BIM技術(shù)在某超高層項目施工階段的應(yīng)用

張建幫

BIM虛擬建造是通過三維可視化的方式模擬專項施工組織方案的動態(tài)過程，并對施工方案的可行性進行驗證，同時也可以對施工班組進行交底，虛擬建造是施工階段BIM應(yīng)用的核心，只有做到虛擬建造先行，為后續(xù)施工保駕護航，才能真正實現(xiàn)數(shù)字孿生工地的目標(biāo)。

超高層建筑是顯示地區(qū)經(jīng)濟水平及科技發(fā)展實力的重要標(biāo)志，超高層建筑在施工中通常會涉及很多施工難點，包括深基坑、施工測量、塔吊爬升、核心筒爬模、超高層泵送混凝土、鋼結(jié)構(gòu)安裝、高支模施工、機電安裝、幕墻等方面對施工項目管理和安全管理帶來巨大挑戰(zhàn)。BIM技術(shù)以三維數(shù)據(jù)模型的特性，通過模型虛擬仿真建造，模型數(shù)據(jù)集成對接，模型三維協(xié)同等方式，可以從技術(shù)和管理上，為超高層施工項目管理賦能，解決技術(shù)難點，提升管理水平。

一、項目概況

本項目位于陜西省西安，總占地約298畝，建成以后集501米超高層，會議中心、甲級辦公、五星級酒店、四星級酒店、商業(yè)中心、高端公寓為一體的綜合體項目。

項目在前期規(guī)劃階段就明確了BIM全過程應(yīng)用的目標(biāo)，其中在施工階段，以BIM顧問公司牽頭，聯(lián)合施工總包及各分包單位共同應(yīng)用。施工階段BIM實施，從項目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃、BIM圖紙會審、施工虛擬建造模擬分析、施工技術(shù)應(yīng)用四個方面進行應(yīng)用，其中虛擬建造模擬分析是施工階段BIM應(yīng)用的核心，重點對本項目施工關(guān)鍵技術(shù)及專項施工方案進行虛擬建造模擬分析，不僅對施工方案的可行性進行了驗證，同時也為項目施工班組進行三維技術(shù)交底，為項目施工帶來巨大價值。

二、項目標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃

項目BIM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃基于項目組織、流程、交付三項原則制定，其中組織確定項目BIM實施目標(biāo)、BIM參與涉及單位、模型操作與應(yīng)用要求等內(nèi)容，流程確定各參與單位之間的實施界面與分工流程，同時確定各參建單位組成項目全過程BIM實施的進度、質(zhì)量要求，交付確定項目最終成果交付內(nèi)容，包括成果交付形式、格式及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

三、BIM圖紙會審

針對設(shè)計圖紙問題，在施工準(zhǔn)備階段，利用BIM模型設(shè)計圖紙進行三維技術(shù)會審，對問題類型分成沖突碰撞類檢查、圖紙一致性檢查、設(shè)計合理性檢查、圖紙完整性檢查四類問題進行核查。本項目根據(jù)設(shè)計圖紙的不斷調(diào)整，地下室部分土建問題報告共更新5版，累計發(fā)現(xiàn)并解決建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計問題94條。機電問題報告共更新8版，累計發(fā)現(xiàn)并解決機電管線排布、凈高問題167條。

四、重難點方案BIM虛擬建造模擬分析

BIM虛擬建造是通過三維可視化的方式模擬專項施工組織方案的動態(tài)過程，并對施工方案的可行性進行驗證，同時也可以對施工班組進行交底，虛擬建造是施工階段BIM應(yīng)用的核心，只有做到虛擬建造先行，為后續(xù)施工保駕護航，才能真正實現(xiàn)數(shù)字孿生工地的目標(biāo)。

1.超大體積筏板“溜管布料”

本項目塔樓筏板基礎(chǔ)面積約7900㎡，主要厚度5m，一次澆筑方量達(dá)3.18萬m3。采用施工總包單位自主研發(fā)無間歇溜管法澆筑技術(shù)進行施工，并利用BIM技術(shù)模擬溜管系統(tǒng)各部分功能、施工工藝及車輛行進路線，給施工班組進行可視化交底。現(xiàn)場東西共布置8套溜管，澆筑流程（潤管→卸料→布料→轉(zhuǎn)換→洗管→收面），依次從最遠(yuǎn)端退進的形式進行布料，形成“一條主管、兩條轉(zhuǎn)動槽”同時澆筑，項目利用“BIM+新工藝”的方式實現(xiàn)了50h完成筏板基礎(chǔ)澆筑及收面的速度。

