鲁班BIM技术助力西咸空港项目技术管理

2014-09-17

文|张东升 西咸空港项目驻场BIM顾问
杨吉清 鲁班工程顾问
     BIM技术可以为项目管理带来两大支撑:数据与技术。本文主要分享了西咸空港项目上BIM技术在技术管理方面的支撑应用。
项目介绍
    “西咸空港综合保税区事务服务办理中心”项目,主楼部分为地上7层,地下1层,建筑面积63081㎡,附楼部分为地上3层,建筑面积7122㎡,总投资约49977万元。工程为全现浇钢+型钢混凝土+钢筋混凝土混合框架结构,外形类似“飞碟”,结构复杂,施工难度大,被业内专家誉为西北“鸟巢”。
     空港项目在施工中存在诸多难题:造型独特,结构复杂,无先例可循;结构多为型钢柱,型钢梁与钢筋存在大量碰撞,施工方案难以确定,整体建筑机电安装专业复杂,安装专业自身、安装与建筑主体结构之间的碰撞大量存在,查找难度较大;空港项目作为典型的三边工程,设计图纸重大变更发生较为频繁。依靠传统的管理手段难以有效控制施工质量、进度和成本,因此,项目部决定引进BIM技术解决这一难题。
 
图:空港项目效果图
    项目团队考察了多个国内外BIM软件和BIM项目。在选择过程中,主要考虑几大问题:与设计院合作的BIM厂家是否适合施工企业?国外BIM软件还是国内BIM软件好?直接采购BIM软件系统还是采用服务方式好?综合考虑,项目管理团队最终选择鲁班的“项目BIM全过程服务”来引入BIM,协助项目进行管理应用。
    简而言之,BIM技术可以为项目管理带来两方面的支撑:数据支撑与技术支撑,本文主要分享了西咸空港项目上BIM技术在技术管理方面的支撑应用。
模型创建,发现图纸问题
    由于西咸空港项目造型结构复杂,异形构件种类多样,如果用人工计算工程量势必费时费力,并发生错误和遗漏。采用BIM技术,由专业的BIM建模人员在短时间内建立好项目模型,并对整个模型工程量进行计算,可以避免常见错误的发生及工程量计算漏相。西咸空港项目模型耗时11个工作日建立完善土建模型,10个工作日建立完善钢筋模型。模型的创建过程也是大量图纸问题的梳理发现过程,通过BIM模型的建立及云模型检查,土建发现了45处图纸疑问,钢筋发现了41处图纸疑问。这些问题的提前发现,避免了施工时碰到后,再讨论修改图纸,影响施工质量和工期,同时又确保了工程量的准确,保证了企业利润不会流失。
 
图:西咸空港项目土建整体模型

 
图:西咸空港项目钢结构模型(基于IFC导入)

 
图:空港项目局部弧形砼墙配筋模型

 
图:利用云模型检查功能对已完成的西咸空港模型进行智能检查
碰撞检查,消除设计缺陷
    西咸空港项目应用鲁班云计算的优势,通过Luban BIM Works对设计院各专业图纸进行合并,发现冲突的地方,协调设计院进行修改。Luban BIM Works提供了自动检测碰撞点功能,可以在短时间内自动查找出模型内所有冲突点,完成项目建造阶段的各专业(钢构、机电、土建结构等)碰撞检查,及时发现影响实际施工的碰撞点,自动输出碰撞检查报告,定位碰撞位置,使进度计划编制人员可以提前预知施工过程中可能存在的问题,提前考虑时间节点的调整。如集成项目土建模型和安装模型,系统自动查找出碰撞点446处。按照一个碰撞点平均损失500元计算,446处的碰撞点为项目挽回了20多万元的材料人工损失和工期。
    碰撞检查还能智能判断预留洞的位置,最后出具的预留洞口报告中,发现地下室预留洞数量为36个。预留洞的提前检测和定位,方便了施工单位在建设工程中对预留洞模板的提前布设,避免了二次开洞的发生,即保证了施工质量,又节约了人工。
 
图:西咸空港服务区碰撞报告
 
图:BIM模型预留洞口位置,指导现场施工
管线综合,优化排布,指导施工
    完成碰撞检查后,鲁班BIM顾问与机电安装工程师结合避让原则、施工方案等,对三维模型进行调整,本着满足施工、净高、美观等方面的要求与原则,再次综合模型,解决碰撞报告中的碰撞点,对管线进行优化排布,并导出二维平面图、生成剖面图,指导现场施工。
 
