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BIM技术在某超高层建筑工程中的应用

发布时间:2021/03/09 点击量:
建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)是以建筑工程项目的各项相关信息数据为基础,通过数字信息仿真模拟建筑的真实信息,建立三维建筑模型,实现工程设计、施工、管理等功能。
 
BIM技术具有信息化、可视化、协调性、模拟性、优化性等特点,建筑工程项目各参与方在同一信息平台上,共享建筑信息模型,有利于建筑的精细化建造和管理,在降低成本的同时使工程建设品质高、速度快,并可实现对项目的集成管理。
 
通过BIM技术在某超高层建筑中的应用,研究BIM信息化平台、BIM深化设计、三维可视化引导施工、BIM工程项目管理等方面内容,建立以BIM应用为载体的项目信息化管理,实现对项目的优化设计和集成管理,并缩短工期和降低成本。
 
一、项目背景
 
1、工程概述
 
某工程位于安徽省合肥市国家科技创新型试点试验区,望江西路与方兴大道交叉口西北角,为高端城市科研办公楼。建筑高度183.55m,地上40层,地下2层,总建筑面积约11万㎡,地上建筑面积约9万㎡,地下约2万㎡。框架结构+型钢混凝土核心筒结构体系,工程包括玻璃幕墙、钢结构等专业。其整体建筑效果如图1所示。
 
图1 建筑整体效果
 
2、工程重难点
 
1)超高层建筑工程体量大,设计变更多,出图效率低,易导致经济损失和工期延误。
 
2)屋面为钢结构,施工难度大;工程空间碰撞多,层间净空要求高。
 
3)玻璃幕墙节点复杂,安装难度大,CAD平面图纸难以表达施工节点生产和现场安装情况。
 
4)工程技术要求高,建筑、结构、机电、幕墙等工程穿叉施工,不易控制工程进度和造价,现场施工管理难度大。
 
根据以上难点,本项目全过程应用BIM技术,利用BIM模型提升设计效率,减少设计失误,获取工程数据,并为施工建造全过程提供技术支撑,为项目参建各方提供基于BIM的协同平台,有效提升协同效率。确保建筑在全生命周期中能实现按时、保质、安全、高效、节约,以达到对整个项目的总体控制。
 
二、BIM信息化平台应用
 
在本项目中充分运用Autodesk Vault数据管理平台,将其打造成BIM全生命周期协同平台。
 
1)按质量管理体系建立本项目文件管理结构。完全符合ISO9000质量管理体系标准,并参照D-BIM交付标准,避免质量管理工作累积,减轻管理人员工作负担。与传统管理习惯兼容,不影响BIM技术的快速推广,从项目本身情况着手,能够优化项目全过程。
 
2)BIM协同方式创新,在Autodesk Vault数据管理平台上建立BIM模型协同方式。在Vault服务器上建立总文件夹,以工作集的形式分流给各个客户端,各客户端直接通过链接联系。工作集采用Vault插件实现文件与存储位置一一对应,从而实现各客户端与总文件夹同步存储与更新及项目数据信息共享。
 
3)Vault+“云”实现互联网+设计和BIM整体模型提交。客户端通过数据传输设备可直接访问Vault数据、Revit文件、Navisworks文件,简单易用,性能灵活,实现内外协同;所有数据均在服务器上,安全稳定,数据可靠,应用主机模块化、虚拟化,可随项目应用情况增减、拆分、组合,节约成本。
 
三、BIM深化设计
 
1、BIM模型建立
 
1)建筑模型采用工作集方式创建,在方案确定后,由多名建筑师联合,利用Revit Architecture共同完成项目的模型及图纸设计。建筑的三维模型和外立面弧形幕墙均可在Revit中清晰表达,在模型中实现参数化设计,可使用参数精准控制和调整构件的属性。
 
2)结构模型由结构工程师利用Vault平台进入建筑模型,使用PKPM完成结构施工图设计,再将图纸导入Revit Structure进行基础、梁、板、柱、剪力墙等结构构件的优化布置。
 
3)而后将建筑和结构模型提供给设备工程师,采用Revit MEP完成暖通、电气、给排水设计,通过建立水暖电系统视图样板,分别赋予各子系统材质、型号等参数信息,并提供完整的管道和设备信息统计表。建筑、结构、机电BIM模型如图2所示。  
 
