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        淺析BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)廠房綜合管線中的應(yīng)用

        2024-01-01 00:00:00黃皓炳李祥朱光偉陳元
        四川建筑 2024年3期
        關(guān)鍵詞:BIM技術(shù)

        【摘 要】通過案例分析,詳細介紹了BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)廠房綜合管線設(shè)計、施工和運維階段的應(yīng)用,包括管線優(yōu)化、碰撞檢測、施工模擬、進度管理等方面??偨Y(jié)了BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)廠房綜合管線中的應(yīng)用成果和不足之處,并提出了未來研究方向。

        【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù); 鋼結(jié)構(gòu)廠房; 綜合管線; 凈高提升

        【中圖分類號】TP317.4【文獻標(biāo)志碼】A

        0 引言

        隨著信息科技的不斷發(fā)展,建筑信息模型(Building Information Modeling)技術(shù)已經(jīng)逐漸成為建筑工程領(lǐng)域的一種新型管理模式。特別是在鋼結(jié)構(gòu)廠房的建設(shè)中,BIM技術(shù)的應(yīng)用對提高工程的精度、質(zhì)量和效率起到了重要的作用。近年來,建筑信息模型(BIM)技術(shù)的興起為鋼結(jié)構(gòu)廠房綜合管線的設(shè)計和管理提供了新的解決方案。本文旨在探討B(tài)IM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)廠房辦公樓綜合管線中凈高提升中的應(yīng)用與研究。

        BIM是指建筑信息模型,以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ),對建筑物進行全面的信息描述。BIM技術(shù)通過創(chuàng)建虛擬的建筑工程信息模型[1],實現(xiàn)了對建筑設(shè)計、施工、運營等全生命周期的管理,提高項目的效率和質(zhì)量[2]。

        1 BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)建筑凈高提升中的技術(shù)研究

        采用該方法,提高了樓層凈高,同時大大減少了各管線安裝時的翻彎彎頭,以及固定吊鉤的長度,節(jié)約了安裝材料成本,同時基于BIM模型深化后的橋架,安裝時更便捷,節(jié)約了人工成本。

        2 BIM技術(shù)深化設(shè)計研究

        通過應(yīng)用BIM技術(shù),進行全專業(yè)BIM模型創(chuàng)建,基于原始模型編制深化方案,基于方案進行全專業(yè)BIM模型碰撞檢查及深化設(shè)計,提交設(shè)計單位驗算復(fù)核,并經(jīng)各方審定后實施。從而在圖紙及模型深化、鋼結(jié)構(gòu)吊裝、管線安裝等方面有效解決了美觀性、樓層凈高提升、工期緊張等難題,大大降低了成本﹑提高了作業(yè)效率。

        3 BIM技術(shù)的可視化與協(xié)同設(shè)計研究

        可視化與協(xié)同設(shè)計是BIM技術(shù)的核心優(yōu)勢之一。如何更好地實現(xiàn)各專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計,以及如何將BIM模型與實際施工過程更好地對接,是需要進一步研究的課題。

        4 應(yīng)用案例

        本項目通過BIM技術(shù)全方位模擬碰撞檢測,對鋼結(jié)構(gòu)與水電安裝系統(tǒng)圖紙進行深化,在鋼結(jié)構(gòu)加工時便對水電安裝走向進行定位,保證安裝效率與精準(zhǔn)率,避免了定位錯位造成的返工,節(jié)約了施工工期。通過BIM模型深化,將橋架安裝高度從傳統(tǒng)的貼鋼梁底部安裝,提升到穿過鋼梁腹板進行安裝,不僅有效提升樓層凈高,而且減少了橋架翻彎,有效降低橋架用量及吊頂安裝用量,節(jié)約材料、人工等成本。

        4.1 綜合管線設(shè)計

        在鋼結(jié)構(gòu)廠房中,各種管道和線路的設(shè)計和布局是一個復(fù)雜的問題。BIM技術(shù)可以通過創(chuàng)建三維模型,直觀地展示各種管道和線路的布局,包括管道的走向、形狀、大小、位置等,使設(shè)計更加合理、精確。從而優(yōu)化設(shè)計,減少碰撞和沖突。

