BIM技術在雙曲薄殼混凝土屋面施工中的應用

黃宗貴　張明亮， 2　周　瑾　李　賽　李鵬慧　陽　超

(1.湖南省第六工程有限公司，長沙　410015； 2.吉首大學城鄉資源與規劃學院，張家界　427000)

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BIM技術在雙曲薄殼混凝土屋面施工中的應用

黃宗貴1張明亮1， 2周瑾1李賽1李鵬慧1陽超1

(1.湖南省第六工程有限公司，長沙410015； 2.吉首大學城鄉資源與規劃學院，張家界427000)

隆平水稻博物館建設項目在施工過程中，采用BIM技術對雙曲薄殼混凝土屋面的支模、工程量統計、施工測量起到了科學的指導作用； 采用iBan移動應用技術，使項目管理更加廣泛、透明、高效、快捷。通過BIM技術的施工應用，顯著縮短了工期，節約了成本，獲得了較好的社會效益和經濟效益。

BIM； 雙曲屋面； 工程應用； 信息化； 項目管理

1　引言

BIM，即Building Information Modeling，是以建筑物三維數字化為載體、以建筑物全生命周期為主線，將建筑產業鏈各個環節所需要的信息關聯起來而形成的建筑物信息集，對建筑前期項目設計、中期工程施工、后期物業運營等階段進行管理、協調的過程，它具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性等特點。近年來，隨著國內建筑業的快速發展，BIM技術在我國工程建設領域得到越來越廣泛的認同和應用[1-14]。國家住建部以及一些省市已出文對BIM 技術的應用進行了推薦性的指導與建議[15-20]。BIM技術作為一種新一代創新性的計算機輔助設計工具與生產方式，成為建設信息化技術在建筑業的直接應用，是將傳統粗放型的建筑業向精細、高效、統一轉變的一場技術革命，這次技術革命被稱為是建筑業繼20世紀甩掉手工繪圖板向CAD技術轉變后的又一次重大的技術突破。

2　工程概況

隆平水稻博物館位于長沙市隆平新區，瀏陽河東岸，屬于中國首個水稻博物館，為湖南省重點建設項目。建筑造型呈7粒谷粒狀(如圖1所示)，總建筑面積為1.93萬m2，整體由1棟博物館主體建筑、1棟博物館配套用房及1個獨立地下車庫組成。博物館主體建筑地上二層、地下一層，配套用房地上二層、地下一層，獨立地下車庫為地下一層。工程結構類型為框架結構，屋面采用雙曲薄殼混凝土板，變截面弧梁、曲線梁，設置大量直角梯形柱，展廳最大凈高19.6m，施工難度較大。采用傳統施工技術耗時耗材，且很難達到設計質量要求，特別是雙曲屋面混凝土梁板的施工。

此外，采用傳統的工程算量工具無法精確進行雙曲屋面的模板展開面積、鋼筋及混凝土用量的統計。針對上述特點，公司在該項目的投標階段便采用了BIM技術，圖2-5為博物館各專業BIM模型圖。由于篇幅有限，本文僅介紹BIM技術在本工程雙曲薄殼混凝土屋面施工中的應用。本工程雙曲薄殼混凝土屋面存在的主要技術特點及難點如下：

(1)雙曲薄殼混凝土屋面測量定位體系復雜，屋面梁板任意兩個剖面曲率均不相同，結構梁板曲線各處不一，施工測設難度極大；

圖1　工程效果圖

圖2　BIM建筑模型

圖3　BIM結構模型

圖4　BIM施工模型

圖5　BIM管道安裝模型

(2)屋面各點標高難以控制，支模架立桿高度不一致，屋面梁板各部位支撐鋼管、鋼筋、模板下料定尺難度極大，且定位難度大； 梁板支模水平向鋼管必須根據屋面弧度進行彎曲，部分板塊下鋼管彎曲后還應進行切割；

