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BIM技術的關鍵力量是:快速建立BIM全局觀

  • 日期:2018-11-28

 BIM是工具,是建筑信息化模型,BIM又不僅僅充當一個工具的角色,從設計出圖、施工、運營、物業裝修等,BIM通過富含各類信息的三維模型對工程全程進行管理。

掌握BIM,只學會使用工具是不夠的,BIM貫穿了建筑生命全周期,它穿針引線的作用決定了BIM整體價值,同時也決定了BIM從業人的價值。會翻模的BIMer和懂全工程的BIMer,職位不同,能力和收入均不同。掌握BIM,就要掌握BIM的關鍵力量:建立BIM全局觀。
何為BIM全局觀?指掌握BIM貫穿建筑全生命周期的作用。有人將BIM應用分為三層級:模型,模型+互聯網,模型+數據+互聯網。BIM的全局,就是用模型+數據+互聯網,賦能建筑生命的每一個環節。
隨著BIM的傳播,使用BIM技術的項目成果逐漸呈現在大眾的視野。有的部分使用BIM技術,有的實現了BIM全參與。隨著從業者對BIM技術的深入探索,掌握BIM技術在全建筑生命周期的作用,不僅是為了適應未來職業需求,同時也符合我國現代化人才的培養目標。
BIM在建筑全周期的運用,舉例說明:
中國尊

中國尊位于北京市商務中心的核心,是北京市最高的地標建筑,用地面積11478平方米,總建筑面積43.7萬平方米,其中地上35萬平方米,地下8.7萬平方米,建筑總高528米,建筑層數地上108層、地下7層(不含夾層)。于2013年7月開工。
BIM技術在中國尊項目的應用與管理:
中國尊的建筑信息模型構建、模型應用和模型信息管理這三個維度由業主、設計、施工三方全體參與,在設計施工運營全過程中應用BIM技術。
一、BIM+深化設計上,中國尊項目與其他項目有兩點顯著不同:
(1)直接采用三維建模軟件進行深化設計,先有模型,圖紙由模型導出,而非先二維設計再三維翻模。
(2)協同方式由各專業之間的協同變成了各區域之間的協同,每個工程師需要對自己負責的樓層、區域范圍內的多有專業進行綜合排布。各工程師進行的是各區域間的接口協調。與各專業間的協同相比,這種方式能從整體上進行規劃,從更高的角度對全專業進行方案統籌。
二、BIM+工廠化預制加工
垂直運輸是超高層施工的重難點,中國尊施工現場幾乎沒有機電加工的場地。為了解決這一難題,項目使用BIM技術輔助工廠化預制加工。首先完成定位準確的三維施工模型,然后在工廠中按模型進行預制加工并編號,到現場后,根據編號將材料快速準確的運輸到指定的樓層和位置,現場根據編號進行拼裝,只進行少量的拼裝。這樣現場加工量減少,隨之產生的建筑垃圾也減少,從而減輕二次運輸的壓力。
中國尊在多個專業和區域使用BIM+工廠化預制,如:
部分豎井內管道(空調水、給排水、消防水等)采用預制立管施工技術,預先在工廠內制作成各組單元節,在結構施工的同時進行安裝。
