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    BIM技术的关键力量是:快速建立BIM全局观

    • 日期:2018-11-28

     BIM是工具,是建筑信息化模型,BIM又不仅仅充当一个工具的角色,从设计出图、施工、运营、物业装修等,BIM通过富含各类信息的三维模型对工程全程进行管理。

    掌握BIM,只学会使用工具是不够的,BIM贯穿了建筑生命全周期,它穿针引线的作用决定了BIM整体价值,同时也决定了BIM从业人的价值?;岱5腂IMer和懂全工程的BIMer,职位不同,能力和收入均不同。掌握BIM,就要掌握BIM的关键力量:建立BIM全局观。
    何为BIM全局观?指掌握BIM贯穿建筑全生命周期的作用。有人将BIM应用分为三层级:模型,模型+互联网,模型+数据+互联网。BIM的全局,就是用模型+数据+互联网,赋能建筑生命的每一个环节。
    随着BIM的传播,使用BIM技术的项目成果逐渐呈现在大众的视野。有的部分使用BIM技术,有的实现了BIM全参与。随着从业者对BIM技术的深入探索,掌握BIM技术在全建筑生命周期的作用,不仅是为了适应未来职业需求,同时也符合我国现代化人才的培养目标。
    BIM在建筑全周期的运用,举例说明:
    中国尊

    中国尊位于北京市商务中心的核心,是北京市最高的地标建筑,用地面积11478平方米,总建筑面积43.7万平方米,其中地上35万平方米,地下8.7万平方米,建筑总高528米,建筑层数地上108层、地下7层(不含夹层)。于2013年7月开工。
    BIM技术在中国尊项目的应用与管理:
    中国尊的建筑信息模型构建、模型应用和模型信息管理这三个维度由业主、设计、施工三方全体参与,在设计施工运营全过程中应用BIM技术。
    一、BIM+深化设计上,中国尊项目与其他项目有两点显著不同:
    (1)直接采用三维建模软件进行深化设计,先有模型,图纸由模型导出,而非先二维设计再三维翻模。
    (2)协同方式由各专业之间的协同变成了各区域之间的协同,每个工程师需要对自己负责的楼层、区域范围内的多有专业进行综合排布。各工程师进行的是各区域间的接口协调。与各专业间的协同相比,这种方式能从整体上进行规划,从更高的角度对全专业进行方案统筹。
    二、BIM+工厂化预制加工
    垂直运输是超高层施工的重难点,中国尊施工现场几乎没有机电加工的场地。为了解决这一难题,项目使用BIM技术辅助工厂化预制加工。首先完成定位准确的三维施工模型,然后在工厂中按模型进行预制加工并编号,到现场后,根据编号将材料快速准确的运输到指定的楼层和位置,现场根据编号进行拼装,只进行少量的拼装。这样现场加工量减少,随之产生的建筑垃圾也减少,从而减轻二次运输的压力。
    中国尊在多个专业和区域使用BIM+工厂化预制,如:
    部分竖井内管道(空调水、给排水、消防水等)采用预制立管施工技术,预先在工厂内制作成各组单元节,在结构施工的同时进行安装。
