīng)情況,查找選定吊車型號,通過吊車型號說明書對吊車幅度、臂長、對應(yīng)的起重量,繪制出吊車起吊范圍,形成三維族,再將吊車族放入到項目文件中(見圖5)?？梢灾庇^展現(xiàn)出選用吊車合理與可行性。

2.3.4 現(xiàn)場工藝及進(jìn)度模擬

通過吊裝方案,整理采用Navisworks對關(guān)鍵工藝進(jìn)行吊裝模擬,可用于現(xiàn)場動畫交底(見圖6),使得現(xiàn)場施工作業(yè)人員更清晰了解施工過程,提高工程質(zhì)量與安全。

整體施工順序與工期計劃,將是項目管理過程的主線,將模型與施工順序及相應(yīng)的施工進(jìn)度計劃進(jìn)行關(guān)聯(lián),形成4D施工模擬。可以更直觀地將施工計劃傳達(dá)給項目管理人員與作業(yè)人員,使得現(xiàn)場施工關(guān)鍵線路明確,在進(jìn)行施工進(jìn)度管理、材料與機(jī)械進(jìn)出場計劃、現(xiàn)場拼裝場地、材料堆場布置等有著更明確的指引。工序推演匯報更加明晰,對項目管理中可能存在的風(fēng)險點提前進(jìn)行規(guī)避。

2.3.5 施工工況仿真計算

輕鋼桁架結(jié)構(gòu)在吊裝過程中,容易引起變形過大的施工風(fēng)險,因此,為保證施工安全與質(zhì)量,對于跨度較大的輕鋼結(jié)構(gòu)采用仿真模擬軟件進(jìn)行仿真計算。通過仿真計算該桁架變形量約10 cm,通過現(xiàn)場調(diào)整,能夠滿足安裝要求(見圖7)。

2.4 現(xiàn)場吊裝

通過BIM技術(shù)已經(jīng)順利指導(dǎo)項目現(xiàn)場吊裝(見圖8)。相對于傳統(tǒng)方式,可縮短5%左右工期,降低成本0.5%～2%,取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

本施工方法通過對復(fù)雜施工工況下輕鋼吊裝技術(shù)的施工過程BIM應(yīng)用,使得現(xiàn)場進(jìn)度、質(zhì)量、安全管理得到有效控制。特別是將三維BIM技術(shù)引入到施工吊裝作業(yè),有利于提高施工作業(yè)水平,改善傳統(tǒng)吊裝作業(yè)中的弊端,獲得相關(guān)方的肯定,具有良好的社會效益,值得推廣應(yīng)用[7-8]。

3 結(jié)論

使用BIM技術(shù),對于復(fù)雜條件下的施工具有極大的指導(dǎo)意義。特別是在改造項目中,往往面臨施工作業(yè)條件更有限,新老建筑空間上相互融合等問題。使得傳統(tǒng)施工作業(yè)依靠經(jīng)驗,為了項目順利往往耗費(fèi)更大資源,加大投入,通過BIM技術(shù),可以使得決策更加科學(xué)合理。

現(xiàn)階段,雖然BIM技術(shù)政府部門不斷鼓勵,企業(yè)大量投入,但大部分還處在設(shè)計優(yōu)化等階段的應(yīng)用,真正能用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工的例子還比較少。因此,在項目實際中,對于復(fù)雜項目有著更大的應(yīng)用優(yōu)勢。鋼構(gòu)吊裝在建筑民用安裝工程中屬于較復(fù)雜的工藝,往往需要制定專項施工方案,此類項目很有必要通過BIM技術(shù)對其專項方案進(jìn)行論證。