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《建材与装饰》杂志论文

BIM技术在建筑工程施工中的综合应用研究

2019-5-23 13:01:58 | 浏览2023次 | 《建材与装饰》论文 | 全部杂志

  摘 要:本文阐述了在施工图审核及深化、施工方案BIM优化、可视化施工模拟等方面的BIM技术应用方法,为建筑工程施工中应用BIM技术解决施工难点,提出了系统的综合性应用方法。

  关键词:BIM技术综合应用;方案比选;可视化模拟

  1 引言

  随着BIM技术的逐步应用,通过计算机信息化技术的辅助,结合更加科学的过程分析和模拟实验数据,为施工中的技术重难点提供了极为有效的决策依据,并能够极大地提高工作效率。

  某学院图文信息中心工程,是钢筋混凝土结构、劲钢混凝土结构和钢结构等多种结构形式相结合的大型建筑工程。单体建筑面积64806m2,局部钢结构连廊属悬垂钢结构。结构及节点受力复杂、施工工期紧张、施工场地受限等因素为深化设计、方案选择、过程管控提出了很高要求。

  2 BIM应用方案的选定

  2.1 钢结构深化设计及加工

  为缩短技术准备时间和加工周期,在钢结构工程深化设计及加工制造阶段,运用Tekla Structures结构设计软件进行结构建模,实现矩形管截面桁架、箱型钢吊柱等构件及相贯节点深化设计及制造工程指导,提高钢结构深化设计效率和准确性,并引用AutoNEST软件与Tekla软件辅助进行构件加工制造。

  2.2 施工方案BIM比选优化

  运用BIM的计算机辅助计算和可视化的优点,使用BIM结构分析软件SAP2000,对建筑悬垂钢结构体系进行模拟分析,参照分析数据进行施工方案的比选和优化。

  2.3 BIM碰撞检查及模拟

  应用BIM协调管理软件NavisWorks,对钢结构深化设计模型进行碰撞检查,预先发现在深化设计、加工制造和安装施工阶段的碰撞问题,避免返工和浪费;对施工方案拟定的安装过程在三维空间与时间维度进行整合,进行可视化的施工模拟,实现虚拟预演和进度分析。

  3 关键环节BIM应用方法

  3.1 钢结构加工制造环节BIM应用

  钢结构的生产制造由三个部分组成,即深化设计、排料优化、加工制造。BIM技术在钢结构的加工中,主要体现在前期的深化设计、材料的排料优化(套料)及设备切割的程序编程中,钢结构深化主要由BIM技术钢结构软件Tekla Structure(以下简称Tekla)来实现,套料及编程由AutoNEST软件来实现。

  3.1.1 Tekla深化设计

  在Tekla软件中,钢结构深化设计包含三维实体模型建立、实体模型审核、创建钢结构加工详图、图纸和数据的输出、与其他软件数据交换。深化设计流程如图1。

  根据设计图纸,通过创建轴线→建立三维实体构件→节点创建→模型审核等步骤,搭建一个完整的BIM模型,并利用软件自带的碰撞检测功能进行检查,发现各构件之间及连接方式上是否有冲突。

  在Tekla中创建三维模型图、零件图、构件图、整体布置图等各种钢结构加工详图,并且模型与详图之间相互关联,模型变动与图纸变动同步。创建钢结构详图后,将图纸及各种报表数据进行输出,与其他软件进行数据传递、交换。

  3.1.2 套料、编程

  在钢结构加工前,所有的零件放样完毕后,为合理布置裁切材料的位置以达到节省材料的目的,需对不同板厚、规格、数量的零件进行套料,使用AutoNEST软件与Tekla软件配合,进行材料的套料。

  图1 Tekla软件环境下钢结构深化设计流程图

  Tekla软件通过NC文件将信息输入AutoNEST软件,该NC文件(dstv格式)包含了所有关于这个零件的形状、尺寸以及特性信息,使用AutoNEST软件自动将零件的这些信息批量转入,为前期的数据输入节省大量的时间,并保证所有输入数据的准确性。

  套料完成后,根据套料方案,利用AutoNEST软件编程功能,自动编制切割程序,使得切割效率显著提高。

  3.2 施工方案BIM比选

  无论是钢筋混凝土结构、劲钢混凝土结构还是钢结构,它们都不独立存在,彼此之间相互依附。因此,在确定钢结构连廊的安装方案时,应充分考虑施工方法、施工顺序对于各个结构体系的受力影响,避免选择可能对结构内力产生不良影响的方案。

  3.2.1 BIM环境下的结构受力分析

  首先,将图文信息中心工程的地下及地上部分的剪力墙、框架柱、框架梁、楼板、钢结构连廊等,搭建模型构件,再对连廊每一个杆件和节点进行编号,便于在数据分析时进行比对。

  然后,在初步制定几个施工方案的前提下,在SAP2000软件中根据不同的拟用方案,输入不同工况下的施工顺序。应用SAP2000有限元程序的线性静力分析功能,对钢筋混凝土结构、劲钢混凝土结构及钢结构连廊进行模型分析,得出对应的分析结果。

