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      BIM技術(shù)在援塞內(nèi)加爾摔跤館施工中的應(yīng)用

      2019-08-12 05:04:22張明亮1劉著群3劉兆榮3張業(yè)豪3
      土木建筑工程信息技術(shù) 2019年4期
      關(guān)鍵詞:交底桁架鋼結(jié)構(gòu)

      張明亮1, 2 劉著群3 劉兆榮3 張業(yè)豪3 劉 維

      (1.湖南建工集團(tuán)有限公司,長沙 410004; 2.湖南省建筑施工技術(shù)研究所,長沙 410004;3.湖南省第六工程有限公司,長沙 410015)

      BIM(Building Information Modeling)技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點,是傳統(tǒng)建造模式與信息技術(shù)的結(jié)合物,建造過程中的各種信息、主輔材用量、工藝過程、造價甚至力學(xué)特征等都能在模型里表達(dá),還可以通過真實性模擬和建筑可視化來更好地溝通,以便讓項目各方了解工期、現(xiàn)場實時情況、成本和環(huán)境影響等項目基本信息。BIM技術(shù)越來越受到項目建設(shè)各方的認(rèn)可與接受,部分省市建設(shè)主管部門更出臺了相關(guān)的BIM技術(shù)應(yīng)用政策要求。本文根據(jù)BIM技術(shù)的特點,結(jié)合援塞內(nèi)加爾摔跤館建設(shè)工程的實際施工情況,從鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計與施工、機(jī)電安裝、裝飾裝修以及BIM5D管控平臺等方面進(jìn)行了介紹。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用,取得了較好的經(jīng)濟(jì)與社會效益,對類似工程的BIM技術(shù)應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

      1 工程概況

      塞內(nèi)加爾競技摔跤場項目是中國政府“一帶一路”援建項目,工程地點位于塞內(nèi)加爾共和國首都達(dá)喀爾市皮金區(qū)內(nèi),總建筑面積約1.8萬m2,場館地上三層。摔跤管由南向、北向、西向三部分看臺組成,可同時容納2萬名觀眾全方位、全視角觀看比賽。屋蓋罩棚結(jié)構(gòu)為空間管桁架結(jié)構(gòu),中間高兩邊底,中間寬兩邊窄; 鋼結(jié)構(gòu)罩棚最高點高度50.5m,縱向跨度為206.9m,橫向跨度45mm,向外呈現(xiàn)為“金腰帶”的形狀,是西非地區(qū)跨度最大、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的鋼桁架結(jié)構(gòu)工程。工程效果圖如圖1所示。

      圖1 工程效果圖

      2 施工難點特點

      本工程的施工難點特點主要為:

      (1)結(jié)構(gòu)新穎獨特,加工難度大:前拱主桁架為疊層桁架,截面為倒梯形,沿南北方向布置,跨度約209m,拱高50m,主桁架上邊長約4m,下邊長約8m,高度約4m,支承于基礎(chǔ)混凝土支座上。后拱主桁架為倒三角桁架,沿南北布置,跨度約250m,拱高約28m,支承在西看臺8個勁性混凝土鋼柱上。鋼結(jié)構(gòu)桿件數(shù)量種類多(2 600多件),曲率半徑各不相同,冷彎加工難度很大。屋面管桁架管材為無縫鋼管,管材規(guī)格共計達(dá)17種。

      (2)施工現(xiàn)場條件復(fù)雜,拼裝難度大、焊接量大:現(xiàn)場多為沙地,施工場地狹小,導(dǎo)致拼裝難度很大。

      (3)現(xiàn)場氣候環(huán)境差,施工難度大:項目地處達(dá)喀爾熱帶海洋氣候帶中,全年分旱季、雨季; 常年風(fēng)速較大,施工氣候環(huán)境較差; 在施工期間,為確保工程質(zhì)量,需做大量防風(fēng)、防雨措施,給現(xiàn)場施工帶來了很大難度。

