摘要：以BIM技術(shù)在蘇州中惠鉑爾曼酒店項(xiàng)目建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化及前期施工策劃中的應(yīng)用為背景，從前期策劃、施工組織指導(dǎo)、連廊結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案等方面，介紹了利用BIM技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和項(xiàng)目策劃的方法，并利用BIM可視化、參數(shù)化的特點(diǎn)給業(yè)主和施工方提供了新的概念和思路。為BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化和前期施工策劃中的應(yīng)用提供參考。
關(guān)鍵詞：BIM；可視化模型；建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化；場(chǎng)平布置；施工策劃
1工程概況
中惠鉑爾曼酒店項(xiàng)目位于蘇州市相城區(qū)陸慕地塊，緊鄰相城大道，位于整個(gè)相城區(qū)核心地帶，與中心城區(qū)唇齒相連，鄰近北環(huán)高架道路、227國(guó)道及地鐵樞紐。交通十分便利，具有優(yōu)越的地理位置和區(qū)位優(yōu)勢(shì)（圖1）。本工程由酒店主樓及裙樓、連廊及精品商業(yè)裙房組成，其中酒店主樓為中惠鉑爾曼酒店，是集五星級(jí)豪華酒店和其他設(shè)施為一體的大型高層建筑，建筑高度99.84 m，共25層，酒店裙房建筑高度21.75 m，共4層；精品商業(yè)裙房建筑高度42.95 m，共8層；連廊位于酒店部分及商業(yè)裙房中間，寬約18 m，長(zhǎng)約70 m，4層。主要結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，屬高層民用公共建筑。中惠鉑爾曼酒店項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求高、施工難度大，且采用總承包管理模式，BIM技術(shù)結(jié)合總承包管理是這個(gè)項(xiàng)目最好的管理模式，有利于成本、技術(shù)、進(jìn)度、圖紙、資料、人員、現(xiàn)場(chǎng)布置等方面的管理，也是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)[1-2]。
2整體建模
本工程土建以及建筑建模采用Revit 2016和魯班BIM系列軟件分別進(jìn)行建模，Revit模型主要應(yīng)用于前期施工組織設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，魯班模型主要用于計(jì)算工程量。團(tuán)隊(duì)在建模過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了許多問(wèn)題，具體如下。2.1 大量圖紙問(wèn)題在建模過(guò)程中發(fā)現(xiàn)大量圖紙問(wèn)題，僅在酒店主樓模型建模中就發(fā)現(xiàn)圖紙問(wèn)題62個(gè)，其中有詳圖與平面圖不對(duì)應(yīng)、結(jié)構(gòu)圖與建筑圖矛盾、結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸不清、做法說(shuō)明模糊不清、標(biāo)注錯(cuò)誤等一系列問(wèn)題，較明顯的問(wèn)題可以在反復(fù)對(duì)比CAD圖紙后發(fā)現(xiàn)，但是有些問(wèn)題很難發(fā)現(xiàn)，在以后的施工中會(huì)造成返工等問(wèn)題。2.2 施工場(chǎng)地狹小、周圍環(huán)境復(fù)雜由于項(xiàng)目所處位置在商業(yè)住宅密集區(qū)，南側(cè)緊鄰相城區(qū)人民政府和加油站，東側(cè)為泰峰大廈（15層），北側(cè)有大潤(rùn)發(fā)購(gòu)物超市，施工中存在較大施工安全隱患，并可能會(huì)出現(xiàn)擾民現(xiàn)象；施工現(xiàn)場(chǎng)東西長(zhǎng)約250 m，南北寬約110 m，除東側(cè)有部分場(chǎng)地可作為施工便道之外，其余三邊均無(wú)可利用場(chǎng)地進(jìn)行施工機(jī)具存放和材料堆放，對(duì)施工流水作業(yè)影響也非常大。