【BIM应用】基于BIM的超高层钢结构工程的技术应用

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来源 |《安装》 

作者 |  张强  中国十七冶集团冶金工程技术公司



摘要:本文通过介绍BIM技术,分析本项目超高层钢结构的施工技术重点以及难点,引入BIM技术在超高层钢结构工程的整个过程的应用。通过结合实际具有针对性的把BIM技术应用于超高层钢结构工程的钢结构制作、钢结构安装、进度管理、质量管理等方面,取得了较好的效果,具有很好的示范作用。


随着我们国家经济和技术的发展,各个大城市地标建筑一座一座拔地而起, 超高层建筑的数量和高度都不断的增加,也使得超高层建筑施工技术难度也越来越高,先进的BIM技术的产生,为我们提供了很好的解决方案,而建筑行业革命性技术BIM发展趋势越来越强,越来越广,契合了超高层钢结构工程对施工技术综合性要求 。本文结合银川悦海湾五星级酒店超高层钢结构项目(建筑高度219.3m)的工程实际,阐述BIM在该项目的具体应用及实施,为类似工程提供经验和方法。


1、BIM概述


建筑信息模型(BIM)它是一种利用信息技术和数字模型对建设工程项目进行设计、施工、运营管理的方法,建筑行业把BIM视为CAD之后本行业的第二次革命。BIM包含三个方面的理解:建筑信息模型、建筑信息模型应用、建筑信息模型管理。


BIM是一种应用于工程设计建造管理的数字化工具,通过把各种专业的参数化模型整合在一起形成一个总的信息化数据模型,在项目设计、建造、运营和维护的全生命周期过程中进行共享和传递,使得工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效管理,为设计单位、施工单位、物资供应单位、 建设单位 、物业运营单位等各方提供协同工作的基础,可以在提高生产效率,节约成本和缩短工期等方面发挥重要作用。


但是,BIM不是简单的 把数字信息进行集成,而是一种数据的应用,是为设计、施工、运营和维护的数字化方法, 是一种建筑工程在其整个过程中的管理思想。它可以提高建筑工程中的信息化综合管理行为,减少风险、提高效率,节约成本。


BIM是一种由传统的二维思想向三维思想、多维思想的发展。对施工企业来说, 它是一种先进的综合性的施工技术。


2、BIM技术在超高层钢结构工程的应用


2.1 工程概况


银川悦海湾五星级铂金酒店是典型的超高层钢结构工程,建筑高度21.93m,主塔楼地下2层,地上43层,43层以上为大跨度穹顶结构,四周为多层裙房。


图1 悦海湾五星级酒店效果图


2.2 超高层钢结构施工的特点及难点 


本项目集中体现了超高层结构的特点:总工期紧,体量巨大,高度高,建设场地小,参与建设单位众多,涉及建筑、结构、机电、幕墙等多 个专业施工,综合管理施工难度 大。钢结构制作:钢结构工程量约20000t,钢结构构件数量大。钢结构主要材质Q390B,主要构件类型为箱型柱、钢管柱、H型焊接钢梁,钢结构连接采用高强度螺栓加焊接。建筑造型独特,钢结构连接节点复杂而多变,钢结构的制作难点多。


钢结构安装:高度大,大量构件垂直运输,构件安装精度要求高。


安全管理:超高层结构几乎全部为高空作业,多专业交叉,安全防护点多,范 围广,安全难度大。


质量管理:钢结构制作在工厂加工,运输至现场安装,实施过程环节众多,质量管理难度增大 。


2.3 BIM技术本项目超高层钢结构工程的施工应用


分析了以上的超高层钢结构的施工特点和难点问题,通过BIM技术以下这些方面有一定针对性的应用来提高功效,节约成本。


2.3.1 进行场地布置策划


在项目中, 进行实地考察建设地点和环境、气候等情况,结合设计、规范等资料, 建立3D场地施工模型,直观表现项目施工前期准备的、大临设置、临时道路、围挡设置、以及各类施工设施等。并且把项目施工过程分成各个施工阶段,通过直观图片和动态的视频向监理单位、业主单位表达了公司对本项目施工的总体把控,也使施工具有预见性可行性强的实施方案。