      (4)吊裝工況多,高空焊接量大:主次桁架49榀,每榀重量、長度、吊裝位置各異; 高空對接、精準(zhǔn)就位,難度大; 高空焊接工程量大,全位置焊接難度大。

      (5)屋面及風(fēng)檐板系統(tǒng)為雙曲面,加工安裝技術(shù)要求高、難度大:屋面展開面積約1.15萬m2,呈空間曲面,暗扣式直立鎖邊屋面板; 屋面T型支座安裝需采用全站儀放線放點,安裝技術(shù)要求高、安裝難度大。前后拱封檐系統(tǒng)為雙曲面空間立體結(jié)構(gòu),封檐板加工安裝技術(shù)要求高,施工難度很大。

      (6)施工管理難度大:專業(yè)齊全,技術(shù)要求高,各類專業(yè)施工單位多,施工區(qū)域和施工內(nèi)容眾多,施工工序搭接頻繁,現(xiàn)場立體交叉作業(yè)普遍,在同一區(qū)域存在大量交叉作業(yè)現(xiàn)象,需要合理安排施工順序和部位,作好項目協(xié)調(diào)配合工作[1-4]。

      3 BIM技術(shù)應(yīng)用

      本工程在施工前建立了BIM模型并利用BIM技術(shù)對鋼結(jié)構(gòu)的施工方案進(jìn)行比選、鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計加工、安裝工程與裝飾裝修工程深化設(shè)計、材料管控來解決施工技術(shù)與成本上的問題,通過施工方案模擬交底及BIM5D平臺管理來解決我方與塞內(nèi)加爾雙方人員之間的溝通及現(xiàn)場管理問題。

      3.1 施工方案比選

      本工程罩棚鋼拱架及次桁梁安裝最大高度分別為50.46m、28.75m,主拱、后拱及次桁架共約820t,結(jié)構(gòu)桿件數(shù)量眾多,自重較大,一般可采用分段提升法、液壓同步提升法、高空散裝法進(jìn)行施工。針對以上三種施工方法,項目技術(shù)人員利用BIM技術(shù)進(jìn)行模擬,對比分析,考慮到項目的工期、場布、安全、成本、施工質(zhì)量等客觀因素后,最終選用工期有保障、成本合理的分段吊裝法進(jìn)行施工(圖2)。

      圖2 施工場布BIM模型

      3.2 鋼結(jié)構(gòu)深化加工

      3.2.1 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點深化設(shè)計

      通過創(chuàng)建鋼結(jié)構(gòu)的BIM模型,對鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部節(jié)點進(jìn)行設(shè)計,并自動生成鋼結(jié)構(gòu)深化節(jié)點詳圖,用于構(gòu)件工廠加工下料。

      3.2.2 CNC自動化加工

      將BIM深化設(shè)計完后的模型導(dǎo)出CNC文件,用于相貫線生產(chǎn),解決了傳統(tǒng)手工切割無法保證空間彎管相貫線精確放樣和焊接坡口的準(zhǔn)確制作難題,保證了空間管桁架的準(zhǔn)確定位和制作精度(圖3)。

      (a)CNC加工圖

      (b)構(gòu)件切割成品圖3 鋼桁架構(gòu)件下料

      3.2.3 勁性鋼柱預(yù)留孔

      根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙建立勁性鋼柱復(fù)雜節(jié)點模型,同時布上鋼筋模型,分析可能存在的碰撞點,將預(yù)留孔位置導(dǎo)入CNC自動加工機(jī)床。在型鋼上設(shè)置鋼筋預(yù)留洞口,來確定梁柱節(jié)點的鋼筋擺放位置與交叉焊接點(圖4)。

      圖4 勁性鋼柱節(jié)點模型

      3.3 施工技術(shù)三維模擬交底

      本項目現(xiàn)場施工人員由中國和塞內(nèi)加爾兩國人員組成,工作中的語言溝通成為本項目的一大難點。項目技術(shù)人員對關(guān)鍵施工方法及工藝,采用BIM技術(shù)三維可視化交底,不僅降低了工作人員對方案理解的難度,更大大提高了兩國之間的溝通效率,為項目順利實施打下了堅實的基礎(chǔ)。