图:西咸空港项目地下室管线综合模型
 
图:原BIM综合模型

 
图:综合优化后的BIM模型

钢筋与钢结构的集成与模拟
    本项目大部分梁柱为型钢混凝土组合结构,型钢梁柱节点部位,由于梁、柱型钢截面尺寸多样,且钢筋直径大、数量多,梁柱节点情况非常复杂。这就需要利用钢结构BIM模型与钢筋BIM模型的整合。本项目中钢结构是由MagiCAD软件完成的,通过IFC标准将钢结构模型导入并集成至Luban BIM Works,通过云计算自动预判钢筋与钢结构的碰撞,对每个型钢混凝土梁柱节点进行三维模型展示。
 
图:钢筋与型钢的碰撞
    钢筋与钢结构模型的集成,可以三维直观的展现出节点部位型钢与钢筋的构造形式,对梁柱节点部位施工难点及潜在问题进行预测,包括施工方法试验、施工过程模拟及施工方案的优化。达到先试后建、消除设计错误、排除施工过程中的冲突及风险、对比分析不同施工方案的可行性、实现虚拟环境下的施工周期确定等目的。例如,型钢混凝土梁柱节点部位型钢梁有十字型梁和箱型钢梁两种形式,箍筋的尺寸由型钢柱主筋位置和型钢柱翼缘板外侧的栓钉决定,对柱箍筋在节点部位的下料和施工要求高。运用BIM平台对此节点部位进行三维虚拟模型展示得出以下结论:型钢柱在同一截面上使用四种不同形式的箍筋,其中内部两个矩形箍筋紧贴柱型钢翼缘板外侧,而型钢柱翼缘板外侧满布栓钉。矩形箍筋如果按照设计图进行加工则无法安装,因此应调整矩形箍筋的肢距,使箍筋能够顺利安装。梁箍筋形式与柱箍筋形式基本相似,施工时采取相同做法。型钢混凝土柱的箍筋在原设计图中为封闭箍筋,但在梁柱节点部位,柱箍筋要穿过型钢梁腹板,封闭箍筋无法安装。因此为满足柱箍筋的安装要求,需在型钢梁的腹板上开过筋孔使柱箍筋穿过,且在穿型钢梁时要将封闭箍筋改U形箍筋。柱箍筋安装后在搭接位置焊接10d(d=箍筋直径)以满足搭接要求。
 
图:柱箍筋方案模拟
进度模拟与监控
    利用BIM技术,对每个构件赋予时间进度,动态展示项目实际进展,便于项目管理者对项目总体把控。同时通过对计划进度与实际进度的对比分析,发现计划进度与实际进度间的差距,找到影响进度的关键施工工序,在确保成本不变的前提下,规划工序、改进工艺,从而预防下一次可能出现类似延误工期的问题。
 
图:实际进度模拟(结合成本、工序)

 
图:计划进度与实际进度对比示意图
施工组织协调,提高各参建方沟通效率
    基于BIM的各专业模型,通过整合形成一个完整的建筑信息模型。各方问题讨论,方案确定,均以此模型为基础,共同查找潜在风险因素,确定解决方案,使各方沟通效率大幅提高,方案定稿周期大为缩短。
 
图:BIM浏览器中,结构与钢构模型整合

BIM技术反映需临边防护的部位。
    通过BIM的虚拟施工、PDS系统的模型协同,三维直观体现需临边防护的部位,以便安全管理人员及时做好防护方案。空港项目地下一层面积较大,现场存在众多临边、洞口。临边防护包括:楼梯间防护、楼梯四周防护、结构临边防护、屋面临边防护、及施工电梯临边防护等。

 图:楼梯模型及参数直观展示
BIM技术自动检索高大支模,预防安全风险。
     空港项目的地下室及地上结构层高为4~5m不等,大跨度、大截面的梁板有多处,高大支模的实施方法,是安全质量工作中非常重要的环节。如果利用传统方法查找高大支模构件,需要较长时间。而利用BIM技术自动检索高大支模构件,防止遗漏,可快速有效的预防安全风险。经过BIM技术自动检索,二至四层结构中,梁截面面积大于等于0.52m2共有51处,梁单跨跨度大于等于18m共有21处,对每一处都可以进行准确、直观的定位,用Excel表格作为记录,分发到各现场负责人手中,以便对需高大支模的部位及时采取可靠的安全施工措施。

 

 

移动质量安全管理。
    每个项目中,都会出现大小不一的安全质量问题,在空港保税区项目引进BIM技术后,为便于随时记录问题、沟通协调、及时解决问题,项目安全质量管理人员使用BIM技术中iBan手机移动客户端,提高了工作效率、有效地预防了安全质量风险。

  
图: BIM浏览器中查看上传照片
    在现场安全质量管理的过程中,将发现存在安全、质量隐患的部位,通过iBan上传至云服务器,与BIM模型关联,进行精确定位,项目经理、总工在办公室随时掌握现场影响质量安全的风险因素,及时做出处理。

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