建筑斜屋面結(jié)構(gòu)的BIM技術(shù)應(yīng)用及施工研究
——以三明市西江悅A3地塊商住樓為例

郭芳炳

(福建一建集團(tuán)有限公司 福建三明 365001)

0 引言

BIM技術(shù)計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件在工程項(xiàng)目中應(yīng)用后，工作效率和經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。開工前BIM技術(shù)模擬建造大大減少了工程紕漏和返工率，更有利于控制施工進(jìn)度與成本。在工程各階段管理中應(yīng)用，能精確直觀反映項(xiàng)目進(jìn)展情況，可提早策劃針對性強(qiáng)且有效的措施方案，使項(xiàng)目管理事半功倍、效益明顯。本文就BIM技術(shù)在斜屋面復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用探索為例，為類似工程施工及項(xiàng)目管理提供參考。

1 基本概況

本工程為城市商住樓建筑，其中6#樓、7#樓、8#樓共有一層地下室，考慮到周邊環(huán)境道路的高程及屋面防滲漏功能，地下室及住宅樓屋面設(shè)計(jì)為斜板屋面結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)上部進(jìn)行防水、綠化、道路或鋪裝面層。 地下室主體結(jié)構(gòu)由框架柱、地下室外墻、剪力墻及地下室梁板組成，地下室結(jié)構(gòu)屋面為斜板屋面，有多個坡度：1.11%、1.55%、1.5%，車道口屋面坡度6.977%。三棟主樓為框剪結(jié)構(gòu)，屋面設(shè)計(jì)為多坡向復(fù)雜斜屋面結(jié)構(gòu)，坡度為1.5%～2%，如圖1所示。設(shè)計(jì)斜屋面結(jié)構(gòu)主要對結(jié)構(gòu)防滲漏功能有很大作用，減少屋面因排水不暢而造成積水產(chǎn)生的滲漏，從而提高屋面鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能，保證使用性能。斜屋面結(jié)構(gòu)存在多個坡度及坡向，標(biāo)高較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度較大。施工前采用BIM技術(shù)[1]模擬建造，可以直觀看到復(fù)雜的斜屋面建筑結(jié)構(gòu)三維實(shí)體模型，并模擬施工。在施工中將出現(xiàn)的問題，應(yīng)在施工前及時處理，從而提高施工質(zhì)量和效率。

圖1 樓棟屋面斜頂板結(jié)構(gòu)找坡

2 BIM技術(shù)施工應(yīng)用

2.1 斜屋面結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)施工應(yīng)用流程

項(xiàng)目管理應(yīng)用BIM技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行項(xiàng)目整體策劃管理，能使項(xiàng)目管理和施工更加簡潔有序并高效。復(fù)雜的斜屋面結(jié)構(gòu)施工前，先使用BIM技術(shù)軟件建模，用BIM模型核對復(fù)雜斜屋面結(jié)構(gòu)的圖紙，模擬并掌握建造過程中的難點(diǎn)、重點(diǎn)及圖紙紕漏；參照建模的成果、施工動畫，進(jìn)行施工策劃，根據(jù)施工計(jì)劃進(jìn)行管理。

2.2 BIM技術(shù)解決施工難點(diǎn)

多坡向結(jié)構(gòu)斜坡板施工難度較大，施工需要精心策劃，精確進(jìn)行施工測量控制及組織實(shí)施。斜頂板屋面模板安裝施工中的標(biāo)高、尺寸及位置控制，是施工中結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量控制的關(guān)鍵。采用BIM技術(shù)模擬建造斜屋面建筑實(shí)體模型，可以讓2D的設(shè)計(jì)圖紙[2]直觀展現(xiàn)三維實(shí)體視圖，如圖2所示。技術(shù)人員可根據(jù)需要查看建筑實(shí)體的細(xì)部構(gòu)造及組合關(guān)系，及時發(fā)現(xiàn)各種可能出現(xiàn)的設(shè)計(jì)圖紙問題[2]，及施工中應(yīng)注意的事項(xiàng)。

圖2 住宅樓層結(jié)構(gòu)找坡屋面BIM建模圖示

該工程室外周邊環(huán)境為坡向地形及首層各房間使用功能的不同，設(shè)計(jì)主樓及店面范圍內(nèi)地下室結(jié)構(gòu)頂板標(biāo)高較多，6#樓、7#樓、8#樓各主樓建筑+0.000 m高程不同，主體板面形成高低坎面，主樓外地下室頂板(斜板屋面)為多坡度多坡向斜板，穿插交錯、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。施工前用BIM技術(shù)軟件模擬建造，直觀顯示建筑實(shí)體結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。技術(shù)人員根據(jù)需要操作可看到各構(gòu)件的材料、標(biāo)高、尺寸和相對位置。查看模擬動畫施工，可發(fā)現(xiàn)按照設(shè)計(jì)圖紙施工時，工藝上可能存在的問題，就可在施工前對應(yīng)設(shè)計(jì)圖紙及施工工藝進(jìn)行技術(shù)及施工順序調(diào)整。如不同頂板標(biāo)高處梁頂、梁低標(biāo)高與頂板標(biāo)高的對應(yīng)關(guān)系，以及梁與梁、梁與柱等各構(gòu)件的對應(yīng)關(guān)系。技術(shù)人員根據(jù)需要查看三維視圖，更為直觀解決眾多細(xì)部節(jié)點(diǎn)及施工圖中存在的沖突、錯誤及紕漏。這種工作效率，在單獨(dú)核對平面設(shè)計(jì)圖紙上，是難以達(dá)到的。