2.3 結(jié)構(gòu)圖紙不合理邊跨均為大柱距、大層高，采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，構(gòu)件截面很大，建筑空間受影響，同時(shí)存在結(jié)構(gòu)強(qiáng)梁弱柱，不利于抗震；存在大量超高模板支撐施工，造成風(fēng)險(xiǎn)大，成本高。設(shè)縫、設(shè)后澆帶：大跨度留后澆帶施工風(fēng)險(xiǎn)很大、效果不佳；雙柱設(shè)計(jì)形式占用建筑空間、增加成本。雙柱雙柱酒店酒店裙房商業(yè)170m后澆帶圖2大跨度留后澆帶施工示意（俯視）2.4 高大支模施工本工程中存在眾多高大支模構(gòu)件，酒店裙房屋面存在大跨度超大截面勁性梁，南北方向3根，長(zhǎng)45 m（截面500 mm×1 000 mm），東西方向4根，長(zhǎng)30 m（截面800 mm×2 500 mm）。針對(duì)以上情況，圖紙會(huì)審期間，項(xiàng)目部以模型作為主要依據(jù)和平臺(tái)，與業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位進(jìn)行研討和溝通，提高了圖紙會(huì)審的準(zhǔn)確性和效率，同時(shí)也更有說(shuō)服力。模型完成后，我們對(duì)建筑進(jìn)行虛擬漫游，檢查了設(shè)計(jì)合理性，在不合理的部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而降低了工程投入成本，也更加滿足了建筑的功能要求。
3基于BIM模型的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
在前期項(xiàng)目策劃中采用BIM技術(shù)建立3D模型進(jìn)行場(chǎng)地布置以及配合項(xiàng)目施工組織設(shè)計(jì)的編制，并根據(jù)施工階段不斷調(diào)整優(yōu)化，保證模型的精確性。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)需要翻看許多圖紙，然后憑技術(shù)人員的三維想象能力來(lái)完成二維圖形到三維圖形的轉(zhuǎn)換，低效且容易出錯(cuò)。而結(jié)合BIM模型可以比較高效地發(fā)現(xiàn)未來(lái)施工過(guò)程中的問(wèn)題、危險(xiǎn)源、利潤(rùn)流失點(diǎn)，降低風(fēng)險(xiǎn)和成本。以本工程的連廊為例（圖3），在結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中有以下幾個(gè)難點(diǎn)需要重點(diǎn)考慮[3-4]：1800028.90m16.95m10.45m195010450屋頂花園多功能廳消防車道6500圖3連廊部位CAD剖面1）連廊1層以及3層層高超過(guò)8 m，屬于超高支模的范疇。從經(jīng)濟(jì)方面考慮，超高支模支撐時(shí)間長(zhǎng)，且滿堂腳手架需要加密，措施費(fèi)昂貴；從施工方面考慮，由于腳手架間距較密，大梁下方還需另行加密，施工工作面狹小，同時(shí)為了承擔(dān)連廊施工荷載，支撐需要一直做到基礎(chǔ)底板，占用空間，最終導(dǎo)致施工難度大；從安全方面考慮，超高支模不但被列為工程建設(shè)中的重大風(fēng)險(xiǎn)源，需做專項(xiàng)施工方案，專家論證評(píng)審，而且超高支模的搭設(shè)和拆除均需遵循嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)程，對(duì)工人要求高，一旦操作不當(dāng)，容易引起重大工程事故。2）連廊兩側(cè)結(jié)構(gòu)高度不同，會(huì)產(chǎn)生不同的沉降差，按設(shè)計(jì)要求需要設(shè)置沉降后澆帶。從施工角度來(lái)說(shuō)，在底板澆筑大面積混凝土?xí)r，后澆帶兩側(cè)如果措施不當(dāng)容易產(chǎn)生漏漿現(xiàn)象，在主樓封頂后，每周對(duì)主體結(jié)構(gòu)沉降差進(jìn)行觀測(cè)，待沉降曲線平緩后再閉合后澆帶，最終導(dǎo)致延誤工期，且此處后澆帶剛好落在連廊2/3處，層高均有10 m左右，并為大跨邊跨梁位置，在后澆帶閉合前，要做好兩邊的穩(wěn)定支撐有一定難度；從使用的角度上來(lái)說(shuō)，建筑完工后，觀感質(zhì)量也會(huì)大打折扣，且存在防水隱患。