摘要:土木工程建造过程与BIM技术结合程度日趋紧密,随着BIM技术的发展,其在施工阶段的应用逐渐成为关注焦点。很多装配式工地面临构件运输堆放空间有限、现浇与预制工序交叉程度高、施工环境复杂、施工工期紧、施工精度要求高等诸多要求。通过引入BIM技术,采用revit建模、Fuzor软件进行工程进度模拟及后期渲染,进行吊装过程规划模拟、钢结构节点深化设计,并且应用了基于BIM+信息化管理平台。在缩短建设工期、大量减少施工所需材料及能源消耗、降低劳动力投入的同时,对于提高建造精度、提升建筑整体质量起到了良好的效果。本篇文章分析了BIM技术在高科技厂房施工的施工阶段应用的意义,从而探讨它在工业建筑施工中的具体应用。
关键词:电子工业厂房;构件吊装;建筑信息模型(BIM);建造管理
0 引 言
BIM技术的全称为建筑信息模型,该技术主要是通过信息数据来构建一个参数模型,让工作人员通过建筑模型来解决实际中发生的各种问题。通过长时间的研究与发展,BIM技术已经在许多领域中应用[1]。本文针对BIM技术在高科技厂房建造阶段的应用情况进行深入分析。
高科技厂房生产的产品分类有很多种,包括通信产业、电子芯片、医药保健、化学、生化科技、环境、能源七大类,其中电子芯片厂房对建造精度的要求要远高于其他几种[2]。伴随着工业建筑高新技术的日趋复杂,工业建筑在许多方面有了更高的要求,需要适应并满足生产产品的自动化、洁净化、精密化、环境无污染等要求[3]。
本厂房项目通过科研活动的开展,在解决项目技术难题的同时,系列研究成果将为全国大型装配式电子厂房建筑施工提供参考。
1 施工重难点阐述
本工程预制化率为柱85%、梁100%,PC构件总数量9828 件,构件最大重量约19 t,构件混凝土总量约20570m3;钢构件22181根,总用钢量4.37 万吨,现浇结构中含540m超长混凝土结构筏板,77t钢桁架一次起吊,共两万余次钢构件、PC构件吊装,功能分区严谨,采用建筑材料也不尽相同。现将重难点总结如下。
1.1工程质量标准要求高
本工程钢结构采用螺栓连接方式,加工和安装对精度有严格规定,其中地脚锚栓位移允许误差仅为2 mm。FAB区域洁净室楼地面平整度要求精度高(设计要求面层平整度3 mx3 m误差不超过3 mm)。
1.2 可用吊装区域有限
本工程涉及大量吊装作业,大型设备立体交叉作业安全风险管理难度大,安全管理程序、方法应当符合行业和韩方有关要求。此外还应加强塔吊高低避让、信号管理、做好群塔作业和规范吊装操作行为。
1.3 钢结构施工难度大
钢结构主要应用于FAB栋屋顶以及SUP栋结构梁。其中钢屋顶底部距筏板标高的距离为21.38 m;由于可供下部钢结构吊装的施工现场空间较为狭窄,吊装机械所能安置的位置需要错开屋顶钢架下的区域,且整个施工过程不能影响其他PC结构吊装,施工面临挑战。
2 施工布置计划模拟规划分析
一个项目从施工进场开始,首先要面对的是如何对整个项目的施工场地进行合理布置[4]。合理的场地布置能尽可能减少将来大型机械和临时设施反复调整平面位置,尽最大限度地利用大型机械设施的性能。同时,能够对物流材料做好需求分析,尽可能合理地安排材料进场和材料堆放,对现场人流进行合理的规划,保证流水作业等。
2.1施工布置计划的主要内容
1)先行测量相关地形及周变环境数据,导入至revit模型,导入该地区地貌、道路、建筑物等三维模型,模拟施工现场及周边真实环境,其次导入总平面布置图,模拟施工现场及周边真实环境。
2)周边环境建立完成后,将临建设施、施工主要区域、施工机械及安全文明设施模型放置其中。
3)依据不同的施工阶段(基坑施工阶段、基础施工阶段、主体结构施工阶段、钢屋架施工阶段,装饰装修施工阶段)编制施工进度project文件,并将主要施工过程导入fuzor 4D进行模拟评估,找出进度拖延原因并优化施工过程。
2.2 施工场地布置计划的主要成果
在施工场地东、北、西三侧周围共布置7525 型塔吊16 台,布置间距符合相关标准,避免了塔吊之间相互碰撞。施工区域内部穿插布置160 t及200 t汽车吊,在保证施工安全的同时将不同吨位的机械合理分配,吊装效率最大化,保证最大限度利用狭小的作业空间;周围穿插布置休息间以及施工电梯及货梯,保证人员与材料分开运输,贯彻了安全第一的施工理念。
3 大批量施工构件起吊安装模拟
本工程PC构件(11516吊次)和钢结构吊装(9549吊次)工作量巨大而且起吊重量超重,其最大钢桁架77 t,最小26 t,PC格构梁最大重量17 t,最小9 t,起重设备的选择和布置、吊装顺序安排等对工程顺利实施至关重要。
3.1构件与施工配件的BIM模型深化设计
在构件制作阶段,工厂洁净室所用格构梁及连接结点制作精度要求高,对其进行深化设计并建立参数化revit模型,对施工工艺向施工班组进行交底。新型SRC柱采用玻璃钢(FRP)作为模板材料,利用定位卡具使模板与之形成整体;在设计过程中运用BIM技术,创建模板各构件模型,通过创建明细表比较直观的进行工程量统计,该清单符合真实施工需求并且具备高度计划。