图2 BIM模型
      
2、钢结构深化设计
 
本工程屋面钢架由桁架、水平连接杆件及连墙拉杆等组成,悬挑结构由5榀钢桁架支撑,最大悬挑距离16.45m。钢结构节点构造复杂,斜交网格施工技术要求高,钢构件种类较多,包含一些特殊类型构件,如劲性钢柱、型钢柱。按照传统加工方法难以满足精度要求。通过采用TeklaApp进行深化设计,建立钢结构三维模型(见图3),对钢构件全部进行三维数控加工,工厂预拼装后,再运至现场,根据三维模型坐标,进行坐标精确定位及位置复核,有效保证了安装精度。
 
图3 钢结构三维模型与深化设计
 
3、碰撞检查
 
本工程各专业管线走向错综复杂,通过对机电管线综合排布,将建筑、结构、机电模型导入Navisworks进行碰撞检查,通过设计问题报告书提交给各专业设计师进行优化设计和综合调整,提前发现各专业间的空间交叉与碰撞。在本工程中共发现并解决了591个硬碰撞问题,如图4所示。为使管道净空标高满足建筑功能需求,在各楼层间绘制净高限制天花板,利用App进行净高检查,在最大程度上提升空间高度。
 
图4 碰撞检查与优化
 
四、三维可视化引导施工
 
1、加工引导
 
本工程外立面为玻璃幕墙,部分幕墙造型复杂且曲率变化大。由于传统CAD技术的局限性,会增添幕墙材料损耗和增大施工难度。采用BIM技术对外立面幕墙进行参数化设计,幕墙曲面通过Revit体量进行绘制,再将体量曲面导入Revit中,使用建筑幕墙对曲面进行划分。BIM能提供幕墙模型数据信息,参数化建模可迅速完成幕墙的玻璃面板、竖挺、支座等零件的可视化实体模型,为幕墙的加工生产提供参考。
 
2、安装引导
 
幕墙安装过程复杂,零件和节点繁多,幕墙安装准确与否直接关系到结构受力分布和安全可靠度等问题。将Revit幕墙模型导入Navisworks,利用参数化设计技术生成幕墙施工三维坐标控制点,通过幕墙安装仿真模拟导出三维动画视频,可高度可视化引导幕墙现场施工,包括焊接下嵌臂连接、安装幕墙竖挺及幕墙板、螺栓安装上嵌臂、连接幕墙竖挺等过程(见图5)。
 
图5 幕墙安装仿真模拟
 
五、BIM在现场管理中的应用
 
1、进度管理
 
利用广联达BIM5D对项目实行施工段划分和创建进度计划,通过BIM5D模型,对施工进度进行查找、优化和控制。以天为时间间隔,按照计划进度和时间进度模拟实现整个工程项目的施工流程,同时动态追踪和分析计划进度与实际进度,自动生成各种进度计划表,精确掌控施工过程中任务分工和时间节点,实现对施工进度的动态管理。
 
2、三维场布
 
本工程施工场地狭小且现场施工人员多,利用广联达App进行三维场布(见图6),有效利用施工现场用地,提高场地利用率,合理规划现场施工区、办公区、材料区、加工区和生活区,优化工作面管理和材料堆放布置方案,保障现场运输和起吊畅通快捷,方便现场人员管理。利用三维场地模型进行虚拟演示,在施工前发现潜在安全隐患并予以排除,避免人工作业危险,提高工人的安全意识,从而降低工程事故。 
 
图6 三维场布
    
3、造价管理
 
工程造价管理中,工程量统计是最繁琐的一项工作。传统的工程算量基于二维图纸,需手算工程量。利用Revit建立的模型,通过材料明细表导出工程量清单(见图7),可显著缩短算量时间,提高工程算量准确度,方便控制和核算工程造价,同时可进行成本测算、中间计量、多算对比,在施工过程中对钢筋、混凝土等主材进行严格管控。  
 
图7 材料明细
 
结语 
 
BIM技术的应用有效解决了超高层建筑工程中的重难点问题,积累了BIM技术实际工程应用经验。
 
1)通过建立BIM信息化平台实现各专业协同设计,减少设计变更,提高出图效率,减少经济损失和缩短工期。
 
2)通过建立各专业BIM模型,实现钢结构深化设计,解决屋面钢结构施工困难,三维模型碰撞检查解决工程空间碰撞。
 
3)通过BIM技术进行参数化设计,三维可视化引导幕墙生产和施工,解决玻璃幕墙施工节点生产复杂和现场安装难度大等问题。
 
4)通过BIM技术在工程中进度管理、三维场布、造价管理等方面的应用,方便施工方精准控制工程进度和工程造价,实现现场施工集成化管理。
 
编辑概况:
 
范传祺,合肥工业大学土木与水利工程学院硕士研究生
 
关群,合肥工业大学土木与水利工程学院教授
 
李鹏飞,合肥工业大学土木与水利工程学院硕士研究生
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