    各标准层空调机房排布方案类似,将空调机组进出口处的水管阀门管件做成预制???,减少现场焊接作业。
    各标准层弱电间,桥架排布复杂且异形构件多,在工厂根据BIM模型预制异形件并将各构件编号,现场不再进行桥架切割加工。
    窗台一体化系统的窗台板采用BIM模型与现场测量结合的方式,在工厂完成定制。
    蓄冰机房弧形区域管道采用工厂预制弧形管,不仅美观也减少了大量焊缝,降低了施工难度。
    三、BIM+三维激光扫描
    机电安装,中国尊采用三维激光扫描仪进行现场扫描,机器扫描具有数据信息完整,无遗漏,精度高的优点,软件通过将现场点云模型和施工模型做分析比较,可以生成各种可视化的图表,方便管理者迅速发现问题,及时制定应对策略。生成的色谱分析图根据偏差大小的不同,在模型上显示不同的颜色,管理者可以根据偏差的范围,偏差的大小,采取不同的措施,来消除误差。
    在机电管线安装前,对土建结构进行三维扫描,规避风险。对偏差较小的区域,可以通过施工交底,加强机电施工精度或者协调土建、装饰专业共同吸收误差。对无法吸收误差的,需要事先调整深化设计方案,修改管线路由,避免因为现场条件与设计不符造成的机电拆改。
    在机电管线安装后,对机电管线进行扫描和质量管控。扫描确定重要设备和阀门的现场安装位置与施工模型位置一致,方便后期运维。分析机电管线安装完成后的实际最低标高,避免因安装精度不够造成吊顶标高降低,提升建筑的品质。
    四、基于BIM技术的质量管理
    中国尊的BIM技术管理有三个一致:“模型与图纸一致,模型与图纸提交时间一致,模型与现场一致”。为了达成这一目标,中国尊的BIM技术管理从设计、施工及验收三个维度进行质量管理。
    设计质量管控
    中国尊的BIM模型首先由机电总包完成综合管线排布并自审,然后由深化设计顾问单位对模型排布方案提出优化建议,由BIM顾问单位对模型规范性作出审核(如命名、属性、碰撞等),接着由施工总包结合其分包专业模型(土建、钢构、装饰等)进行综合协调,最后报送设计院审核。
    每个步骤根据实际需要均有反复协调的情况,这样各方从不同角度对模型进行优化后,从设计上确保模型的高质量。
    施工质量管控
    在施工之前对技术员及现场班组长就复杂区域进行三维模型交底,并与现场施工随时保持紧密联系,及时纠正因现场条件导致的模型无法施工的问题。同时对现场劳务队加强管理,严格要求按图、按模型施工,合理安排工序,禁止因自身方便随意施工而影响其他专业。
    验收质量管控
    为确保模型与现场的一致性,中国尊采用定期和不定期现场巡检的方式,在施工过程中,由业主、施工总包、机电总包、BIM顾问、监理组成联合巡检,手持移动设备查看BIM模型,比对模型与施工现场的一致性。
    机电总包及其分包单位、监理也各自组织人员进行不定期的巡检。对于发现模型与现场不一致处,根据实际情况要求现场整改或模型整改保持两者一致。
    除人工巡检外,在机电安装完成后,采用三维激光扫描技术对现场进行还原,在软件中对模型和现场进行对比。
    这样通过人工和三维扫描技术检验,中国尊做到模型与现场基本一致。
    港珠澳大桥