      3.3.1 鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工交底

      本罩棚桁架安裝選用兩臺280t履帶吊車,一內(nèi)一外; 現(xiàn)場地面拼裝,選用兩臺50t汽車吊預(yù)拼、卸貨及材料倒運; 在本桁架施工過程中,材料堆放、拼裝場地均設(shè)在汽車吊施工范圍之內(nèi)(圖5)。

      圖5 主體結(jié)構(gòu)施工模型

      由于罩棚鋼結(jié)構(gòu)安裝涉及臨時支撐架的安拆、結(jié)構(gòu)主拱桁架、次桁架、連系桁架等的分段吊裝,施工工藝復(fù)雜,工序繁多,采用BIM技術(shù)的吊裝交底,提高了施工工效,同時也保障了施工質(zhì)量與安全[5]。

      3.3.3 鋼結(jié)構(gòu)二維碼交底

      因本項目非標(biāo)件量占比較大,不僅出廠管理容易出錯,運送至現(xiàn)場安裝也會給工人帶來諸多困擾。為解決此問題,特采用二維碼貼條進(jìn)行制作管理和安裝交底,制作過程通過二維碼信息進(jìn)行統(tǒng)籌管理; 到施工現(xiàn)場后工人通過手機(jī)掃描即可讀取構(gòu)件二維碼信息,作業(yè)人員根據(jù)二維碼信息進(jìn)行零件組裝構(gòu)件,最后再進(jìn)行分段吊裝施工(圖6)。

      圖6 二維碼技術(shù)應(yīng)用

      3.3.3 拱腳基礎(chǔ)基坑施工交底

      先進(jìn)行旋挖樁施工,再使用旋噴樁填充樁之間的空隙,起到基坑支護(hù)的同時形成整體止水帷幕,坑內(nèi)設(shè)置支撐,第一層為鋼筋混凝土支撐,第二、三層為可拆卸鋼支撐。依次分層進(jìn)行土方開挖至設(shè)計底標(biāo)高,開挖一層支護(hù)一層(圖7)。

      圖7 拱腳基礎(chǔ)基坑模型

      3.3.4 混凝土斜柱工藝模擬

      本項目看臺外圍柱為28根混凝土斜柱,高18m,截面尺寸為1.2m×0.7m,向外傾斜角度為16°。搭設(shè)滿堂腳手架進(jìn)行支撐,斜柱范圍內(nèi)的架體需要局部加強(qiáng),并滿布豎向剪刀撐。斜柱分六次澆筑,每次澆筑3m高,因在澆筑混凝土的過程中產(chǎn)生的水平荷載,需在樓板看臺的適當(dāng)位置采用鋼絲繩斜向拉結(jié),滿足支模架體的穩(wěn)定性要求[6](圖8)。

      圖8 混凝土斜立柱施工模型

      3.4 機(jī)電安裝BIM深化設(shè)計

      本項目的國內(nèi)技術(shù)團(tuán)隊建立機(jī)電安裝專業(yè)深化設(shè)計、優(yōu)化BIM模型,通過管線綜合、預(yù)留預(yù)埋、凈高優(yōu)化等應(yīng)用,消除各專業(yè)碰撞問題。施工現(xiàn)場BIM人員將根據(jù)實際情況進(jìn)行模型跟蹤維護(hù)與調(diào)整,同時在維修洞口、室內(nèi)裝修、安裝面板、燈具排布等方面進(jìn)行應(yīng)用,并導(dǎo)出圖紙指導(dǎo)現(xiàn)場施工[7-13](圖9)。

