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結構工程設計施工中BIM 5D技術的應用意義

來源:原創論文網 添加時間:2019-12-13

  摘    要: BIM 5D的概念技術軟件可有效解決單位工程中規模較大、結構復雜、項目管理相對困難的工程問題。文章以北京建筑大學體育館工程建設項目為例,基于BIM 5D技術對工程建設進度進行模擬,可更高效的解決項目工程管理中遇到的問題。將工程實際進度與計劃進度進行對比,利用信息化模擬工程建設過程,檢查施工階段的可實施性,以及提早預判計劃和實際的工藝偏差,進度預警,并及時進行工作調整。

  關鍵詞: BIM; 5D技術結構工程; 工程管理;

  Abstract: BIM 5 D conceptual technology software can effectively solve the problems in the large-sized unit engineering with complex structures and relatively difficult project management. This paper takes the gymnasium project of Beijing Jianzhu University as an example and simulates the construction progress based on BIM 5 D-based technology, so as to solve the problems encountered in project management more efficiently. In such way, the actual progress of the project can be compared with the planned progress, the construction process can be simulated by informationization approach, the feasibility in the construction stage can be checked, the plan and actual process deviation can be predicted in advance, so as to make an early warning of progress and adjust the work is in good time.

  Keyword: BIM technology; 5D technology structural engineering; professional management in construction projects;

  1、 引言

  BIM(Building Information Modeling)軟件技術進入中國是Autodesk公司在2002年率先提出的,目前已得到建筑業的廣泛認可,建筑工程項目是一個細化合作的過程,責任單位眾多且各單位之間的工作搭接既頻繁又密切,如果不能使項目信息實現有效性傳導,將極易造成真實性數據信息缺失、工程延誤乃至安全事故的發生。利用BIM技術手段將建筑業信息化整合是解決這一問題核心,以建筑行業近年來廣泛應用的鋼結構與裝配整體式剪力墻結構相結合的結構施工方法為例:如果有效利用BIM模型,即可將實質性的工程結構方案在設計階段就提前介入,綜合構建以結構分析為導向的設計流程,并且可將施工圖及其計算階段的大量工作同步前置于設計階段。利用BIM軟件的協同信息輔助整個工程全壽命周期管理,可將結構調整、設計變更、控制造價、進度管理等形成完整的BIM模型施工設計圖,這樣,生成的BIM圖紙的完全取代了傳統的施工圖+網絡計劃圖+設計變更圖+進度控制變更等反復性較強的傳統審簽資料,工程管理人員僅需專注的重點則側重于對BIM技術的全過程監管與協同。

  2、 理論分析

  以往研究中大多僅僅對于BIM發展模式進行了探討,但在具體的高性能預制構件裝配式施工同新興BIM 5D技術相結合領域的研究相對較少。BIM 5D技術即在原有的BIM三維模型基礎上加入進度維度控制和造價維度控制兩個維度,從而形成一個基于BIM技術的建筑信息五維控制管理體系模型,在原有軟件模型的功能范圍內融入了時間進度信息控制管理與成本造價信息控制管理功能區,形成更具有跨組織性管理特點的工程管理技術模型,在原有的3D模型已足夠完成大量的數量信息集合,在此基礎上再加入時程鏈接,對于工程預算成本形成前置性管理具有顯著的效益;谑┕るA段現場實際操作具有多變性與不確定性,BIM 5D技術相較于原有管理流程能夠更為快速的反映時程與成本,協助施工現場應對突發情況作出迅速反應,生成精準的數量與工序各單位分析抉擇,協同設計、勘查、監理等各單位提供解決方案并精準計算成本,預估現金流量及財務狀況,有效降低營運的風險成本。結合預制構件安裝更有效的優化了傳統施工工藝精度控制,有效提升生產效率、節約工期、降低成本,完全符合當下推行的綠色建筑標準化工程建設要求。
 

結構工程設計施工中BIM 5D技術的應用意義
 

  3、 實例分析

  以北京建筑大學體育館工程建設項目為例,該項目是極具典型的大跨度鋼結構結合裝配式混凝土結構施工的建筑工程,項目主體總高度27.5m,占地面積約4458㎡,總建筑面積19152㎡,建筑結構分為地下兩層水上項目功能區,主體地上一層、局部三層分隔的室內比賽功能區設計。地上主體結構體系為裝配式鋼筋混凝土框架剪力墻結構加大跨度單層鋼網殼屋頂(見圖1)。南側廣場設計為下沉式結構并設置10.7m高裝配式混凝土擋土墻,可直通地下二層。北側設置有弧形室外踏步,可通至二層屋面平臺。該項目涉及建設業態豐富,并要求其設計品質需符合綠色建筑三星建設標準的要求,采用BIM技術手段進行全過程項目管理:土建模型、設備模型、整體模型、碰撞檢測管線綜合、施工工藝方案模擬、5D進度模型、質量資料管理、精裝修模擬、移動端運用等。其中以建筑主體施工為主線,利用BIM 5D建模所需提取的核心數據信息為節點,分析設定施工階段現場水文地質及氣候等數據信息,對應分析建筑自遮擋時間信息及陰影面積分布概況,獲取大跨境單層鋼網殼結構采光設置最佳角度,指導設備定位等綜合方案研判;然后將確定的建筑形體方案數據傳遞給結構分析部門,對工程結構分解定位線等導入有限元分析,獲得真實的構件信息和截面屬性,設定準確的荷載組合分析得到結構受力布置方案。對于裝配式鋼筋混凝土框架剪力墻結構的結構形式,結合有限元軟件分析計算,優化施工工藝及施工進度布置方案決策。