(3)雙曲屋面支模體系的模板展開面積、鋼筋用量、混凝土用量等工程量計算難度極大，用傳統的計量工具計算精度不夠，且不利于項目成本把控。

3　BIM技術應用

3.1施工前準備階段

項目施工前，項目部便成立BIM工作站，進行相應技術人員的培訓與軟硬件的配備，制定BIM工作計劃，見表1。工作站根據項目的實際需求配置BIM軟件，其中以Revit和廣聯達為主，其它軟件為輔，見表2。工作站硬件配置本著滿足日常所有需求的前提下，合理安排項目部資源，配置較好的工作站硬件設備，主要硬件參數詳見表3。

圖6　項目部BIM工作站掛牌

表1　項目BIM工作站工作計劃

表2　BIM工作站軟件配置表

類 別軟件名稱技術類Revit2015Navisworks商務類廣聯達土建算量廣聯達鋼筋算量BIM5D

表3　BIM工作站硬件配置表

硬件名稱型 號處理器Core(TM)i7-4790KCPU@4.00GHz內存16GB顯卡NVIDIAQuadroK2000主硬盤2TB操作系統WIN764位

3.2BIM技術的具體實施

3.2.1由于本工程雙曲薄殼屋面造型復雜，項目建模環境選用相對自由靈活的概念體量環境。

1)在立面中按軸線位置設置參照平面，并按設計標高設置參照點；

2)在立面中設置屋檐下口參照面并選定其為工作平面切換至樓層平面中；

3)在樓層平面中按設計圖紙要求在相應軸線處設置平面參照點；

4)在立面中依次設置軸線處的參照平面為工作平面并切換至三維模式，用模型線將同一平面的三個參照點繪制成弧；

5)選取各斷面的模型線弧并擬合生成薄殼雙曲屋面模型；

6)載入項目環境生成實體并設置剖面獲取各個剖面數據。

3.2.2運用Revit建模軟件內部體量環境建立精確模型，通過3點定圓弧的方式繪制各軸線位置屋面定面輪廓，導入項目環境通過面屋頂工具生成弧形屋面。建立精確Revit模型后，輸出精確模型數據，提前制作實體支模樣板，預先解決施工操作重點及難點。

3.2.3在精確的模型上提取準確信息，進行材料準確定尺下料及材料的預加工。

1)根據支模立桿平面位置提取準確的標高信息，扣除板厚及支模體系的厚度得出每根立桿的高度，對每根立桿進行預拼接，需要切割鋼管的進行預加工；

2)根據模型提取每根鋼筋的長度與弧度信息，根據下料原則進行下料與彎曲；

3)根據三維模型進行模板預拼接，再按照模板規格進行分割，提前對模板進行定尺下料。

由于各雙曲屋面混凝土梁板曲率半徑、標高等均不同，提前導出各特征面標高和平面坐標明細表、相關數據及圖紙，并委派專人跟蹤指導施工人員進行支模作業，隨時驗收上一道工序，及時整改。圖7為雙曲混凝土屋面梁板BIM模型及各曲梁截面標高示意圖。

(a)雙曲混凝土板模型

(b)曲梁模型

(c)曲梁剖面圖7　雙曲屋面混凝土梁板標高示意圖

雙曲薄殼混凝土屋面支模目前國內外應用較少，正式施工前，根據BIM模型及各梁縱向剖圖搭設樣板，保障施工質量，有效地指導了現場施工； 同時也縮短了施工工期，減少了現場架管的隨意切割浪費，節約了成本。

3.3工程量統計

根據本項目的建筑特點，從基礎到屋面以下構件結構形式較普通，利用傳統軟件建模即可解決項目施工的需求。而屋面采用雙曲薄殼型混凝土結構，傳統的算量軟件已經無法處理這種形狀的結構體系，本項目采用Revit建立模型，斯維爾Revit三維算量軟件直接利用Revit模型進行計算，來處理工程量的精確統計。

(a)架管材料明細表

(b)高支模模型　　　　　　　(c)樣板搭設

(d)屋面梁板支模及鋼筋綁扎圖8　雙曲屋面混凝土梁板BIM技術應用

通過BIM相關軟件可準確進行工程量的統計，用于設計過程中的成本估算、以及施工開始前的工程量預算和施工完成后的工程量決算，同時進行異形構件的精確工程量計算，便于材料調配、成本核算與結算。