        4.2 碰撞檢測與優(yōu)化

        碰撞檢查則是使用 BIM技術(shù)減少施工過程中的失誤與變更。工程中實體相交定義為碰撞,實體間的距離小于設(shè)定公差,不能滿足特定要求定義為碰撞,利用BIM技術(shù)的碰撞檢測功能,可以在設(shè)計階段檢測到管道和線路之間的沖突,從而提前進行優(yōu)化,避免施工過程中的返工[3]。

        4.3 施工協(xié)調(diào)

        通過BIM模型,各專業(yè)團隊可以更好地進行施工協(xié)調(diào),確保施工過程中的各項工作都能有序進行。通過施工前的BIM建模,可將建筑、結(jié)構(gòu)、機電等專業(yè)模型整合,更能方便地進行深化設(shè)計,再根據(jù)建筑專業(yè)要求及凈高要求將綜合模型導(dǎo)入相關(guān)軟件進行機電專業(yè)和建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)的碰撞檢查,發(fā)現(xiàn)問題進行調(diào)整,避讓建筑結(jié)構(gòu)[4]。

        4.4 施工模擬

        利用BIM技術(shù)可以進行施工模擬,從而提前發(fā)現(xiàn)和解決施工中可能出現(xiàn)的問題,提高施工效率和質(zhì)量。

        4.5 基于BIM技術(shù)的圖紙深化及樓層凈高提升

        4.5.1 基于原始設(shè)計圖紙的BIM模型分析

        依據(jù)原始設(shè)計圖紙,BIM技術(shù)團隊分專業(yè)建立BIM模型,再將各專業(yè)BIM模型進行整合梳理,從而進行樓層凈高分析(圖1~圖3)。

        通過BIM模型分析發(fā)現(xiàn):橋架、風(fēng)管、水管均從鋼梁下方通過,樓層凈高僅為2 300 mm,不能滿足規(guī)范要求的2 400 mm正常使用凈高,且原設(shè)計圖紙未留有設(shè)備檢修空間,這將會嚴重影響該鋼結(jié)構(gòu)建筑后期的使用及管線的維護工作。

        4.5.2 基于BIM模型深化方案的凈高提升方法

        4.5.2.1 BIM模型深化方案的編制

        項目技術(shù)團隊及公司專家團隊通過反復(fù)的現(xiàn)場勘察,并多次召集項目設(shè)計工程師、鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)分包隊伍等相關(guān)人員,通過多次的開會討論,集思廣益,并經(jīng)過反復(fù)驗算復(fù)核,最終確定深化方案:在鋼梁腹板上開孔并加固,并將橋架從孔內(nèi)穿過進行安裝(圖4、圖5)。

        通過此深化方案,可將樓層凈高由2 300 mm,有效提升至2 600 mm,不僅提高了樓層凈高,也解決了原設(shè)計對管線后期維護不便的問題。

        4.5.2.2 基于BIM模型的鋼梁深化數(shù)量及范圍統(tǒng)計

        鋼梁開孔根數(shù):25根。

        鋼梁型號:均為H800×250×14×14,走廊范圍:2-1至2-11軸交2-C至2-D軸、2-16至2-23軸交2-C至2-D軸、2-22至2-23軸交2-D至2-F軸、2-23至2-27軸交2-E至2-F軸、2-26至2-27軸交2-C至2-E軸。區(qū)域總面積:570 m2。

        4.5.2.3 BIM模型深化設(shè)計流程

        (1)通過全專業(yè)BIM模型深化,在模型中對鋼梁腹板進行開孔并對開孔部位四周加固,精準(zhǔn)定位開孔位置和高度,并調(diào)整橋架標(biāo)高,讓橋架從鋼梁的開孔部位穿過。

        (2)基于確定的開孔高度,對機電各專業(yè)模型進行初步的深化設(shè)計調(diào)整,去除初步碰撞,美化布局。

        (3)通過BIM軟件對全專業(yè)模型進行初步深化設(shè)計后,可在模型的任意位置設(shè)置剖切,并進行局部三維觀察,合理調(diào)整管線的標(biāo)高和相對位置關(guān)系,再對全專業(yè)BIM模型進行碰撞檢測,全面檢測并找出管線之間、管線與鋼結(jié)構(gòu)之間的所有碰撞問題(圖6),并按照既定的原則在模型中進行深化設(shè)計調(diào)整,調(diào)整完成后出具基于深化模型的施工圖,經(jīng)各方審定認可后用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工,避免現(xiàn)場出現(xiàn)錯漏和返工。