3）主梁截面普遍都較大，最大的達(dá)到800 mm× 2 700 mm，大支模施工難度大，而且又是超高支模，如采用普通扣件式鋼管支撐體系，立桿偏心率高，鋼管長(zhǎng)細(xì)比較大，水平桿和立桿之間采用扣件連接，節(jié)點(diǎn)嵌固能力不足，故不是超靜定結(jié)構(gòu)。混凝土澆筑過(guò)程中會(huì)對(duì)支撐體系產(chǎn)生橫向作用力，立桿易產(chǎn)生小偏心現(xiàn)象，從而發(fā)生桿件局部失穩(wěn)和系統(tǒng)失穩(wěn)等問(wèn)題，安全風(fēng)險(xiǎn)極高。綜上所述，如采用混凝土結(jié)構(gòu)施工，需采用穩(wěn)定性更高的盤扣式腳手架支撐體系，初擬支撐方案為：水平橫桿和立桿采用φ48 mm×3.0 mm鋼管，橫距、縱距900 mm、步距1 500 mm。為真實(shí)模擬支撐與混凝土結(jié)構(gòu)協(xié)同工作時(shí)的荷載分配情況、每層施工荷載層層傳遞的實(shí)際情況，以及每層混凝土構(gòu)件不同時(shí)期達(dá)到的不同強(qiáng)度，BIM結(jié)構(gòu)小組建立了“高支模+混凝土結(jié)構(gòu)”的一榀整體框架模型，采用Midas-Gen空間計(jì)算軟件進(jìn)行了盡可能接近實(shí)際施工工況的計(jì)算模擬分析。經(jīng)過(guò)計(jì)算，應(yīng)力比不滿足的地方主要集中在梁下支撐，因此梁下支撐需要加密。結(jié)構(gòu)跨度大且排架搭設(shè)較密，對(duì)材料組織、施工安排、施工人員技術(shù)水平提出了很高的要求，對(duì)排架拆除的管理要求高、風(fēng)險(xiǎn)大。經(jīng)過(guò)BIM優(yōu)化后解決了以上問(wèn)題，擬采用鋼結(jié)構(gòu)連橋的概念，將原來(lái)的酒店和商業(yè)徹底脫開(kāi)，采用鋼梁+組合樓板，通過(guò)兩邊鉸接滑動(dòng)支座，來(lái)協(xié)調(diào)兩邊建筑的變形、沉降差（圖4）。優(yōu)化后的方案取消了雙柱，且梁高為1.7 m，空間凈高增加1 m。由于無(wú)雙柱和超高支模，措施費(fèi)減少、節(jié)約造價(jià)，且增加建筑使用面積、空間感更強(qiáng)烈。同時(shí)，工期短，鋼構(gòu)件從加工廠出來(lái)后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝、拼裝，樓面做壓型鋼板組合樓板，預(yù)計(jì)工期僅有36 d左右。該方案解決了大跨度后澆梁柱節(jié)點(diǎn)不安全，且超高支模為重大風(fēng)險(xiǎn)源的問(wèn)題，只需做好防火涂裝即可。另外，現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)少，場(chǎng)地干凈整潔、綠色環(huán)保，提升工程和企業(yè)形象。
43D可視化實(shí)體建模
按照傳統(tǒng)二維CAD平面作圖進(jìn)行場(chǎng)平布置，單單依靠平面的橫線，配以少量文字，不能清楚地表達(dá)現(xiàn)場(chǎng)靜態(tài)構(gòu)筑物和臨建設(shè)施之間的空間關(guān)系，且現(xiàn)場(chǎng)情況瞬息萬(wàn)變，這些變化使用傳統(tǒng)方法也不能及時(shí)和確切地表現(xiàn)出來(lái)。利用BIM模型的可視性進(jìn)行三維立體施工規(guī)劃，可以更高效、精確地進(jìn)行施工布置策劃，解決二維施工場(chǎng)地布置中難以避免的問(wèn)題，如塔吊和圍護(hù)、土建結(jié)構(gòu)的碰撞，施工電梯的布置、泵車行進(jìn)路線以及覆蓋范圍等。利用項(xiàng)目整體結(jié)構(gòu)BIM模型，對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行三維立體規(guī)劃，包括加工區(qū)、材料堆放場(chǎng)地、工具倉(cāng)庫(kù)、生活區(qū)、臨時(shí)道路等的布置，可以很直觀地反映施工現(xiàn)場(chǎng)情況，節(jié)省施工用地、保證現(xiàn)場(chǎng)道路暢通、方便管理人員進(jìn)行管理，避免二次搬運(yùn)及事故的發(fā)生（圖5）[5]。