(a)雙曲屋面板

(b)屋面曲梁圖9　雙曲屋面混凝土梁板工程量統計

3.4施工測量

本工程雙曲薄殼混凝土屋面支模體系的空間定位較為復雜，采用傳統測量定位難以滿足質量要求，施工期間采用BIM技術，為保證現場主軸線控制精度，以及現場施工的通視要求，選取主軸線時特意避開各類構筑物，并保證滿足最基本的測量原則：后視長前視短。屋面模型主軸線選取如圖10所示。

圖10　BIM技術軸線測量定位

利用“Point Layout”插件在向導模型上拾取特征點，獲取各特征點的三維坐標。屋面混凝土梁板支模施工時，測量人員根據BIM模型導出的各特征點三維坐標進行雙曲屋面的準確定位，科學地指導了現場施工。

3.5BIM5D應用

項目施工期間以BIM平臺為核心，集成土建、機電、幕墻等各專業模型，并以集成模型為載體，關聯施工過程中的進度、合同、成本、質量、安全、圖紙、物料等信息，利用BIM模型的形象直觀、可計算分析的特性，為項目的進度、成本管控、物料管理等提供數據支撐，協助管理人員有效決策和精細管理，從而達到減少施工變更，縮短工期、控制成本、提升質量的目的。

(a)選取特征點

(b)獲取坐標圖11　BIM技術在施工測量中應用

3.6iBan應用

項目施工過程中，施工技術人員通過iBan移動應用，可在施工現場使用手機拍攝施工節點，將有疑問的節點照片上傳到系統后臺終端，與BIM模型相關位置進行對應，在安全、質量會議上解決問題非常方便，大大提高工作效率。項目部資料員可及時將設計變更、工程聯系單掃描上傳至終端，方便施工技術人員快捷的查閱。另外，項目部所有管理者均可通過手機第一時間看到，工程管理變得更加廣泛、透明、快捷、高效。

(a)材料采購計劃表

(b)集成模型圖12　項目施工BIM5D應用

圖13　iBan應用

5　結語

隆平水稻博物館建設項目在施工過程中，采用BIM技術對雙曲薄殼混凝土屋面的支模、工程量統計、施工測量起到了科學的指導作用； 采用iBan移動應用技術，使項目管理更加廣泛、透明、高效與快捷。通過BIM技術的施工應用，顯著縮短了工期，節約了成本，獲得了較好的社會效益和經濟效益。

說明：本工程BIM技術應用榮獲湖南建工集團首屆“超越杯”BIM大賽綜合獎二等獎(2015年度)、首屆中國建設工程BIM大賽單項獎二等獎(2015年度)。

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Application of BIM Technology in Hyperbolic Concrete Shell Roof Construction

Huang Zonggui1， Zhang Mingliang1， 2， Zhou Jin1，Li Sai1， Li Penghui1， Yang Chao1

(1.HunanNo.6EngineeringCo.，Ltd.，Changsha410015，China；2.CollegeofResourcesandPlanningSciences，JishouUniversity，Zhangjiajie427000,China)

BIM technology used by Longping Rice Museum construction process plays a very good guiding role in the construction site layout，hyperbolic shell concrete roof formwork，quantity statistics and construction survey. At the same time, the use of iBan mobile application technology realizes project management in a wider range and in a quicker and more transparent and efficient way.Through the application of BIM technology，the construction period is shortened，the cost is saved，and better social and economic benefits are obtained.

BIM； Hyperbolic Roof； Engineering Application； Information； Project Management

黃宗貴(1978-)，男，碩士，高級工程師，注冊建造師。主要從事施工項目管理及BIM技術應用工作。)

張明亮(1983-)，男，工學博士，工程師，注冊建造師。主要從事建筑結構抗風、鋼結構設計與研究、施工監測、施工技術管理及BIM技術應用工作。

TU17

A

1674-7461(2016)01-0015-07

10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.01.03