各標準層空調機房排布方案類似,將空調機組進出口處的水管閥門管件做成預制模塊,減少現場焊接作業。
各標準層弱電間,橋架排布復雜且異形構件多,在工廠根據BIM模型預制異形件并將各構件編號,現場不再進行橋架切割加工。
窗臺一體化系統的窗臺板采用BIM模型與現場測量結合的方式,在工廠完成定制。
蓄冰機房弧形區域管道采用工廠預制弧形管,不僅美觀也減少了大量焊縫,降低了施工難度。
三、BIM+三維激光掃描
機電安裝,中國尊采用三維激光掃描儀進行現場掃描,機器掃描具有數據信息完整,無遺漏,精度高的優點,軟件通過將現場點云模型和施工模型做分析比較,可以生成各種可視化的圖表,方便管理者迅速發現問題,及時制定應對策略。生成的色譜分析圖根據偏差大小的不同,在模型上顯示不同的顏色,管理者可以根據偏差的范圍,偏差的大小,采取不同的措施,來消除誤差。
在機電管線安裝前,對土建結構進行三維掃描,規避風險。對偏差較小的區域,可以通過施工交底,加強機電施工精度或者協調土建、裝飾專業共同吸收誤差。對無法吸收誤差的,需要事先調整深化設計方案,修改管線路由,避免因為現場條件與設計不符造成的機電拆改。
在機電管線安裝后,對機電管線進行掃描和質量管控。掃描確定重要設備和閥門的現場安裝位置與施工模型位置一致,方便后期運維。分析機電管線安裝完成后的實際最低標高,避免因安裝精度不夠造成吊頂標高降低,提升建筑的品質。
四、基于BIM技術的質量管理
中國尊的BIM技術管理有三個一致:“模型與圖紙一致,模型與圖紙提交時間一致,模型與現場一致”。為了達成這一目標,中國尊的BIM技術管理從設計、施工及驗收三個維度進行質量管理。
設計質量管控
中國尊的BIM模型首先由機電總包完成綜合管線排布并自審,然后由深化設計顧問單位對模型排布方案提出優化建議,由BIM顧問單位對模型規范性作出審核(如命名、屬性、碰撞等),接著由施工總包結合其分包專業模型(土建、鋼構、裝飾等)進行綜合協調,最后報送設計院審核。
每個步驟根據實際需要均有反復協調的情況,這樣各方從不同角度對模型進行優化后,從設計上確保模型的高質量。
施工質量管控
在施工之前對技術員及現場班組長就復雜區域進行三維模型交底,并與現場施工隨時保持緊密聯系,及時糾正因現場條件導致的模型無法施工的問題。同時對現場勞務隊加強管理,嚴格要求按圖、按模型施工,合理安排工序,禁止因自身方便隨意施工而影響其他專業。
驗收質量管控
為確保模型與現場的一致性,中國尊采用定期和不定期現場巡檢的方式,在施工過程中,由業主、施工總包、機電總包、BIM顧問、監理組成聯合巡檢,手持移動設備查看BIM模型,比對模型與施工現場的一致性。
機電總包及其分包單位、監理也各自組織人員進行不定期的巡檢。對于發現模型與現場不一致處,根據實際情況要求現場整改或模型整改保持兩者一致。
除人工巡檢外,在機電安裝完成后,采用三維激光掃描技術對現場進行還原,在軟件中對模型和現場進行對比。
這樣通過人工和三維掃描技術檢驗,中國尊做到模型與現場基本一致。
港珠澳大橋

