BIM在大型鐵路與地鐵綜合交通樞紐中的應用賞析
一、施工難點
1、本工程體量大,工期管理難度較大,施工任務重,疫情防控形勢嚴峻,增加工程進度壓力。2、項目建設要求高,綜合協調及管理各分包單位難度大,難以保證現場施工效率。3、基于信息化、BIM技術,對關鍵技術的攻關難度大,本項目需推廣新技術、新材料、新工藝、新設備,將技術創新成果轉化為生產力。4、鋼結構總用鋼量大,施工穿插管理難度高。
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二、基于BIM的智能建造技術應用
1、BIM技術的應用
(1)BIM的基礎應用
BIM可具體應用于模型建立、圖紙會審、場地布置、方案交底、進度管理、砌體排布、深化設計、管線綜合中。BIM模型最大的特點是將工程項目所有信息集成在完整模型中,并能很好地兼容其他軟件系統,為工程建設提供數據支撐和信息保障。在項目設計階段可進行模型建立、深化設計、管線綜合,在招投標階段可統計工程量,在施工階段可進行場地布置、進度管理、砌體排布、方案交底等,在建筑全生命期中,BIM可發揮作用以提高施工效率。
(2)基于BIM的施工深化設計應用
利用BIM的信息集成、可視化特點,可直接對項目進行三維深化設計,通過基于BIM的深化設計后,大大降低專業間模型設計的交錯碰撞,同時可利用BIM模型開展各專業施工方案、施工順序討論,以便直觀、清晰地發現施工中可能產生的問題,并提前解決,從而大量減少施工過程中的糾紛、誤差,為數字化加工、數字建造打下基礎。BIM深化應用如圖1所示。
圖1 BIM深化應用
(3)基于BIM的混凝土結構深化設計
混凝土結構深化設計包括完成混凝土結構所需的模板、鋼筋及腳手架工作,直接利用BIM進行三維深化,本項目存在異形混凝土結構,首先確保模板排架定位準確、搭設規范,因此在設計模型基礎上需充分利用BIM的信息功能,可很好地表現異形構件的幾何屬性特點,且基于BIM的模板定制排布,能精準出具模板定位和加工圖,保證模板深化設計精度與結構設計精度高度匹配。
在混凝土結構腳手架搭設方案中,建立腳手架三維BIM模型,利用BIM軟件驗算功能,驗證腳手架搭設的可靠性,通過腳手架漫游了解其布置的合理性,最終保證腳手架深化結果達到最優。
針對鋼筋工程三維節點深化,選取鋼筋節點復雜、排布緊密的區域,建立鋼筋BIM模型,明確鋼筋具體走向、位置,從模型角度不發生碰撞,并依照深化模型出具鋼筋下料圖,提出鋼筋加工精度標準,保證鋼筋加工質量、安裝效果。鋼結構節點深化設計如圖2所示。
圖2 鋼結構節點深化設計
(4)基于BIM的機電深化設計本項目機電系統種類繁多,強弱電、給排水、通風空調、鐵路四電等20多個系統匯聚其中,因此直接基于各專業機電模型進行機電深化設計,將機電BIM模型通過鏈接和中心模型集成等形式,對機電BIM模型內管線、橋架、風管進行精準切分,對機電設備末端依照產品采購外形尺寸,建立LOD500級別的BIM模型,優化連接頭位置,減少非標尺寸,便于機電預制化加工。
在BIM模型中深化機電管線附屬支吊架,定義管線支吊架位置、連接形式、具體尺寸,利用 BIM力學計算功能進行深化校核,保證機電深化支吊架安全可靠,同時與建筑、結構模型鏈接,提前做好基于BIM模型的預留孔洞自動化設計,避免二維設計導致的錯開、漏開及二次堵洞弊病,確保設計質量。
(5)基于BIM的鋼結構工程深化設計鋼結構組成復雜,按照主體結構類型,鋼結構主要涉及鋼管混凝土柱鋼管、型鋼混凝土梁的型鋼、鋼結構體系結構、東西站房基礎轉換梁。主體結構主要跨度為20.5,21.5m,鋼結構整體深化設計和加工難度大,因此采用BIM對鋼結構進行深化設計,包括鋼結構節點形式、吊裝位置、吊裝措施等,可避免傳統二維鋼結構深化對復雜節點表達不直觀、鋼結構加工精度誤差的現象發生,提高整體鋼結構深化設計水平,為鋼結構自動化加工和現場拼裝質量打下基礎。
2、BIM+技術的應用
智能建造中BIM是基礎,其他技術的實現要以BIM做支撐。本項目結合BIM與物聯網技術、虛擬現實技術、5G技術、三維掃描技術、無人機技術、放樣機器人技術等智能化技術,大大提高智慧工地的數字化、模型化、信息化應用。
(1)BIM+物聯網技術BIM與物聯網集成應用實現建造各環節的信息流閉環,有機結合虛擬數字化管理與現實硬件。應用BIM和IoT技術進行現場施工檢測、材料質量和物資設備管理,應用監控器、傳感器及RFID技術實現現場施工數據的采集,采用RFID技術對材料進行編碼,實現智能化管理。
(2)BIM+虛擬現實技術BIM結合虛擬現實集成應用,輔助項目生產成本管控。通過結合BIM和虛擬現實技術,施工前進行虛擬場景、施工成本、施工進度、復雜局部施工方案的模擬及交互式場景漫游,通過模擬工程整個建造過程,施工前即可確定施工方案的可行性及合理性,減少或避免設計中存在的大多數錯誤,生成相應的采購方案和財務費用,高效改進施工方案。