      (a)機(jī)電管線綜合模型 (b)水泵房模型 (c)過道管線綜合圖圖9 機(jī)電安裝專業(yè)模型

      3.5 裝飾裝修BIM深化設(shè)計

      3.5.1 鋪磚排布

      為減少材料浪費,保證裝飾質(zhì)量,利用BIM技術(shù)提前進(jìn)行鋪磚排布,制作三維工藝交底,指導(dǎo)現(xiàn)場施工(圖10)。

      3.5.2 座椅排布

      針對現(xiàn)場座椅排布問題,從兩方面著手解決:一方面,安排人員與國家商務(wù)部、設(shè)計院、塞內(nèi)加爾國家體育部溝通,多方協(xié)同解決; 另一方面,由現(xiàn)場確定座椅尺寸,國內(nèi)技術(shù)團(tuán)隊利用BIM進(jìn)行座椅排布,力爭采用最合理的排布方式擺放盡量多的座椅(圖11)。

      圖10 鋪磚排布模型

      圖11 看臺座椅排布模型

      3.6 BIM5D平臺管理

      3.6.1 材料管理計劃

      由于賽內(nèi)加爾項目地域的特殊性,材料需提前4個月從國內(nèi)制定計劃、購買、運輸,材料計劃尤為重要。利用BIM5D物資查詢功能,制定符合實際的鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)等主材計劃單,與傳統(tǒng)下料單進(jìn)行比較分析,作出精確的階段材料計劃單,確保施工現(xiàn)場材料供應(yīng),保證施工進(jìn)度(圖12)。

      圖12 鋼筋下料截圖

      3.6.2 BIM5D管控平臺

      將計劃進(jìn)度與現(xiàn)場實際進(jìn)度導(dǎo)入BIM5D平臺進(jìn)行對比,找出偏差,分析原因,合理規(guī)劃后續(xù)進(jìn)度。在材料供應(yīng)得以保障的前提下,對比整個項目土建進(jìn)度,共調(diào)整4次,提前26天完成項目施工(圖13)。

      圖13 施工進(jìn)度模擬

      3.7 其他方面應(yīng)用

      在編制大體積混凝土施工方案前對拱腳基礎(chǔ)模型進(jìn)行水化熱模擬分析,多次模擬后選出冷卻水管最佳布置方案,為方案編制提供可靠依據(jù),確保施工方案的科學(xué)合理性(圖14)。

      圖14 拱腳混凝土基礎(chǔ)水化熱模擬

      本工程看臺樓板均為弧形階梯樓板,測量放樣定位困難,技術(shù)人員根據(jù)施工圖紙,建立精確結(jié)構(gòu)模型,在模型中可以得到任意位置剖切,獲取三維坐標(biāo),將坐標(biāo)導(dǎo)入全站儀,方便測量控制及復(fù)核,便于施工交底,確保支模架一次性搭設(shè)成功,減少人材機(jī)的浪費(圖15)。

      圖15 看臺混凝土高支模模型

      4 結(jié)語

      援塞內(nèi)加爾摔跤館建設(shè)工程在施工過程中利用BIM技術(shù)進(jìn)行了罩棚屋蓋鋼結(jié)構(gòu)方案比選、鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計與加工、機(jī)電安裝深化設(shè)計、裝飾裝修深化設(shè)計、材料管控來解決技術(shù)與成本上的問題,通過施工過程模擬交底及BIM5D平臺管理來解決我方人員與塞內(nèi)加爾外方人員之間的溝通及現(xiàn)場管理問題,科學(xué)地指導(dǎo)了現(xiàn)場施工。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用,取得了較好的經(jīng)濟(jì)與社會效益,可為類似工程的施工提供經(jīng)驗和參考。

      隨著國家“一帶一路”戰(zhàn)略的實施,湖南建工集團(tuán)海外市場得到了進(jìn)一步開拓,承接項目逐年遞增,集團(tuán)將繼續(xù)不斷利用BIM技術(shù)指導(dǎo)施工,擴(kuò)充完善BIM族庫的建立,并利用BIM技術(shù)開發(fā)平臺,逐步實現(xiàn)海外的項目的智能管控。

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