5BIM模型在施工組織設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
在BIM模型建立后，項(xiàng)目部應(yīng)利用BIM模型著手進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)的編制，用來(lái)指導(dǎo)施工項(xiàng)目全過(guò)程，確保工程施工活動(dòng)高效、有序、綠色、科學(xué)合理地進(jìn)行。傳統(tǒng)的施工組織設(shè)計(jì)以文字為主，配以少量二維CAD圖形對(duì)整個(gè)施工全過(guò)程中的場(chǎng)地布置、技術(shù)、組織和經(jīng)濟(jì)進(jìn)行闡述和指導(dǎo)，總體上簡(jiǎn)明扼要，但是又不夠直觀，同時(shí)由于是技術(shù)人員基于二維圖紙產(chǎn)生的思維，對(duì)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)和水平提出了相當(dāng)高的要求�，F(xiàn)如今基于BIM模型來(lái)編寫施工組織設(shè)計(jì)會(huì)更加高效和直觀。在模型建立過(guò)程中，技術(shù)人員需要把圖紙重新梳理一遍，并且在三維模型中更容易發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中存在的問(wèn)題，加快了審圖速度，降低了審圖難度，為施工組織設(shè)計(jì)以及圖紙會(huì)審提供幫助。現(xiàn)場(chǎng)塔吊布置采用BIM模型定位，避免了和結(jié)構(gòu)碰撞以及和周圍已建建筑的碰撞。塔吊拆除中，在場(chǎng)地允許的情況下避免吊臂和結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞，加快了塔吊布置速度，特別適合結(jié)構(gòu)復(fù)雜和周邊環(huán)境復(fù)雜的工程。通過(guò)BIM軟件的相關(guān)應(yīng)用功能，實(shí)現(xiàn)一鍵查找項(xiàng)目中存在的高大支模構(gòu)件，本工程酒店主樓查找出了164個(gè)高大支模構(gòu)件，軟件查找比人工手動(dòng)查找省時(shí)省力，針對(duì)本工程180 000 m2大體量工程避免了遺漏出錯(cuò)。利用BIM模型可以很容易生成各個(gè)部位的剖面圖，幫助方案的制訂，省時(shí)省力，模型建立準(zhǔn)確，任意位置都可以直接生成剖面圖。利用BIM模型進(jìn)行施工模擬，再對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)交底，直觀明了，更加具有操作性和針對(duì)性。
6結(jié)語(yǔ)
BIM技術(shù)作為近年來(lái)的新鮮事物，受到眾多大型建筑企業(yè)的認(rèn)可，但在國(guó)內(nèi)能全面應(yīng)用的項(xiàng)目仍不多。本項(xiàng)目體量大、場(chǎng)地狹小以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜，公司看中了BIM技術(shù)可視化三維信息模型、多元化的信息輸出方式和參數(shù)化建模的特性，故在這個(gè)項(xiàng)目全面推行BIM技術(shù)。在前期應(yīng)用的過(guò)程中，整個(gè)團(tuán)隊(duì)在利用模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化、前期策劃中都積累了一定經(jīng)驗(yàn)，但仍存在許多不足，例如模型的精確度、模型的傳遞、團(tuán)隊(duì)磨合等。隨著工程進(jìn)度的推進(jìn)，團(tuán)隊(duì)希望在管線碰撞、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工模擬、預(yù)留洞口施工、砌體排布、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等多個(gè)方面探索BIM技術(shù)的應(yīng)用點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
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