2.3.2 协助进度计划安排


通过建立的BIM钢结构模型,统计每个区段、每层的钢结构构件数量以及其他材 料,结合匹配的人力资源、机械资源数据,编制精细化的施工进度计划,考虑银川地区气候特点(冬休期无法施工),进行初期进度计划与资源配置模型以及在实际施工中,根据现场情况对BIM模型数据进行动态管理,取得了超高层钢结构施工的准确的资料。


图2 进度模拟


2.3.3 钢结构制作可视化交底


通过BIM模型,把复杂钢结构的构件每一个节点、零部件进行了动态视频和具有三维效果多角度图片,结合传统的CAD图和文字的交底方式,对施工班组进行技术交底,更加直观、清晰和准确,工人更容易理解和接受 。


2.3.4 钢结构安装方案比选以及钢结构安装工序模拟


在BIM信息模型中,加入塔吊机械模型布置,结合超高层钢结构钢柱分析表和机械性能表,结合钢结构安装工艺,准确直观反映了钢结构方案的实施思想,并且在机械吊装范围内可以精确查询和定位钢 结构的各种信息资料及技术要求, 高效确定实施方案的可行性以及安全性。


2.3.5 结构工程量以及安全防护设置材料工程量统计


提取出BIM模型中钢结构构件、安全设施按照材质分类 、分区、分层统计材料的工程量,更快捷的进行了钢结构资金和进度、安全管理等方面的控制,节约成本 。


图3 钢结构主材及安全设施工程量统计 


2.3.6 钢结构安装精确查询及构件信息查询


根据设计图纸应用BIM技术进行二次钢结构图纸深化设计,保证了钢结构框架钢柱体系从下到上,分段合理,并且准确计算出分段位置定位坐标和曲线弧度数,在BIM模型中直接选取就可以查询任意构件的数据信息,有效的指导了钢结构施工。在钢结构安装时,把现场实际获得的钢结构测量定位坐标输入BIM模型中,建立了另一个施工同步BIM模型,同时使用原有的BIM模型理论精确的定位信息做为指导数据,结合测量技术方案,在施工的过程中,更加准确的把控钢结构的安装精度和实际情况, 为其他专业提供更可靠的BIM模型。


2.3.7 二维码、BIM模型和项目管理系统结合


目前,手机等移动设备编辑和扫描二维码获取信息非常快捷和方便。超高层钢结构建设周期长、管理难点比较多、管理工作量大,而且项目施工过程是一个动态性的管理过程,管理工作复杂,参与单位与组织人员众多,必须及时有效进行重要的关于钢结构主体项目信息交流与沟通。通过实现把超高层钢结构的数据信息与施工过程的动态信息进行链接起来,把模型的数据信息文件、图片、通过二维码技术在移动通信设备链接实时调取和项目实时的施工反馈信息整合到三维模型中,不仅提高管理的手段,而且提高三维信息模型的价值,从中提高BIM技术的水平,实现节约成本的目标。我们的技术人员把BIM模型中获取的构件信息和制作过程的构件信息通过编辑二维码粘贴在构件统一拟定部位。构件进场后管理人员通过扫描轻松获取任意构件的信息资料,然后进入安装,把安装情况又编辑二维码信息,反馈到BIM模型管理人员处,通过项目管 理系统形成完整的管理过程。


2.3.8 钢结构工程出图


在建立并完成精确的BIM模型后,根据实际需要,按照总体布置、单体构件、零部件等钢结构制作、安装的需要,灵活打印出标准的三维参考图及平面图、立面图、剖面图、施工图。通过模型加图纸的方法与设计单位、监理单位、业主单位沟通协商出现问题的解决方案,更加准确和清晰发现图纸的设计问题、制作问题等,节约了相当多的沟通时间 。


3、BIM技术在超高层钢结构工程的实施

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