地下室斜屋面頂板與主樓區(qū)不同標(biāo)高頂板穿插組成一個復(fù)雜的高低坎結(jié)構(gòu)，交接處可能會存在梁高度不能滿足高低坎板塊連接尺寸要求的問題。技術(shù)人員應(yīng)用BIM技術(shù)直觀看到模型中梁與板連接空缺，或者梁與梁連接空缺部位，如圖3所示。可根據(jù)施工工藝、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范或設(shè)計(jì)大樣節(jié)點(diǎn)構(gòu)造處理，BIM技術(shù)可根據(jù)實(shí)際試行調(diào)整梁頂標(biāo)高。在三維視圖中，可直觀看出是否滿足要求。設(shè)計(jì)文件中有處理該節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的大樣圖，按大樣圖處理連接，設(shè)計(jì)文件中沒有處理方案也無標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的，應(yīng)聯(lián)系設(shè)計(jì)單位另行出圖或變更文件處理。應(yīng)用BIM技術(shù)可以提前解決設(shè)計(jì)或施工存在的問題，如圖4所示。

圖3 構(gòu)件連接空缺

圖4 構(gòu)件連接空缺已調(diào)整

2.3 BIM技術(shù)在模板施工中的應(yīng)用

斜屋面結(jié)構(gòu)標(biāo)高多、尺寸復(fù)雜，模板工程施工難度大，模板安裝成為斜屋面結(jié)構(gòu)精確成型的重點(diǎn)和難點(diǎn)。BIM技術(shù)在解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)的施工困難高效直觀，各種功能BIM技術(shù)軟件各有所長，可應(yīng)用于工程建設(shè)各工種、各專業(yè)。先進(jìn)的BIM技術(shù)軟件讓工程建設(shè)事半功倍，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。

當(dāng)設(shè)計(jì)圖紙導(dǎo)入BIM技術(shù)應(yīng)用軟件，軟件可以基本識別轉(zhuǎn)化CAD類等設(shè)計(jì)圖紙。將CAD類設(shè)計(jì)圖識別轉(zhuǎn)化為三維實(shí)體圖形，核對校正無誤后，完成實(shí)體的模擬建造。此時的三維實(shí)體圖形的結(jié)構(gòu)尺寸、標(biāo)高即是擬建建筑結(jié)構(gòu)完成后的實(shí)體結(jié)構(gòu)模型。

模擬實(shí)體結(jié)構(gòu)完成后，BIM技術(shù)應(yīng)用軟件的模板支架功能，可選擇智能布置或手動布置各構(gòu)件模板與支架；根據(jù)建筑安全規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)安全檢查功能，復(fù)核BIM技術(shù)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)模板及支架的三維視圖是否符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)場可操作性；還可根據(jù)需要智能優(yōu)化或手動調(diào)整，直至模板支架設(shè)計(jì)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求，符合建設(shè)工程安全文明規(guī)范，如圖5所示。

圖5 BIM模板支架設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)應(yīng)用軟件的模板支架設(shè)計(jì)完畢后，模架設(shè)計(jì)方案調(diào)整方便，可以生成圖紙方案、計(jì)算書、配模配架的材料單；也能進(jìn)行模板設(shè)計(jì)優(yōu)化、成果審閱等各種實(shí)用功能。模板工程方案設(shè)計(jì)、材料配置進(jìn)入智能化和高效率，減少了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的施工困難，其建模成果極其直觀強(qiáng)大，數(shù)據(jù)安全可靠，能全面提高方案實(shí)施的安全性。

2.4 BIM技術(shù)在斜屋面頂板鋼筋工程中的應(yīng)用

在斜屋面復(fù)雜結(jié)構(gòu)頂板中，使用BIM技術(shù)鋼筋工程軟件，施工預(yù)算、鋼筋翻樣、料單等功能，事半功倍，數(shù)據(jù)精確效率高。建立結(jié)構(gòu)模型后，分步識別結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的鋼筋標(biāo)注文字圖層，如圖6所示。即可將實(shí)體結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的鋼筋智能布置，自動識別布置主筋、分布筋和構(gòu)造鋼筋等。部分擁擠、復(fù)雜難以識別的結(jié)構(gòu)鋼筋標(biāo)注文字，使用手動識別功能也可以單獨(dú)布置。識別鋼筋后，再與原設(shè)計(jì)圖檢查核對，BIM技術(shù)鋼筋工程軟件有圖紙核查功能，核對無誤后即完成實(shí)體鋼筋布置。

