體育中心施工中的BIM應(yīng)用

      本文通過實例，結(jié)合預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)的特點，將 BIM技術(shù)應(yīng)用于工程施工管理，分別介紹了 BIM技術(shù)在體育場館場地布置、施工深化設(shè)計、施工安全控制、施工動態(tài)模擬、施工質(zhì)量控制和施工進度控制等方面的應(yīng)用，為類似工程施工管理提供參考。

項目背景

工程背景

體育館占地面積591.6畝，總建筑面積20萬平方米，可容納3.5萬人觀看比賽，集運動競賽、大型集會、國際展覽、文藝演出、音樂會、演藝中心于一體。體育館采用大型復(fù)雜索承網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，最大標高約45.2米，平面形狀接近橢圓形，結(jié)構(gòu)尺寸約263mx243m，中間有一個大的類橢圓形開口，開口尺寸約200mx129m。它具有受力復(fù)雜，施工技術(shù)含量高，施工管理難度大等特點。結(jié)果圖表，顯示了 BIM的整體結(jié)構(gòu)模型和結(jié)構(gòu)剖面圖。

BIM 應(yīng)用內(nèi)容

信息管理應(yīng)用內(nèi)容

1.應(yīng)用 BIM技術(shù)的必要性

本工程空間形態(tài)關(guān)系復(fù)雜，跨度大，懸挑長度大，受力復(fù)雜，預(yù)應(yīng)力張拉困難，施工中存在著許多困難和問題，如：施工過程是不可逆轉(zhuǎn)的，如何合理安排施工及進度；安裝多項，如何控制安裝質(zhì)量；施工過程中結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形狀態(tài)如何控制在安全范圍內(nèi)等。傳統(tǒng)的施工控制技術(shù)很難解決這一問題。

將 BIM技術(shù)、模擬分析技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)學科交叉，形成一整套適用于預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)施工的全過程施工控制與監(jiān)控技術(shù)，應(yīng)用于該工程施工項目管理，可確保結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量、進度與安全。

2.基于 BIM技術(shù)的工地布置方案

本體育館施工難度較大，施工前合理安排施工場地機械等施工資源尤為重要。運用 BIM可視化模型進行三維立體施工規(guī)劃，可以更加方便、準確地進行施工布局規(guī)劃，解決了二維場地布局難避免的問題。

在構(gòu)建良好的項目整體結(jié)構(gòu) BIM模型的基礎(chǔ)上，科學地進行生活區(qū)、鋼結(jié)構(gòu)加工區(qū)、物料倉庫、現(xiàn)場物料堆場、現(xiàn)場道路等施工場地三維立體規(guī)劃，能直觀地反映現(xiàn)場情況，減少施工用地，確?，F(xiàn)場交通通暢，方便施工人員管理，有效地避免了二次作業(yè)和事故發(fā)生。工程過程中場地布置模型圖與現(xiàn)場實際相對應(yīng)如圖所示。

3.基于 BIM的深化建筑設(shè)計

本運動場鋼結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力節(jié)點較復(fù)雜，設(shè)計單位提供的施工圖細度不夠，與現(xiàn)場施工有許多矛盾之處，需要進一步細化、優(yōu)化、完善。

利用 BIM技術(shù)，體育中心施工深化設(shè)計采用 BIM技術(shù)，根據(jù)深化設(shè)計需要，創(chuàng)建了一套包含大量信息的族文件，包括構(gòu)件尺寸、受力、材料、施工時間和順序、價格、企業(yè)信息等各種參數(shù)，其中有專門用于體育中心的耳板族、索夾族、索頭族、索體族和復(fù)雜節(jié)點族，根據(jù)創(chuàng)建的族文件可自動生成各專業(yè)的詳細施工圖紙，同時對各專業(yè)設(shè)計圖紙進行整合、協(xié)調(diào)、修改和校核，滿足現(xiàn)場施工和管理的需要。圖中顯示了已建立的部分

在結(jié)構(gòu)體系中，預(yù)應(yīng)力是通過索夾節(jié)傳遞的，因此索夾節(jié)設(shè)計的優(yōu)劣直接決定了受預(yù)應(yīng)力作用的效果。本運動場內(nèi)鋼拉索受力較大，需進行二次驗算，以保證結(jié)構(gòu)安全。

在 Ansys有限元軟件中引入所建立的索索夾模態(tài)模型進行彈塑性分析，既保證了力學分析模型與實際模型的一致性，又節(jié)省了二次建模時間。分析結(jié)果如圖所示。

四、 BIM技術(shù)在建筑安全管理中的應(yīng)用

近幾年來，建筑安全事故不斷發(fā)生，人們的防災(zāi)減災(zāi)意識大大增強，結(jié)構(gòu)監(jiān)測研究已成為國內(nèi)外的前沿課題之一。