        通過這樣的深化設(shè)計流程,可將橋架安裝高度合理提高,再通過綜合調(diào)整,可使得水管和風(fēng)管等的安裝高度也隨之提高,從而達到提升樓層凈高的目的,同時也可提升管線排布的美觀性。

        4.5.3 鋼結(jié)構(gòu)施工過程

        通過前期BIM技術(shù)分析,對鋼結(jié)構(gòu)梁上開孔部位作相應(yīng)計算。通過查閱GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》,受彎構(gòu)件的強度以及腹板開孔的相關(guān)要求,根據(jù)式(1)、式(2)計算得出在鋼結(jié)構(gòu)梁上開孔后,在孔四周增加與鋼結(jié)構(gòu)梁腹板同型號同規(guī)格的井字加強板即可滿足設(shè)計要求。

        MxrxWnx+MyryWny≤f(1)

        τ=VSItw≤fv(2)

        將全模型調(diào)正深化后的圖紙?zhí)峤患庸S進行加工,按照深化圖紙加工好后送至現(xiàn)場后按照鋼結(jié)構(gòu)吊裝方案進行吊裝工作。

        4.5.4 施工質(zhì)量

        傳統(tǒng)工藝,影響樓層凈高,管線安裝不能精確定位,返工率高,固定各管線時造成多處打孔不能使用,影響建筑物美觀。BIM技術(shù)的提前判斷出樓層層高不足,各個管線安裝中的碰撞問題,能精準(zhǔn)定位各管道位置,避免管線固定孔不準(zhǔn)確。

        4.5.5 施工進度

        傳統(tǒng)工藝,不能提前預(yù)知管線碰撞,管線繞梁或降低管線吊鉤長度過長,施工工藝相對發(fā)展、繁瑣,影響施工進度。BIM技術(shù)使鋼結(jié)精確定位管線位置,減少吊鉤長度且不用下繞鋼梁,節(jié)約了吊鉤加工工期及安裝工期。原計劃橋架安裝進度工期50天,實際提前10天完成了該項工作。

        4.5.6 施工成本

        傳統(tǒng)施工工藝:因設(shè)計圖紙表達不清晰等原因,易造成較高的錯漏和返工,導(dǎo)致施工周期較長,工程的管理成本較高。BIM技術(shù)提高了樓層凈高,同時大大減少了各管線安裝時的翻彎彎頭,以及固定吊鉤的長度,節(jié)約了安裝材料成本,同時基于BIM模型深化后的橋架,安裝時更便捷,節(jié)約了大量人工成本,本項目共計節(jié)約成本約11萬元。

        5 結(jié)論與展望

        BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)廠房綜合管線中的應(yīng)用與研究具有重要的現(xiàn)實意義和長遠的發(fā)展前景。未來需要進一步深化對BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用,以提高鋼結(jié)構(gòu)廠房的建設(shè)效率和質(zhì)量,推動建筑行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。同時也應(yīng)看到,BIM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展仍面臨著諸多挑戰(zhàn),如技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、成本效益等問題需要持續(xù)關(guān)注和研究。需要不斷探索和實踐,以推動BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

        參考文獻

        [1] 劉琨.基于BIM+IOT的裝配式混凝土構(gòu)件智能管控研究[J].工程技術(shù)研究,2021(19).

        [2] 梁斌.BIM技術(shù)在地鐵換乘站的設(shè)計和造價管理的應(yīng)用研究[D].河南科技大學(xué),2019.

        [3] 李道杰.BIM技術(shù)在工程項目中的應(yīng)用與探討[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2015(40).

        [4] 朱記偉,楊黨鋒.基于BIM 4D的綜合管廊工程施工進度管理[D].西安:西安理工大學(xué),2018.

        [作者簡介]黃皓炳(1988—),男,本科,研究方向為科技研發(fā)及BIM管理。

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