推進BIM技術在鋼結構綠色施工中的應用

(中建三局第三建設工程有限責任公司，武漢 430074)

前言

“互聯網+”的迅猛發展，將深刻而廣泛地改造原有建筑產品及其生產方式，使建筑業成為下一個信息化革命的爆發點。不斷創新運用綠色信息化管理的科學理念與具體方法，在工程管理中發揮更大的作用，是建筑施工企業實現轉型升級、自我突破的必由之路。中建鋼構大廈工程鋼結構施工全過程，依靠BIM技術解決鋼結構施工過程中的工期、安全、可視化應用、施工過程模擬分析問題。從而研究一種適合鋼結構施工并銜接上、下游單位的應用方案，以信息化技術提高項目管理水平。

1 通過綠色建筑信息化，提升行業整體水平

以信息化、智能化管理理念為基礎，采用BIM技術建立鋼結構工程綠色施工可視化模型應用體系、施工過程模擬分析體系、碰撞檢測體系、計劃管理體系。總結工程在鋼結構施工過程中的信息化管理經驗，爭取對日新月異的鋼結構行業、同類工程建設的綠色施工有所裨益。

2 BIM信息技術應用

2.1 應用特點

工程運用BIM技術為手段，覆蓋鋼結構施工全過程并通過模型信息與制造階段互聯互動，實現工程項目管理信息化、縮短工期、提高工程質量、降低施工安全風險，達到綠色施工的目標。

2.2 精確建模

為保證模型信息有效傳遞，聯合設計院、分包、制造廠共同制定了《中建鋼構大廈項目BIM執行計劃》和《中建鋼構大廈項目BIM建模標準》。針對軟件種類版本、模型存儲方式、命名規則、格式交換等統一規定，確保BIM模型在各階段均可順利進行交接及模型系統劃分。運用revit軟件針對建筑、結構進行建模，其中鋼結構部分利用Tekla軟件進行深化建模，通過多專業協同工作平臺，搭建LOD400模型，并完成模型自身協調及專業間的碰撞分析。

2.3 可視化應用

構建鋼結構三維空間立體布置圖進行可視化模擬，提前發現設計矛盾與盲點，對設計方案進行優化，解決施工圖中的設計缺陷，提升施工效率及施工質量，減少項目后期修改變更，避免人力、物力浪費，達到降本增效、綠色節能的目的。

2.4 施工模擬分析

2.4.1 半逆序施工

根據中建鋼構大廈項目實際情況，采用BIM作為支撐的半逆序施工的關鍵技術。以現場三道臨時混凝土內支撐梁及圍護排樁為基礎，利用Revit繪制出真實模型，并依照軟件提供的邏輯關系，進而準確掌握三道臨時混凝土支內撐對構件安裝的影響。

調整支撐拆除與構件安裝的先后順序、分析支撐拆除不利工況對構件的影響。實現地下室鋼結構安裝優先于拆撐的半逆作法施工，節約工期18天。

2.4.2 頂部懸挑結構施工模擬

本工程在標高129.790～165.900m為頂部懸挑結構，高36.1m，最大懸挑17.2m，鋼柱及主梁均為箱型截面，鋼材材質為Q345B，Q235B，最重節點達7.3t。懸挑結構懸空高度高，鋼梁為主要承力體系，連接節點情況復雜多樣，箱梁界面跨度大，是工程施工重難點。

運用建模，對懸挑結構的施工全過程進行模擬分析，細化到安裝的吊裝、起拱、安裝、卸載環節，確保高空懸挑結構順利安裝完成。經過模擬分析，采用塔樓部分和懸挑部分分別安裝的方式，將懸挑部分在地面分塊組裝，再進行高空吊裝的施工方法，減少高空拼裝。

經第三方檢測機構檢測，懸挑結構使用一年，累計沉降量3.2mm且已穩定，低于設計7mm的允許值。

2.5 碰撞檢測

工程主體結構同層立面斜撐、鋼梁型號多。與設計聯合檢測碰撞調整方案、與機電單位聯合檢測碰撞避免梁柱、斜撐尺寸變化阻擋管線。

共檢測沖突356處，如斜撐與欄桿沖突，調整欄桿； 鋼斜撐與門洞沖突，調整斜撐； 鋼拉桿與樓板沖突，調整拉桿。

3 BIM成果信息共享

工程依托鋼結構全生命周期信息化管理平臺，將BIM三維模型、工程進度、物料清單、構件信息導入信息化管理平臺，使不同崗位，不同區域的人員可以直接從平臺中獲取、更新與本崗位相關的信息，實現深化設計、材料管理、構件制造、項目安裝的工作協同。在鋼結構工程建造全過程實現信息共享，促進優化設計、精細化計劃管理。