在沒有預(yù)應(yīng)力作用前，運動中心是瞬態(tài)體系，由于預(yù)應(yīng)力作用而形成結(jié)構(gòu)體系。為及時了解預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工的荷載及工作狀態(tài)，設(shè)計了一套基于工程特點的三維可視化動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，對施工過程進行實時監(jiān)控，確保施工過程中結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)和變形狀態(tài)始終在安全范圍之內(nèi)。

研制的三維可視化動態(tài)監(jiān)測技術(shù)與傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)相比，具有可視化的特點，可在三維虛擬環(huán)境中漫游以直觀、形象的方式提前發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場各種潛在危險源，提供更加方便的方式查看被監(jiān)測地點的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，當某個監(jiān)測點的應(yīng)力或應(yīng)變超出預(yù)定范圍時，系統(tǒng)會自動采取報警提醒。

工程中的變形監(jiān)測點選取徑向梁的梁端和跨中位處20個，共有40個監(jiān)測點；應(yīng)力監(jiān)測點分布在環(huán)梁和徑向梁上，每個監(jiān)測點在梁的上下翼緣處各設(shè)一個正弦式應(yīng)變計。其具體監(jiān)測點布置情況見圖中所示

在圖表中顯示了體育中心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

體育場館三維視覺動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的界面如圖所示。

在某個特定時間點，環(huán)索應(yīng)力監(jiān)測如圖

5.基于 BIM技術(shù)的施工動態(tài)仿真

本運動場工程規(guī)模大，復(fù)雜程度高，預(yù)應(yīng)力施工難度大，為尋找最佳施工方案，方便施工項目管理，采用基于 BIM技術(shù)的4 D動態(tài)模擬施工，對不同的施工方案及施工方案進行對比，以求更直觀、準確地反映整個施工過程，有效縮短工期，降低成本，提高質(zhì)量。

建筑模擬的實現(xiàn)過程是建筑工程計劃書、 Revit三維模型和 Navisworks建筑動態(tài)模擬軟件結(jié)合時間(時間節(jié)點)、空間(運動軌跡)和構(gòu)件屬性信息(材料費、人工費等)進行組合的過程，它們之間的相互關(guān)系見圖，體育中心建筑動態(tài)模擬的最終四維動畫截圖。

6. BIM技術(shù)在安裝質(zhì)量控制方面的應(yīng)用

對于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力關(guān)鍵節(jié)點的安裝質(zhì)量關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性。施工質(zhì)量不合格，輕則會造成預(yù)應(yīng)力損失，影響結(jié)構(gòu)的受力形式，重則會造成整個結(jié)構(gòu)的破壞。

在本項目中， BIM技術(shù)在工程安裝質(zhì)量控制中的應(yīng)用主要包括兩個方面：

首先，要控制關(guān)鍵部位如索夾頭、調(diào)節(jié)端索頭等的加工質(zhì)量；其次，要控制施工質(zhì)量，如安裝部位焊接是否符合要求，螺釘是否緊固，安裝位置是否正確。

以族文件的關(guān)鍵部位與工廠加工構(gòu)件進行對比，檢查加工構(gòu)件的外形、尺寸等是否符合加工要求。BIM模型與固定端索頭實際構(gòu)件的對比見圖。

本工程關(guān)鍵節(jié)點預(yù)應(yīng)力安裝復(fù)雜，采用 BIM模型或關(guān)鍵部位安裝動畫來指導(dǎo)安裝工作，可有效控制安裝質(zhì)量。通過與現(xiàn)場實際安裝的對比，可以看出環(huán)索-徑索夾節(jié)點的安裝模式如圖所示。

鋼索對接安裝模式與現(xiàn)場實際安裝對比見圖

7. BIM技術(shù)在工程進度控制中的應(yīng)用

過去工程項目管理中存在的最大問題是協(xié)作效率不高，據(jù)一項研究表明，工程項目進度超過20%時，協(xié)作就會失去效率。本運動中心采用基于3D的 BIM溝通語言，協(xié)同平臺，采用施工進度模擬，結(jié)合現(xiàn)場 BIM技術(shù)和移動智能終端的拍攝，提高問題溝通的效率，最大限度地保證施工進度目標的實現(xiàn)。

施工進度模擬時，一是能直觀地檢查實際進度是否符合計劃要求；二是若由于某種原因造成工期偏離，可分析原因，采取補救措施或調(diào)整、修改原計劃，以確保總進度目標的實現(xiàn)。屋面施工進度如圖所示。

通過無線移動終端、 WEB (World Wide Web全球 WAN)和 RFID (Radio Frequency Identification WF RFID)等技術(shù)，將整個流程與 BIM模式結(jié)合起來，實現(xiàn)了現(xiàn)場日常施工進度管理，避免了某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題而影響施工進度。

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