(3)BIM+5G技術基于BIM+5G全業務數字化管理模式應用,通過搭建5G基站,采用基于5G技術的BIM+智慧工地管理平臺,進行項目整體智慧建造協同管理,利用5G技術的高速率與低時延特性,以BIM模型為基礎,通過物聯網技術關聯模型與現場,實現基于BIM模型的全業務數字化管理模式。
(4)BIM+三維掃描技術在工程結構封頂、機電安裝、精裝修階段,挑選重點區域應用三維激光技術,在機電安裝階段全方位精細測量梁、板、柱等位置,將建筑體1∶1三維點云模型導入BIM模型,進行施工質量檢測、點云模型、BIM模型碰撞檢測,對比階段性施工誤差,提高測量復核工作效率及準確性,提高施工過程的精細化管理能力,同時為數據分析、數據處理工作提供準確依據。BIM+三維掃描應用如圖3所示。
圖3 BIM+三維掃描應用
(5)BIM+無人機技術通過全景航拍巡檢技術記錄和監控施工現場全局,輔助場地策劃、管理,實現安全隱患巡檢與排查。將BIM模型與傾斜攝影逆向重構地形模型,開展土方平衡、調整三維場布模型動態,進行進度檢查、安全隱患排查等應用。BIM+無人機應用如圖4所示。
圖4 BIM+無人機應用
(6)BIM+放線機器人施工中利用BIM與智能機器人集成應用,通過整合軟件、硬件,將BIM模型通過平板電腦帶至現場,直接利用模型中的三維空間坐標數據驅動智能型全站儀進行點放樣,同時使用360°棱鏡反向獲取點的空間坐標,可大幅改變原始現場采用拉尺放線和輸入坐標的方式。二者集成應用,對比現場測繪所得的建造結構信息與模型數據,核對施工環境與BIM模型間的偏差,為機電、精裝、幕墻等專業深化設計提供依據。
3、BIM技術全生命周期鋼結構平臺
本項目鋼結構總用鋼量大,施工穿插管理難度大,利用BIM開發基于BIM+GIS的鋼結構全生命周期管理平臺。該平臺架構以主數據的核心,通過網頁交互端、移動 APP 端,利用數據接口自動抓取鋼結構專業分包ERP系統信息,集成現有各信息化系統數據。
平臺依托每根構件模型,實現設計信息、加工信息、施工信息的全部階段集成,能夠以階段信息驅動BIM模型顯示,信息關聯到模型外,還有數據分析功能,能讓信息驅動BIM模型顯示或隱藏,讓分析結果一目了然,達到智慧管理與決策的目的。
利用移動端APP作為前端操作入口,同步網頁在輕量化平臺上查看鋼結構節點BIM模型,開展環節業務卡控和信息的添加,與生產管理無縫融合,進行深化、更新、維護,并管理、協調、整合專業承包單位的BIM工作。通過智能建造自動分析、控制聯動技術,結合智慧工地綜合管控、鋼結構生產智能套料、鋼結構智能生產、鋼結構智能焊接、鋼結構虛擬預拼裝等應用,開展全生命周期鋼結構管理應用。
4、BIM技術綜合應用效果分析
利用BIM技術可確立工程技術規范、質量標準、工藝流程、施工管理,對工程信息進行匯總,分析工程偏差,進一步提高工程質量,建立工程BIM實施體系,提升項目精細化管理水平,利用互聯網平臺共享模型信息,達到同步更新,以解決各專業、各分包商的協同問題,提高管理效率。
將BIM模型結合便攜式移動終端設備與相關配套軟件,提高工效,強化現場質量安全管理,有效控制施工成本,實現全過程造價管理。通過項目數據管理軟件實現施工階段各參與方BIM數據共享,使溝通更便捷、協作更緊密、管理更有效。
在施工階段發揮BIM技術三維可視化、虛擬仿真、信息協同等功能,通過土建算量、三維模型技術交底等,更直觀地反映施工過程中遇到的技術問題,借助BIM將復雜工程可視化,利用三維模型模擬施工過程,使各專業協同工作,及時發現問題并調整設計以降低風險。實施施工總承包BIM管理,加強項目策劃能力,提高信息溝通效率,增強項目過程管控能力,提升項目精細化管理水平,實現實體工程與數字工程同步驗收,為物業運營維護服務提供幫助,實現工程建設收益最大化。
BIM技術可廣泛應用于建設項目全周期不同階段,推動智能建造快速發展,具有顯著的社會效益及廣闊的市場前景。
三、總 結
BIM技術具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性的特點。本文借助長沙西站及其相關工程,總結BIM技術的基礎應用、深化設計應用,通過結合BIM技術、物聯網技術、虛擬現實技術、5G技術、三維掃描技術、無人機技術、放樣機器人技術等智能化技術,實現工程建造智能化,同時建立BIM技術全生命期鋼結構平臺,總結BIM技術應用在大型綜合交通樞紐工程中的效果,實現項目建設數字化、智能化管理,提升項目進度、節約工期與成本。在未來的土木工程設計、生產、施工、管理運維中,以BIM技術為基礎的工程創新應用將發揮更大作用,推進我國土木行業智能化發展。
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