港珠澳大橋連接香港、澳門、珠海,是目前世界上最長的跨海大橋,港珠澳大橋開通儀式于2018年10月23日上午在廣東珠海舉行。正式通車后,港珠澳將形成“一小時生活圈”,廣闊的伶仃洋,將由天塹變為通途。
BIM技術在港珠澳大橋的應用與管理:
BIM技術在設計階段主要有路線設計、BIM多專業協同設計、BIM模型出圖、設計方案論證等多個方向的應用。
1.路線線形設計
項目組將Autodesk Revit軟件與中交二公院自主研發的路線專家系統結合,利用路線專家系統的平面坐標、縱斷面高程以及坡度計算等功能,生成用于Autodesk Revit建模的路線數據,采取二次開發的手段,實現隧道路線三維實體的自動創建。
2.BIM多專業協同設計
拱北隧道BIM建模項目由結構專業、交通工程專業、防排水工程專業及路基路面專業等四大專業協同設計完成。由于組成全專業拱北隧道BIM模型的構件較多,項目組建立企業級BIM構件管理系統,并將全部構件導入管理系統,形成中交二公院自主知識產權,為項目組協同管理、快速建立BIM模型起到積極作用。
3.BIM隧道設計流程
拱北隧道設計可以分為兩類:工作井和特殊段建模,其BIM建模的主要流程有項目模板、標準構件、路線線形、橫斷面、管幕及附屬構造,最后形成BIM設計成果。
4.BIM模型與出圖
基于以上步驟,項目組完成了凍結曲線管幕、暗挖開挖斷面345平方米拱北隧道BIM模型,以及東、西兩側工作井和周邊主要建筑物拱北口岸BIM模型。通過BIM三維可視化直觀的展示方式,有效解決項目挑戰多部門協調難度大的問題。根據拱北隧道BIM模型出圖,工作井施工圖、襯砌施工圖、管幕施工布置圖等。
5.工作井選址方案
采用三維BIM模型與實景照片相結合的方法,對避免口岸建筑拆遷、工作井進入澳門界內等問題,提供了論證方案。
6.BIM三維設計平臺與有限元分析系統集成
通過軟件二次開發,實現在BIM建模軟件中導出工作井計算模型,與大型有限元分析軟件結合,對圍護結構進行三維仿真受力分析。從基坑開挖階段到暗挖破墻階段的坑內水平形變、豎向彎矩分析,計算結果變形最大值為14.2mm,出現在開挖面中下部,最大彎矩699KN·m ,最大負彎矩-984KN·m,均滿足設計要求。
BIM技術在施工階段主要應用有建立暗挖段BIM施工模型、施工進度管理、漫游與工序模擬。
1.暗挖段BIM施工模型
隧道暗挖段為保證施工安全,開挖斷面共劃分5個臺階15個分區,臺階高度約3.8m左右,長度約5m左右,主體結構以及支護構造物較為復雜。暗挖段BIM施工模型包含 初期支護、二次襯砌、三次襯砌,分為先仰拱、側墻及中板、最后拱部、臨時支撐、袖閥管劈裂注漿管,完成暗挖段全部模型后,可用于施工各個管理段。
2.施工進度管理
拱北隧道項目工期要求嚴格,在總體進度控制框架下,由施工單位在征求各單位的意見后,編制總體進度計劃;然后利用軟件強大的數據整合功能,將總體進度計劃與BIM施工模型各構件相互關聯,采用軟件二次開發方式,實現拱北隧道施工進度管理系統。
施工進度管理系統,整合工程項目各單位計劃進度信息,在施工過程中重點監控進度執行情況,協助總體單位完成進度的動態控制,當系統采集的進度執行情況與計劃情況不一致的時候,系統會主動提示并持續跟蹤和反饋;4D施工模擬更是以可視化的方式,向眾多參與方,集成展示整個項目的總體進度情況,嚴格控制工期起到重要作用。
3.漫游與工序模擬
拱北隧道工程復雜,主要對復雜工點進行工序模擬,利用游戲引擎強大的展示功能,制作三維施工工序模擬,可以直觀瀏覽、檢查和方案的修改,有效應對拱北隧道工程項目工序復雜的挑戰。
五、項目創新
經過充分的調研和專家咨詢,項目組針對拱北凍結法施工,結合BIM技術特點,制定了管幕凍結設計方案,開發了管幕溫度監控系統。為配合暗挖施工,凍結管幕橫斷面上分為A,B1,B2,B3,C五個區。為控制土體的凍脹效應,采用控制性凍結施工,并在凍結A區及局部敏感區域采用注漿改良凍結法。同時,分別在各區安裝溫度傳感器,以便掌控溫度的變化情況。
拱北隧道凍結法管幕溫度監控系統,首先需要建立凍結管、監測點BIM模型。然后,對監測點進行編號,將溫度采集數據與BIM模型構件關聯。管幕溫度監控系統,實現溫度數據關聯、溫度變化趨勢查詢、溫度預警以及風險定位等功能。相對于傳統模式,基于BIM技術的管幕溫度監控系統可以結合三維模型對于歷史數據、監測點位置等多個方面進行綜合分析,可以更加準確、及時定位于風險的位置,使項目的安全與質量得到提升。
從上述兩例中,BIM的深入應用,須建立在高質量的模型基礎上。這個“高質量”不僅僅指模型的深度,也包括了設計人員在模型創建時體現出的專業知識和施工經驗。BIM從業人員需要不斷累積經驗,才能為項目提供更有力的技術支持。
BIM在大型工程中的作用非常顯著,節省工期、節約資源,而近年各地也多次發文,綠色建筑、智慧城市等詞頻頻提出,BIM作為滿足當下國情需要的建造技術,必將在越來越多的項目中彰顯其價值。而BIM從業者在定位未來時,BIM全局觀是關鍵。
要想引領未來,BIM從業者不妨多分析多思考,是否匹配BIM鏈條上的業務需求,有何優勢與不足,針對性地學習積累,也不妨多關注一些BIM應用的項目,為將來實踐累積知識。
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