2.貝雷架鋼棧橋安裝模擬

因項目施工場地受限，無法形成環(huán)路，項目結(jié)合現(xiàn)場情況采用貝雷架+型鋼組成臨時鋼棧橋，為澆筑期間行車提供便利，通過運用BIM技術(shù)對工況進行推演模擬，安拆流程、操作要點三維交底，優(yōu)化了鋼管柱凹口開槽，增加了貝雷架與雙拼工字鋼的接觸面積，更加安全可靠，可視化的同時提升組織預(yù)見性，最終實現(xiàn)了安裝5天，拆除2天的速度，詳見圖1。

圖1 貝雷架鋼棧橋安裝模擬

3.垂直運輸機械安拆模擬

本項目鋼結(jié)構(gòu)吊裝量大，結(jié)構(gòu)變截面，需結(jié)合頂升平臺爬升、鋼結(jié)構(gòu)吊裝、土建施工、塔吊轉(zhuǎn)換等綜合分析制定爬升規(guī)劃，其中塔吊空中安拆8次，爬升25次，平臺頂升112次；通過BIM模擬塔吊平面布置、附墻預(yù)埋位置及塔吊與平臺、布料機、鋼骨柱等空間位置關(guān)系，保證了附墻支座預(yù)埋精度，避免了塔吊吊裝碰撞風(fēng)險，提高了施工效率。

4.集成頂升平BIM應(yīng)用

超高層建造核心技術(shù)為集成頂升平臺。跨越鋼骨層、鋼筋綁扎層、模板層、混凝土養(yǎng)護層4個工作面，共分為六大系統(tǒng)。（1）新型裝配式整體頂升鋼平臺系統(tǒng)；（2）新型牛腿附墻式頂升平臺支撐系統(tǒng)；（3）組合拼裝外掛架系統(tǒng)；（4）鋼模板支撐加固系統(tǒng)；（5）超高泵送快速布料系統(tǒng)；（6）全方位智能監(jiān)控系統(tǒng)。為保障頂升平臺各項參數(shù)符合規(guī)范要求，通過Midas建立計算模型，從施工狀態(tài)及爬升狀態(tài)，對三個施工階段頂升平臺鋼桁架、支撐柱、附墻牛腿進行位移應(yīng)力驗算，結(jié)果滿足設(shè)計及規(guī)范要求，并結(jié)合行業(yè)專家多次研討論證，最終確定施工方案。

本項目核心結(jié)構(gòu)有兩次較大截面變化，為適應(yīng)這種變化，項目研發(fā)了一種新型的裝配空間網(wǎng)格式結(jié)構(gòu)體系，將傳統(tǒng)二維受力改為空間受力，有效提高結(jié)構(gòu)剛度；內(nèi)筒為整體焊接，外筒為特制裝配桁架，截面變化后只需將外框裝配式桁架拆除，加快了鋼平臺拆改的效率；同時可降低材料損耗，方便周轉(zhuǎn)使用。BIM從結(jié)構(gòu)上模擬該結(jié)構(gòu)體系構(gòu)造，并從模型中提取工程量方便了商務(wù)招標(biāo)定價與原材的采購，控制了成本。

集成頂升平臺智能檢測系統(tǒng)是保障頂升平臺實時狀態(tài)安全的重要措施，本項目通過傳感器集成結(jié)合BIM平臺展示的方式，搭建智能檢測系統(tǒng)。傳感器點位根據(jù)平臺荷載集中位置即貫通主桁架兩側(cè)進行布置，且避開后續(xù)平臺拆改部位，主要放置在桁架梁上翼緣下部與下翼緣上部，針對桁架腹桿的監(jiān)測點位布置在腹桿中部腹板處，能夠有效監(jiān)控平臺重載區(qū)及危險部位桁架的應(yīng)力變化情況，將數(shù)據(jù)集成在智能監(jiān)測系統(tǒng)中，可實時反應(yīng)平臺最不利情況，并進行實時警示。

除上述關(guān)鍵工藝的BIM應(yīng)用，本項目在施工階段還利用BIM技術(shù)應(yīng)用于項目進度管理、質(zhì)量安全管控、施工界面輔助、分包工程量核算等場景中。

五、項目效益分析

本項目施工階段應(yīng)用BIM技術(shù)，在項目經(jīng)濟效益上取得明顯價值，截止到地下室結(jié)構(gòu)施工階段，通過BIM發(fā)現(xiàn)并解決的設(shè)計圖紙問題共計800多處，折算成項目直接無效成本損失為102.4萬元，通過模型導(dǎo)出的工程量與預(yù)算量和施工量進行對比，合計比預(yù)算節(jié)省130萬元，整體創(chuàng)造的直接經(jīng)濟價值約230萬元。