  图2 结构内力分析

  钢桁架主要节点的轴力、剪力、弯矩作用的表现形式是位移情况。通过对不同方案的位移值数据,尤其是主要节点的Z向位移值进行对比和分析,容易比较出不同施工方案对于钢结构自身、混凝土主体结构的影响特点和规律。最终选择阶段受力性能良好,对结构内力变化影响小、施工便利的施工方案。

  3.2.2 施工过程监测

  在施工过程中,对钢结构连廊若干个节点进行节点位移观测,使用全站仪的无棱镜测距功能,被观测的节点部位粘贴反光片,对钢桁架上弦梁、下弦梁节点在每一个施工步骤都进行一次位移监测,得到每个观测点的累计位移数值,运用折线图将观测到的数值进行统计。

  3.2.3 监测数据分析

  将实测位移值与SAP2000软件分析的位移值进行对比,能够看出,受到实际施工的环境温度、材料、焊接质量、观测条件等方面的综合影响,实测位移值与理论分析值存在一定的偏差,但其数值整体上在极小的范围内波动。

  选择的施工方案的实际过程与理论推测相符合,即证明施工方案拟定的安装顺序对结构的影响在预期的可控范围内。在钢结构整体施工过程中,每一步骤都对楼体混凝土主体结构进行沉降位移观测,测量结果满足规范要求,未发现不均匀沉降的情况。

  3.3 施工过程可视化应用

  在施工过程中实施BIM技术,主要价值在于:

  (1)设计意图可行性分析;

  (2)设计图纸的复核;

  (3)施工现场4D管理;

  (4)主要演示手段。

  通过对建筑信息模型的可视化漫游、专业间的碰撞检查、结合Excel或Project进度计划文件的施工进度管理、施工过程的动画预演等方式,能够有效的实现上述目的,并最大限度的节约资源。

  图3 项目BIM协调管理应用流程图

  3.3.1 施工图纸审核

  结构复杂、图纸繁多是现代建筑工程技术管理面临的现状,施工图审核需要比以往投入更多的人力和时间资源,并且对于技术人员具有跨专业的施工经验和审图能力要求越来越高。BIM技术在施工图审核方面为我们提供了全新的信息化手段。

  (1)漫游审核

  将AutoDeskRevit软件建立的模型,导入到Navisworks软件中,通过“漫游”功能,对于一些“空间高度”、“空间宽窄”等特征敏感的区域和部位进行有针对性的模拟分析,特别是对一些构件节点细节、专业内的设计冲突、专业间的设计冲突等问题,通过三维的模型审核实现。

  (2)碰撞审核

  实时漫游观察能够发现图纸中存在的大多数直观错误,一些难以发现的细微错误,可以通过软件提供的碰撞检查功能实现图纸审核。软件在模型显示窗口以不同颜色高亮显示碰撞的构件,为施工技术人员提供直观的检查结果显示。

  3.3.2 施工虚拟预演

  结合预定的施工进度计划,在Navisworks中进行4D模拟,借此实现施工进度的虚拟预演,并分析预定的施工计划进度中存在哪些问题和矛盾。

  图4 漫游审核图纸

  将三维的BIM模型与时间属性相结合,即将进度计划图表与三维模型结合,能够实现施工过程的虚拟预演;此外,对每一道工序的实际开始时间、实际结束时间与计划开始时间、计划结束时间进行对比,一目了然地看出每一道工序的进度状态。在比较复杂的工程中,尤其是涉及专业众多、工序繁琐的工程中,相比用图表分析施工计划,使用这种4D施工模拟具有巨大的优势,它可以非常直观地看到计划中的施工工序,自然也更容易发现其中的问题。

  4 结语

  通过对BIM模型的深度应用,对建筑结构深化设计模型进行碰撞检查,预先发现在深化设计、加工制造和安装施工阶段的碰撞问题,及时发现碰撞并解决,避免了返工和浪费;同时为施工图审核提供了全新的信息化技术支持,提高了图纸审核的效率和效果。

  对施工方案拟定的安装过程在三维空间与时间维度进行整合,进行可视化的施工模拟,实现虚拟预演和进度分析,不仅为施工过程展示提供了方便可行、直观生动的演示方式,也为工程项目施工进度控制提供了形象的、精确的、基于BIM技术的项目管理途径。

  BIM为施工过程带来的效益是显而易见的,管理工作的高效性、信息传递的准确性、投入资源的节约性、成本的降低、浪费的减少等,都为现代施工技术带来了革命性的变化。

  参考文献

  [1]中国建筑业协会工程建设质量管理分会.施工企业BIM应用研究.中国建筑工业出版社,2013,03.

  中图分类号:TU17

  文献标识码:A

  文章编号:1673-0038(2018)12-0001-02

  收稿日期:2018-2-10

  (中铁六局集团建筑安装工程有限公司 北京昌平 109922)

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