BIM技術在1 100 MVA電力變壓器突發短路及溫升實驗系統項目中的應用

蘇州第一建筑集團有限公司 蘇州 215123

1 工程概況

1 100 MVA電力變壓器突發短路及溫升試驗系統項目測試車間工程（簡稱國電3#電機測試車間，見圖1），建筑面積8 333 m2，南北長139.44 m，東西寬65.8 m，混凝土框架金屬網架屋面結構。工程特點和難點主要體現在高、大、難、深4個方面。

圖1 測試車間剖面示意

高：建筑地上單層，最大建筑高度72.58 m。獨立巨型空心混凝土柱頂標高63.55 m。

大：巨型空心混凝土框架柱，截面尺寸為3 700 mm×1 800 mm、3 000 mm×3 000 mm等；5臺1 100 MVA發電機基礎底標高為-2.50 m，基礎頂面標高為5.50 m；每個基礎長22.23 m，寬9.08 m，基礎混凝土最大厚度8.05 m，最小厚度2.50 m，單個基礎混凝土量1 200 m3。

難：巨型空心柱柱與柱之間由9道連系梁和板帶連接，網架支座為巨型空心混凝土箱梁，混凝土結構施工難度大；網架的安裝難度高。

深：鉆孔灌注樁樁徑為1 500 mm和1 200 mm，有效樁長為72 m、75 m，承載力大，單樁豎向抗壓極限承載力為9 000 kN。

為保證國電3#電機測試車間施工的順利進行，我們在該工程土建施工中運用了BIM技術，通過建立施工模型，對工程相關構件的形狀信息以及構件材料、用量、價格進行分析，從而在指導施工、工程算量、材料管控、進度協調管理等幾方面實現3D施工的可視化模擬，支持深化設計，使各參與方在同一個平臺上實現數據共享，提高了協同效率[1,2]。

車間土建三維模型如圖2所示，鋼結構網架模型如圖3所示。

圖2 土建結構三維模型

圖3 鋼結構網架三維模型

2 BIM技術的應用

2.1 指導施工

2.1.1 建模為圖紙審核提供依據

工程伊始，我們進行了施工模型的建立，并發現不少設計問題，為審圖提供了第一手可視化的技術數據。

通過三維模型與平面圖來列舉有關獨立柱樁基標高錯誤的檢查過程：根據CAD設計圖紙，我們可以看到在基礎圖中承臺CT-3A設計特意注明頂標高為-10.10 m，而CT-3為-2.00 m，兩承臺厚度均為2.0 m，而且該部位是電梯井基坑位置；通過建立三維模型，我們發現該軸線位置上承臺下落，查詢屬性頂標高為-10.10 m，與圖紙吻合；根據建模的樁體情況看，樁體穿過了承臺，存在問題。在圖紙會審時及時修改了CT-3A的標高，調整為-2.00 m（圖4）。

圖4 基礎承臺CAD圖紙、按此建模的基礎三維模型及承臺構件屬性

2.1.2 建模有利于更直觀地劃分施工段

為解決大型發電機基礎施工中存在的諸如工業預埋件數量多、工藝對基礎頂面的不同標高要求多、預留洞及管道構造復雜等問題，我們通過運用BIM技術對混凝土基礎進行了建模，然后將模型提交設計與工藝進行復核，并根據三維模型最終確定了合理的施工區域劃分[3,4]。

根據建模過程發現，整個設備基礎主要由三大部分組成：厚3.3 m的大體積筏板底座；涉及大量的預留洞、預埋件的厚2.2 m豎向大構件；面標高各異，涉及大體積混凝土和超限荷載的模板支撐的厚2.5 m頂部上蓋平臺。

考慮到本工程基礎混凝土最大厚度為8.00 m，最小厚度為2.50 m，鑒于整個基礎的上述結構形式，為防止混凝土開裂，便于設備基礎預埋件安裝，分2層共2次進行設備基礎混凝土的澆筑施工，即3.3 m筏板底座為一施工段、2.2 m豎向構件和2.5 m上蓋平臺為一施工段。

2.2 工程算量

BIM技術的另一亮點是不管模型有多復雜，只要建得出，就能夠利用算量軟件對模型進行快速、高效、準確的工程量計算。發電機設備基礎共有5臺，結構比較復雜，借助BIM技術里的魯班算量能夠高效計算出設備基礎的工程量，通過云功能里的自動套以及工程量計算功能，可以很快地計算出5臺大型設備基礎的工程量，大大縮短了算量時間，在提高準確率的同時，節省了人力。

2.3 材料管控

本工程車間雖為單層結構，但其在標高為23.15 m、54.4 m的水平向構件較為復雜，在實施過程中必須分段施工，這就需要對任一施工段的工作量有一個快速統計能力，比如空心柱、空腹梁等的計算相當復雜，通過建模可將復雜計算簡單化。我們采用了以算量功能突出的魯班軟件進行建模，可以查詢滿足工程各個階段的材料消耗量匯總表、構配件匯總表等6個報表，從而把握材料用量，做到分區域統計、一次運輸到位，避免了塔吊重復起吊。混凝土澆筑的申請量與實耗量也得到了控制，避免了浪費。

2.4 進度協調管理

通過BIM技術的應用，我們在模型里通過虛擬布置施工段和節點，可以很形象地對各專業進行施工前的模擬生產安排，與各班組在會議室通過投影儀進行各工序穿插節點的確定，從而很好地把握施工過程的配合和各工種之間的銜接。整個基礎施工涉及鋼筋、木工、架子工、瓦工、水電工、電焊工、專業廠家預埋工7個工種，在200 m2的面積、1 600 m3的空間中如何配合好是工程中要重點解決的問題，正是借助于這個虛擬模型，項目部才能夠很好地指導施工，進行三維的技術交底，使各方可以輕松地交流。

3 結語

BIM技術是一種數字信息的應用，通過使用BIM技術進行三維建模，可以模擬施工、指導施工。和二維視圖相比，BIM為我們展現了二維所不能展現的視覺效果和認知效果。利用信息模型提前發現設計、施工方案的不足，有利于優化施工組織設計和施工工藝；BIM 技術同時提供了一個信息共享與交流的平臺，提高了各個工種之間的溝通與協調效率[5,6]。但是要想將設計、施工以至于運營維保一體化，還需要全社會各界的共同努力，我們作為建筑施工企業將堅持不懈地推動BIM技術在本行業的發展。