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凤阳体育中心项目

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1  项目背景
1.1  项目简介
工程项目位于滁州市凤阳县境内,建设内容主要包括体育馆、全民健身馆、游泳馆和体育场及室外配套设施,工程占地面积为13.7万m2,建筑面积3.24万m2,造价2.11亿元,见图1。
            
 
图1  项目效果图
1.2  工程重难点
本工程建筑造型新颖,异形结构尺寸变化多,图纸深化设计工作量大,如何实现外观建筑美学、达到设计效果,难度高。
体育馆屋盖系统为桁架、网架、拉索等组成的组合结构体系,并且空间安装定位难度大,安装方案选择及优化为本工程的难点。
本项目为综合性工程,专业之间易发生错、漏、碰、缺等现象,使用传统二维图纸与业主、设计单位沟通不易表达、沟通效率低。
2  BIM应用环境
2.1  BIM团队配置
本项目建立专门的BIM应用团队,由公司总工领导。技术中心BIM建模组负责BIM应用策划和各专业建模与整合,制造分公司负责钢结构建模及加工制造,项目部负责工程量计算及BIM应用实施。BIM团队组织图,见图2。
 
图2  团队组织图
2.2  BIM软硬件配置
根据本工程特点,我们选用建模、计算、整合和项目应用等4种类型BIM软件,主要包含Revit、Tekla、MagiCAD、MIDAS、Glodon、Navisworks等,具体软件配置,见图3。
  
图3  BIM软件配置图
公司配备BIM工作专用服务器、移动式工作站、无人机、3D打印机、虚拟现实设备及其他移动终端。
2.3  BIM应用标准
为了高效、合理、深入的发展BIM技术,公司专门编制《凤阳体育中心BIM实施方案》,建立统一的《土建专业BIM建模标准》、《钢结构专业BIM建模标准》、《机电专业BIM建模标准》、《幕墙专业BIM建模标准》,主要包含应用文件目录和命名、建模精度、单位坐标、模型色彩、软件选用、交付标准等内容。在命名、颜色、深度、存储、协同、交付各方面加以指导,项目各参与方严格遵照标准内容进行三维协同建模。
2.4  BIM构件库管理
我们BIM标准构件库包含建筑、结构、给排水、暖通、电气、园林和施工七大部分。通过项目不断积累完善,截止目前共积累施工设备族114个,施工机械组361个,极大的提高了建模效率。
3、BIM应用总体思路
基于项目重难点情况,将BIM技术应用于深化设计、工程量计算、加工制造、方案比选优化、机电管线综合、施工过程管理(进度、成本、物料、安全、质量)及新技术探索等11个方面。BIM应用总体流程,见图4。
图4  BIM应用总体流程
 
4  BIM应用内容
4.1  钢结构施工BIM应用
(1) 体育馆钢结构施工方案比选优化
体育馆主体结构为钢筋混凝土框架结构,屋盖为钢桁架、内环网架及拉索等组成的组合结构。编制方案过程中,我们建立多个施工方案的BIM模型,通过施工模拟综合评定,进行方案比选,优化资源配置,缩短工期,使技术可行性趋于合理,见图5。
 
图5  施工方案比选优化
 
(2)结构支架卸载计算模型
应用Midas对提升支架的关键工况进行详细计算分析(见图6),并将其数据导入Tekla软件中,生成三维实体模型,由三维模型输出加工制造图纸,
 
图6  结构支架卸载计算模型
 (3) 相贯线数字化加工
利用软件接口将体育馆钢结构Tekla模型导入到相贯切割软件中,对相贯杆件批量编程,并按零件号快速导出切割程序。采用相贯切割数字化加工软件大幅提高加工准确性,工作效率提高2倍以上,为公司钢结构制造加工提供强劲的技术支撑,见图7。
         
图7  相贯线数字化加工流程
建立体育馆钢柱脚BIM模型并出图,指导铸钢件模板制造尺寸精准,无偏差,参见图8。
图8  铸钢件制造加工流程
(4) 基于BIM的二维码应用
公司研发了基于BIM的二维码管理系统,以项目为主线,以构件为单元,以二维码为身份标识的载体,实现项目及构件的原料、设计、生产、合格品入库、库存、发货、物流跟踪、收货、施工验收全流程的信息化管理,实现项目进度的实时管控,具有项目管理信息化、产品身份标识化、构件全程可跟踪、收发货凭证化等特点,见图9。
 
 
图9  基于BIM的二维码应用流程
 
4.2  土建施工BIM应用
(1) 施工总平面布置
本项目为圆弧形等不规则的结构工程,传统依靠CAD二维图对现场的大临、道路、塔吊等布置的方法不仅效率低且由于受到场地大小及主体异形等影响,往往造成场地布置不能满足现场实际施工的需要。因此结合BIM技术,对现场的道路、临建、塔吊等构件进行了合理的布置,通过模拟提前将现场布置的问题反应出来并进行调整,从而实现施工场地优化布置的目的。其施工总平面布置,见图10。
 