圖6 結(jié)構(gòu)中三維鋼筋圖

BIM技術(shù)軟件完成實(shí)體鋼筋布置后，技術(shù)人員可根據(jù)需求查看各角度的三維鋼筋模型信息，直觀感受各規(guī)格各類型鋼筋在實(shí)體中的位置及其關(guān)系。根據(jù)工作需要，BIM技術(shù)軟件可以統(tǒng)計(jì)出鋼筋放樣圖樣、鋼筋下料單，可以計(jì)算各規(guī)格鋼筋數(shù)量、重量、接頭數(shù)量及分類分層等所需要的數(shù)據(jù)報(bào)表,如表1所示。

表1 鋼筋明細(xì)表

BIM技術(shù)軟件在斜屋面頂板鋼筋工程中，可以直觀查看復(fù)雜構(gòu)造其實(shí)體的三維圖形，可發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)鋼筋圖紙中可能存在的遺漏事項(xiàng)、失誤等問題。如設(shè)計(jì)圖中可能出現(xiàn)梁體跨數(shù)標(biāo)注與圖形不符、鋼筋漏標(biāo)等紕漏，基本數(shù)據(jù)參數(shù)缺失的就無法建模，錯誤的數(shù)據(jù)建模過程能及時發(fā)現(xiàn)。根據(jù)建模發(fā)現(xiàn)的圖紙缺陷，施工前與設(shè)計(jì)單位溝通處理，避免因設(shè)計(jì)圖紙及施工失誤造成的損失，使鋼筋工程施工減少錯漏、返工，提高施工效率、工程質(zhì)量、安全、進(jìn)度乃至經(jīng)濟(jì)上都將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.5 BIM技術(shù)應(yīng)用在斜屋面頂板混凝土工程

BIM技術(shù)軟件在斜屋面頂板混凝土工程中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在建立三維建筑結(jié)構(gòu)實(shí)體模型后，可在施工前直觀感受到施工完成后的結(jié)構(gòu)形狀。看到斜層面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜形狀及與各構(gòu)件間的關(guān)系，了解施工的難度及重點(diǎn)工作，合理安排施工工藝和順序，避免因無序施工影響工程質(zhì)量及安全產(chǎn)生。

2.6 BIM技術(shù)在斜屋面頂板的施工管理

施工管理是整個工程項(xiàng)目品質(zhì)的重要基礎(chǔ)，應(yīng)建立靈活高效、團(tuán)結(jié)精干的項(xiàng)目管理組織機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)教育培訓(xùn)。在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工程項(xiàng)目中，管理團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)學(xué)習(xí)應(yīng)用BIM技術(shù)先進(jìn)軟件，提高管理水平，乃至提高整體施工隊(duì)伍素質(zhì)，可以高效率完成斜屋面頂板等施工復(fù)雜結(jié)構(gòu)的工程。

使用BIM技術(shù)、CAD等先進(jìn)的計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用軟件，對設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行相應(yīng)深化解析模擬建造；采用基于BIM技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃，對勞動力、機(jī)具、資金投入、材料采購進(jìn)行計(jì)算策劃。提倡節(jié)能、節(jié)材、節(jié)水、節(jié)地和文明環(huán)保施工，優(yōu)選先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)工藝，對質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本有效把控。應(yīng)用BIM技術(shù)先進(jìn)的系統(tǒng)管理軟件可以更高品質(zhì)完成項(xiàng)目工程，可以對整個項(xiàng)目管理班子進(jìn)行系統(tǒng)高效的協(xié)調(diào)管理。先進(jìn)的BIM工程技術(shù)管理可以涵蓋項(xiàng)目決策階段、實(shí)施階段、使用階段等整個過程，項(xiàng)目的策劃、質(zhì)量、安全、進(jìn)度、合同、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等各職能部門都可納入BIM管理系統(tǒng)統(tǒng)一有序管理，讓管理班子在BIM技術(shù)系統(tǒng)上直觀看到項(xiàng)目管理內(nèi)容及成果，做到數(shù)據(jù)共享。管理班子熟練掌握BIM管理系統(tǒng)軟件，可以更加高效管理整個工程項(xiàng)目。

3 結(jié)語

近年來，隨著BIM技術(shù)工程系列軟件的深入應(yīng)用和行業(yè)的推廣，軟件功能及使用體驗(yàn)不斷改善，先進(jìn)軟件技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)日益彰顯。不斷挖掘軟件輔助施工技術(shù)在工程中的應(yīng)用潛力，使建筑斜屋面結(jié)構(gòu)等較復(fù)雜構(gòu)件在施工中變得更為簡單。建筑產(chǎn)品在施工前模擬建造出實(shí)體模型，可以在施工前預(yù)先發(fā)現(xiàn)建造過程中可能出現(xiàn)的問題及困難。西江悅A3項(xiàng)目應(yīng)用各種BIM軟件配合施工技術(shù)及管理，圖紙會審中與設(shè)計(jì)溝通處理了89條疑問，施工前處置了后期各種問題與困難，項(xiàng)目進(jìn)展少了障礙，杜絕了系統(tǒng)性安全和質(zhì)量事故，節(jié)省了質(zhì)量和安全事故的高昂成本損失，質(zhì)量和效率明顯提高，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。