3.2 构件吊装过程模拟研究
通过将各类预埋件在施工作业模型上精确定位,进行空间布置和碰撞模拟,发现了5处重大错误,其中有两组高强连接螺栓“悬吊”在筏板上空,与洁净室底部送风设备系统冲突,修复该错误后提升了模型的准确度,优化了干式节点的设计及施工方案。
4钢结构节点深化设计
钢结构前期深化设计过程中,综合后期施工进度与其他专业塔吊使用情况,有效安排塔吊的使用在钢结构施工期间最大化使用塔吊效率。设计过程采取“施工图设计——问题审查——预制加工设计——精细化施工应用”的流程,为后续施工奠定良好的基础。
5 基于BIM+的信息化管理
本大型装配式结构厂房应用了基于BIM+的信息化管理平台,该平台基于BIM模型、大数据、物联网、云计算等技术,在项目进度管控、信息共享、智能分析上集成应用,旨在提高项目精细化管理水平,对施工的质量、安全、进度等信息进行全方位把控。主要功能及介绍如下:
5.1 施工部署功能
即现场场地规划,首先利用内置BIM模型族将拟建施工区域、办公区、生活区在地形图中具体坐标位置予以明确,其次确定施工主干道及分支施工道路,结合施工区主要临时设施的种类确定其分布;之后设置主要施工区域及材料堆场,根据施工区域确定大型设备的布置位置,最后确定配电箱及供水路线。
5.2施工模拟功能
即方案可行性研究分析,本文第3.2节所述内容,将施工方案在BIM模型中进行表达,包括一些需要进行专项施工方案设计的工序(如钢结构吊装),施工方组织相关专家在仔细听取施工人员的汇报后进行评估,将模型与实际施工相结合,以求提高施工精确度。
5.3循环闭合安全管理功能
本项目利用BIM技术的优势,构建装配式施工场地危险源预警平台,通过空间坐标系的方式划分施工现场危险区域,监控区域内危险源,在BIM模型中根据作业人员佩戴的RFID设备的实时数据进行坐标定位,一旦人员进入则发出警报。
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图1 现场作业安全管理系统界面
Fig 1.Interface of on-site operation safety management system
5.4 资料管理功能
传统建筑工程资料管理中出现了诸多问题:1)工程验收及移交过程主要还是由人工对巨量信息进行审核[2],人工审核充斥着不确定性,阻碍验收工作的有序推进;2)信息技术应用不够普及导致施工资料存档信息化受到制约,因此造成资料难以查询或者查询效率低下的困境。
5.5进度动态展示优化
进度动态展示集中表现在建筑模型与进度计划的结合上,使得每个模型对应相关的计划工序,再通过数据层及平台中心,导出整个可视化应用,包括施工过程的模拟优化、场地布置及资源的动态管理、施工碰撞检查等,并且提供构件进场提示、构件入库提示、构件安装进度提示等,出现工期滞后时有利于追溯责任的主体。通过信息反馈,相关管理人员及时进行跟踪管理,采取纠偏措施进行现场安排,实时记录现场情况,对进度管理进行有效的把控。
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图2 进度动态检查及展示
Fig 2.Progress dynamic check and display
6 结语
本项目的顺利实施,标志着我国建筑业向世界先进的项目管理水平迈进的坚实一步。1)基于BIM技术的吊装过程模拟,使得施工过程中吊车成功规避障碍物160 余次;2)BIM+技术的运用成功缩短了部分工序的搭接时间,缩短结构工期带来的经济效益使得PC结构每平米成本降低 674.60元,PC 结构建造方式每平米比传统现浇结构每平米单价324.39 元,大型电子厂房采用BIM技术优化项目管理在综合成本上拥有优势[6]。
参考文献:
[1] 曾田.BIM技术在装配式建筑中的应用探究[J].智能城市,2020,6(06):44-45.
[2] 易维.我国高科技园区标准厂房设计研究[D].沈阳建筑大学,2012.
[3] 从晓军,晁阳.超大体量高科技厂房——京东方重庆第8.5代新型半导体显示器件厂房设计手记[J].建筑与文化,2015(03):72-77.
[4] 唐红,孔政,龙腾.建筑信息建模技术在武汉某超大型深基坑工程中的应用[J].工业建筑,2016,46(11):197-200+174.
[5] 陈冠东,芦继忠,陈权,et al.BIM技术在建筑工程电子验收与资料移交过程中的应用[J].企业科技与发展,2018,No.437(03):151-152.
[6] 宋煜.基于案例的高科技电子厂房预制与现浇结构建造对比研究[D].清华大学.
作者简介:
王茹(1968/11—),女,汉族,江苏丰县,博士,教授,西安建筑科技大学,主要研究方向:装配式及bim技术应用研究;
宫珏(1995/09—),男,汉族,安徽滁州,硕士,建筑与土木工程专业,西安建筑科技大学,主要研究方向:装配式及bim技术应用研究;
秦晓晖(1995/05—),男,汉族,安徽合肥,硕士,建筑与土木工程专业,西安建筑科技大学,主要研究方向:项目管理。