  3.1、 BIM 5D應用在實例中的有效性分析

  由圖1可見體育館結構成橢圓形,最大直徑為80m,屋頂部分采用大跨度單層網殼鋼結構與裝配整體式剪力墻結構相結合,具有大跨度、高精度、施工工藝復雜等特點,其中的機電安裝工程尤其復雜。機電安裝工程涵蓋電氣工程、通風與空調工程、給水排水與消防工程、消防弱電工程等,由于項目綜合管線的排布難度大,工程機電設備數量多,室內凈空高度要求高。針對上述特點在機電設計方面,以結構設計的空間信息、外形數據、水文氣候分析等作為參考依據,在建模過程中使用真實尺寸的設備構建庫,由Revit模型數據導出STL格式,導入CFD軟件分析,優化機電設計方案決策解決相應的技術問題。機電機房內采用空間綜合布設方式,以空調水管道防漏利排優先排布,配合調整通風管道、電氣橋架及噴淋管道的空間布設。在5D建模中,將空調水系統、給排水系統、通風系統和電氣系統中不同種類的管道使用真實尺寸的設備構件建族,添加至各視圖的過濾器中控制其可視性,模擬排布施工可提高繪圖效率及其實際可利用率。在繪制和調整布管設置圖時可完成在所有管道的模擬碰撞檢查,及時發現隱患并調整完畢后再進行全部設備進出口處的接管連接,再完成一遍通路模擬檢驗。這樣,一方面在利用真實設備尺寸構建模型的過程中可為項目實際施工提供精準的預留預埋數據,為后期期系統調試中選型提供依據完成校核計算。另一方面,可縮短碰撞檢查時間,避免重復調整設備或管道數據造成二次數據損失,有效地提高了繪圖效率和精度,避免施工過程的交叉反工及材料浪費。

  圖1 主體結構BIM模型
圖1 主體結構BIM模型

  3.2、 運用BIM計算工程量和技術施工質量管理的優勢

  基于BIM 5D技術自動化信息算量方法的完備性、關聯性、一致性等特征,可以根據需要以不同的單位角色、不同精度細度計算工程量,在設計發生變更時統計工程量、成本同步變更并形成報告。核對工程量及其價格變動狀況極為方便,不僅可以在報表里查看匯總工程量,對單個的構建、梁板柱同樣可以查看核對,將造價工作同設計工作同步更新,人工成本和時間成本都將大大降低。相比較傳統工程量計算方法而言極端精度更高、對于數據量大工藝復雜的工程來說時間更短,徹底改變設計與造價脫節為決策者方案的制定帶來的困擾,能夠實現“所見即所得”的設計造價方案。

  BIM信息同樣具有三維可視化、協調性及模擬性的優勢特征。根據設計圖紙要求本項目塔吊基本覆蓋全部施工區域,主要供土建結構、鋼結構、金屬屋面等施工使用。為此,體育館混凝土結構部分裝配施工完畢,且達到規定要求后,方可進行鋼結構部分的施工。運用BIM 5D建模的方法模擬整個施工階段,在REVIT之中演算好施工土建、鋼結構模型后,同時建立機械模型,用內建體量模型模擬單位單位機械倒序施工,把模型全導入Navisworks或者Lumion中制作演示動畫模擬仿真施工現場,可直觀有效地開展技術質量控制、分析與運算,對于出現的施工質量問題可節約解決爭議的時間。BIM模型提供了建設工程的實際數據信息,模擬過程與現實建設匹配度極高。運用Microsoftproject結合施工動畫制作初始施工進度,盡可能考慮到現場每一個場景可能發生的狀況,對現場路線、施工工序、等待時間、自由時長等需要預知的信息通過Navisworks對演示獲得,在保證質量的前提下不斷優化的施工技術方案及組織方案。

  4、 結論與展望

  通過資料收集和實例分析,論證如何利用BIM 5D技術為手段,結合當下要求的綠色建筑標準,對于工程項目從規劃、設計到施工、運營維保全過程落實綠色指標建設。研究表明,BIM 5D技術在結構工程中的應用是具有顯著成效及價值的,能夠有效解決當下施工技術壁壘、節約成本、緩解環保壓力、減少耗材、改進進度管控、提升風險管理能力、保障施工質量、完善數據積累、培養高端技術人才等各方面問題。結合目前國內外BIM的發展,現階段我國的BIM仍面臨著諸多挑戰。如BIM軟件目前仍存在多家供應商且不同軟件供應商之間數據交互技術難度大;已建成模型信息與計劃構建模型關聯度不強,標準化預制構件真實數據模型共享度不高,在成初期建模的大量時間成本浪費;由于對于大體量建筑建模生成文件數據過大,尤其是將項目各專業模型集成在一起想要實現一體化管理,那么對于硬件的要求國內很難以低成本滿足,對于高端硬件技術設備依賴度高,初期成本過大。未來BIM 5D技術將聯合物聯網信息平臺技術、云計算技術、云空間技術等,盡可能的降低運營維護成本,提升軟件技術與工程管理結合的普遍應用。

  參考文獻

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  [3]王愛蘭,宋萍萍,楊震卿,張強.BIM技術在裝配式混凝土結構工程中的應用[J].建筑技術,2016,46(3):228-231.

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