4 施工進度計劃管理

4.1 利用BIM進行逐層施工模擬，協助制定月、周、日安裝計劃

采集吊裝、焊接、校正、螺栓緊固所需時間，組建項目層面數據庫并錄入BIM模型，通過分析擬合，不斷提高生產安裝計劃的合理性以及與現實的契合度。

4.2 BIM系統與平臺協同管理

施工過程借助鋼結構全生命周期信息化管理平臺和物聯網管理系統實現對鋼結構構件的全程監管。通過BIM系統與物聯網的無縫對接，實現各環節的數據采集和零構件身份識別、動態定位、狀態查詢等全方位跟蹤功能，確保構件的每一個階段都在掌控內。

運用BIM技術將鋼結構作業流程細分為數十道常用工序和虛擬工序，指定零構件一一對應的工序路線，產生NC文件。制作廠通過管理平臺獲取相關信息，劃分結構、生產批次，制定標準工序，將項目工程信息轉化為工序為單位的建造信息。建立清晰的鋼構件生產管理流程。

通過管理平臺獲取現場安裝計劃，分區、分類依次序裝車發運，按計劃進場、計劃吊裝，實現主構件即卸即吊、減少周轉時間，合理利用場地、減少場地占用時間。

通過周密細致的計劃管理，縮短鋼結構施工工期22天，創造平均2.1天、最快1.8天施工一個結構層的“新速度”。

5 基于BIM技術的質量管理

通過計劃管理、可視化管理、施工模擬分析、碰撞檢測等BIM手段的運用，有效降低返工率。通過數據共享，可在現場進行BIM模型與實物的對比，將相關檢查信息關聯到構件，使管理人員能夠快速直觀地發現現場質量問題，快速解決。對施工班組采用動態演示、模型交底及彩色打印交底的方式，使安裝過程、節點構造更加形象直觀，降低施工出錯率。

將BIM技術與測量技術結合，實現鋼柱安裝精度控制。將現場測量點與BIM模型結合，導出現場鋼柱安裝定位控制點位置坐標及標高，為現場全站儀進行鋼柱安裝精度控制提供依據。經檢測，主體鋼結構豎向構件垂直度偏差6mm，低于10mm的設計允許偏差。

6 基于BIM技術的安全管理

傳統的安全管理、危險源的判斷和防護設施的布置都需要依靠管理人員的經驗來進行，而BIM技術在安全管理方面可以發揮其獨特的作用，從場容場貌、安全防護、安全措施、機械設備等方面建立安全文明管理施工方案指導安全文明施工。工程建設期間，通過提取空間模型，利用Revit族技術快速建立樓層防護體系，提前識別危險源，設計全套安防措施(并申報專利1項)，一是大件措施一體化(包括側嵌式操作平臺等)，二是小件措施輕量化(鋁合金垂直通道、水平通道和掛籠)，提高了施工期間的安全性。

7 結論

7.1 安全及文明施工效益

通過推廣及應用BIM技術，工程安全施工得到了較好的保障，整個工程施工過程中無傷亡、重大安全事故，安全方面得到了業主的高度贊許，在充分保障工期的前提下，達到了深圳市安全生產樣板工地目標，得到業主的肯定。

7.2 工期效益

通過推廣及應用BIM技術，有效的節省了施工工期，超前完成了業主的節點要求工期。縮短鋼結構施工工期22天，創造平均2.1天施工一個結構層的“新速度”，得到了業主及社會各界的高度贊賞。

7.3 質量效益

通過推廣及應用BIM技術，工程質量得到了較大的提高，整個工程無質量問題，工程質量達到業主要求，受到業主的肯定與好評。工程先后榮獲“深圳市優質結構工程獎”、“廣東省建設工程優質結構獎”、“廣東鋼結構金獎”，并且“中國鋼結構金獎”順利通過驗收。

通過推廣及應用BIM技術，達到了提升生產效率、縮短施工工期、提高鋼結構工程施工質量、保障施工作業人員人身安全的目的，在施工過程中提高了工程管理能力，增強了企業在建筑行業的競爭力。

[1] 李路明. 綠色建筑評價體系研究[D].天津：天津大學， 2003.

[2] 方鴻強. 鋼結構讓綠色建筑更美好[EB/OL].[2012-11-22].