    港珠澳大桥连接香港、澳门、珠海,是目前世界上最长的跨海大桥,港珠澳大桥开通仪式于2018年10月23日上午在广东珠海举行。正式通车后,港珠澳将形成“一小时生活圈”,广阔的伶仃洋,将由天堑变为通途。
    BIM技术在港珠澳大桥的应用与管理:
    BIM技术在设计阶段主要有路线设计、BIM多专业协同设计、BIM模型出图、设计方案论证等多个方向的应用。
    1.路线线形设计
    项目组将Autodesk Revit软件与中交二公院自主研发的路线专家系统结合,利用路线专家系统的平面坐标、纵断面高程以及坡度计算等功能,生成用于Autodesk Revit建模的路线数据,采取二次开发的手段,实现隧道路线三维实体的自动创建。
    2.BIM多专业协同设计
    拱北隧道BIM建模项目由结构专业、交通工程专业、防排水工程专业及路基路面专业等四大专业协同设计完成。由于组成全专业拱北隧道BIM模型的构件较多,项目组建立企业级BIM构件管理系统,并将全部构件导入管理系统,形成中交二公院自主知识产权,为项目组协同管理、快速建立BIM模型起到积极作用。
    3.BIM隧道设计流程
    拱北隧道设计可以分为两类:工作井和特殊段建模,其BIM建模的主要流程有项目模板、标准构件、路线线形、横断面、管幕及附属构造,最后形成BIM设计成果。
    4.BIM模型与出图
    基于以上步骤,项目组完成了冻结曲线管幕、暗挖开挖断面345平方米拱北隧道BIM模型,以及东、西两侧工作井和周边主要建筑物拱北口岸BIM模型。通过BIM三维可视化直观的展示方式,有效解决项目挑战多部门协调难度大的问题。根据拱北隧道BIM模型出图,工作井施工图、衬砌施工图、管幕施工布置图等。
    5.工作井选址方案
    采用三维BIM模型与实景照片相结合的方法,对避免口岸建筑拆迁、工作井进入澳门界内等问题,提供了论证方案。
    6.BIM三维设计平台与有限元分析系统集成
    通过软件二次开发,实现在BIM建模软件中导出工作井计算模型,与大型有限元分析软件结合,对围护结构进行三维仿真受力分析。从基坑开挖阶段到暗挖破墙阶段的坑内水平形变、竖向弯矩分析,计算结果变形最大值为14.2mm,出现在开挖面中下部,最大弯矩699KN·m ,最大负弯矩-984KN·m,均满足设计要求。
    BIM技术在施工阶段主要应用有建立暗挖段BIM施工模型、施工进度管理、漫游与工序模拟。
    1.暗挖段BIM施工模型
    隧道暗挖段为保证施工安全,开挖断面共划分5个台阶15个分区,台阶高度约3.8m左右,长度约5m左右,主体结构以及支护构造物较为复杂。暗挖段BIM施工模型包含 初期支护、二次衬砌、三次衬砌,分为先仰拱、侧墙及中板、最后拱部、临时支撑、袖阀管劈裂注浆管,完成暗挖段全部模型后,可用于施工各个管理段。
    2.施工进度管理
    拱北隧道项目工期要求严格,在总体进度控制框架下,由施工单位在征求各单位的意见后,编制总体进度计划;然后利用软件强大的数据整合功能,将总体进度计划与BIM施工模型各构件相互关联,采用软件二次开发方式,实现拱北隧道施工进度管理系统。
    施工进度管理系统,整合工程项目各单位计划进度信息,在施工过程中重点监控进度执行情况,协助总体单位完成进度的动态控制,当系统采集的进度执行情况与计划情况不一致的时候,系统会主动提示并持续跟踪和反??;4D施工模拟更是以可视化的方式,向众多参与方,集成展示整个项目的总体进度情况,严格控制工期起到重要作用。
    3.漫游与工序模拟
    拱北隧道工程复杂,主要对复杂工点进行工序模拟,利用游戏引擎强大的展示功能,制作三维施工工序模拟,可以直观浏览、检查和方案的修改,有效应对拱北隧道工程项目工序复杂的挑战。
    五、项目创新
    经过充分的调研和专家咨询,项目组针对拱北冻结法施工,结合BIM技术特点,制定了管幕冻结设计方案,开发了管幕温度监控系统。为配合暗挖施工,冻结管幕横断面上分为A,B1,B2,B3,C五个区。为控制土体的冻胀效应,采用控制性冻结施工,并在冻结A区及局部敏感区域采用注浆改良冻结法。同时,分别在各区安装温度传感器,以便掌控温度的变化情况。
    拱北隧道冻结法管幕温度监控系统,首先需要建立冻结管、监测点BIM模型。然后,对监测点进行编号,将温度采集数据与BIM模型构件关联。管幕温度监控系统,实现温度数据关联、温度变化趋势查询、温度预警以及风险定位等功能。相对于传统模式,基于BIM技术的管幕温度监控系统可以结合三维模型对于历史数据、监测点位置等多个方面进行综合分析,可以更加准确、及时定位于风险的位置,使项目的安全与质量得到提升。
    从上述两例中,BIM的深入应用,须建立在高质量的模型基础上。这个“高质量”不仅仅指模型的深度,也包括了设计人员在模型创建时体现出的专业知识和施工经验。BIM从业人员需要不断累积经验,才能为项目提供更有力的技术支持。
    BIM在大型工程中的作用非常显著,节省工期、节约资源,而近年各地也多次发文,绿色建筑、智慧城市等词频频提出,BIM作为满足当下国情需要的建造技术,必将在越来越多的项目中彰显其价值。而BIM从业者在定位未来时,BIM全局观是关键。
    要想引领未来,BIM从业者不妨多分析多思考,是否匹配BIM链条上的业务需求,有何优势与不足,针对性地学习积累,也不妨多关注一些BIM应用的项目,为将来实践累积知识。
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