图10  施工总平面布置
(2) 体育馆混凝土工程模型算量
本项目推广使用广联达软件进行土建、钢结构、机电等专业的工程量计算工作。广联达软件可以自动生成各类工程量汇总表,改变了传统手算工作量大、错误率高、工程量汇总统计繁琐等难题,大大减轻了工程量复核难的问题。经过Revit和Glodon两款软件相互校验,土建工程量计算偏差在3%以内,为项目材料备量提供了准确依据,同时提高了土建算量的效率和准确性。
4.3  机电施工BIM应用
(1)管线碰撞检查
本项目采用Navisworks软件进行管线碰撞检查(见图11),预先发现机电专业管道关键碰撞63处,依据管线避让原则,优化设计,间接缩短工期约35天,节省经济成本60万元。
图11  管线碰撞检查
(2) 指导管线洞口预留预埋
在MagiCAD软件中将机电与土建模型整合,自动生成孔洞。在砌筑前进行预留洞口标注,机电制作穿墙套管,土建预制过梁,施工时实现机电穿墙洞口一次预留,避免后期开洞所造成的劳动力浪费和质量隐患,间接缩短工期约21天,节省经济成本19万元。
(3) 综合支吊架设计
预先排布机电管线,设计综合支吊架,在走廊(见图12)和泵房等区域有效解决了有限空间内支架排布混乱问题,既节省空间又加快了施工进度,间接缩短工期约15天。
         
 
图12  综合支吊架
4.4  幕墙及装饰施工BIM应用
(1) 全民健身馆幕墙分格
将全民健身馆铝板幕墙和玻璃幕墙三维分格(见图13),辅助幕墙深化设计出图工作,并指导工厂加工和现场定位安装。
         
 
图13  全民健身馆幕墙分格
(2) 屋面维护系统板材优化
通常根据版型将屋面分为弧板区、直板区、扇板区,通过BIM软件对异形双曲面金属屋面进行精确三维放样,再对放样的板块进行一一编号,有效的解决了各类异形板的裁剪、安装难题,保证了建筑效果美观。经过优化,缩短工期20天,节约材料费用约37万元,减少后期屋面维护成本。
5  BIM应用创新点
5.1  BIM+3D打印技术
3D打印建造技术是借助3D打印数字化理念通过配套的机械设备实现建筑构件成型的一种新技术。采用3D打印技术,将Tekla模型导入到Cura中分解、切片,最后导入3D打印机中打印模型(见图14)。通过热熔打印出模型样品,相较于BIM可视化而言,利用实体模型进行柱脚节点钢管焊接顺序交底,更加的详细生动,富有趣味性。
 
 
图14  基于BIM的3D打印
5.2  BIM+无人机航拍建模技术
倾斜摄影具有很多技术优势。它通过快速的影像数据采集、自动化的三维建模实现外业、内业的高效率工作,测绘精度达厘米级,构建的三维场景真实反映地物的外观、位置、高度等属性,并且影像数据可量测,同时输出DSM、DOM、三维网格模型、点云数据模型等多种数据成果。
通过无人机采集空间信息和实景影像,生成三维激光点云数据,土方体积计算准确度与速度相较于人工RTK测量有了大幅度的提升。三维实景模型可用于辅助施工前期征地拆迁、基坑土方复核(见图15)、施工过程实景资料等工作。
 
图15  倾斜摄影土方复核计算
5.3  BIM+VR技术应用
将BIM模型与VR结合,在三维虚拟世界中实时、无限制的观察模型。深化设计阶段,项目各参与方通过用户端共同浏览模型,从而进行专业间协调分析,见图16。
将VR技术与安全体验相结合,通过体验让施工从业人员亲身感受违规操作带来的危害,强化安全防范意识,熟练掌握部分安全操作技能,提高了工人的安全意识,把被动培训转化为主动体验,实现从“要我安全”到“我要安全”的意识转变。
    
 
图16 虚拟现实体验
6  BIM案例总结
6.1  BIM总结
本项目中BIM技术在深化设计、方案优化、技术交底和异形屋面放样加工等方面进行深入应用,我们从社会、经济、技术、管理、人才培养等五个方面进行深入总结。
(1) 社会效益:通过BIM技术智能化、数字化管理工地,将凤阳体育中心项目创建成为现代化安全文明标准工地,成功举办BIM展会,得到了凤阳县县委县政府极大的认可。
(2) 经济效益:本工程将BIM技术应用于深化设计、制造加工、施工管理等方面,材料料损降低1.8%、废料降低2%,同时相贯线切割功效提高2倍以上,钢构件管理准确率提高70%,工作效率提高50%,截止到8月份共节约施工成本182万元,缩短工期约94天。
(3) 技术创新:在钢结构提升方案优化和双曲面异形屋面放样加工等方面引入BIM技术解决了传统二维方式难以解决的问题;对3D打印技术、无人机倾斜摄影和虚拟现实技术进行了探索性应用,有效提升了建筑品质。。
(4) 管理创新:企业研发的二维码物料管理系统,真正意义上解决了钢构件材料加工、入库、出库、运输、收货、验收全过程管理混乱问题,为物料管理提供了有力的数据支持。
(5) 人才培养:开阔企业人才技术能力范围,传授先进技术知识,形成完备的BIM技术应用规范,坚持BIM技术应用培训,累计培训员工100余人。
6.2  下一步计划
下一步计划主要有四个方面:一是利用BIM技术探索PPP项目设计、施工、运营全生命期管理;二是探索项目部中小型临建设施3D打印制造;三是研发数字化基坑BIM安全监控平台;四是设计工厂化激光扫描仪用于复核钢构件结构尺寸及质量缺陷。