林峰、于振兴、马贤领、周殷弘、梁栋
中国建筑第八工程局有限公司 上海 200135
摘要：对于风洞工程施工项目而言，难免会遇到异形薄壁这种特殊情况。异形薄壁混凝土混凝土施工因为主体结构复杂，导致施工难度较大，施工过程中风险因素较多。如果借助BIM技术可以创建施工模型，使施工过程变得更加高效、安全，为异形薄壁混凝土和风洞工程质量打下坚实基础。本文结合某工程实例，对BIM在异形薄壁混凝土风洞工程施工中的具体应用进行相关探究，并提出几点措施建议，供大家参考借鉴。
关键词：BIM；异形薄壁混凝土；风洞工程施工；应用
引言：异形薄壁混凝土风洞工程由于受到复杂的主体结构影响与限制，不但施工难度较大，其施工过程及相关技术应用还容易受到各种风险因素、安全隐患的威胁。如果利用BIM体系构建起相应的施工模型，可以为整个施工过程提供强大的技术支持以及诸多有效信息，从而使施工质量与现场安全得到有效保障，确保各项施工任务的顺利完成。
一、工程概况
某风洞工程洞体结构是一个超大异形薄壁混凝土结构.该洞体回路非常复杂，主要由消声室、扩散段、拐角段、换热器段、回流段、大开角扩散段、过渡段、收缩段这8个部分共同组成。其中，最小截面位于收缩段，最大截面位于换热器段，其它各段截面形状均存在差异，例如八边形、圆形、矩形等等，而收缩段洞体的四面均为曲面；洞体结构壁共包含两层，即混凝土结构层和水磨石层；结构壁厚度为155mm。实际洞体结构如图１所示。
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图１ 风洞结构示意图
二、BIM在异形薄壁混凝土风洞工程施工中的应用
1.做好前期准备工作
技术人员通过对此施工难点进行分析之后，认为其核心问题在于其洞体空间几何形状过于复杂，要想取得理想的施工质量，必须借助BIM的应用，获取到详尽并且可靠的风洞空间几何信息，构建起三维施工模型。以后，技术人员与施工人员便可以借助此模型对施工过程、技术难题进行模拟分析，从而更加直观、高效的开展技术沟通，为工程质量提供可靠保障。在前期工作中，具体包括以下两方面内容：第一，在本工程施工企业内部，已经建立起BIM实施标准，并且按照工程实际建设需求，配备了项目管理人员及施工团队，完成了BIM工具的挑选，为BIM模型的创建与实施做好相关准备；第二，BIM模型创建。在此环节，主要包括以下步骤：①规划方案：BIM操作人员以建设方提供的二维图纸作为建模依据，创建一个以结构模型为主，其余模型为辅的BIM施工模式。此模式既要体现出较强的协同性与专业性，又要依据专业分项实施项目，直观呈现出局域网工作环境。还要保证此模型的参数化和模块化程度，为工程量数据分析、施工过程模拟、模型修改及相关管理工作提供便利条件[1]。
2.开展可视化施工指导
具体包括：①可视化技术交底。在技术交底环节当中，施工人员和技术人员可通过可视化漫游方式对BIM模型进行任意位置、任意角度的透视与剖切，实现更加高质量的沟通，为施工现场、施工过程进行全方位的指导，使全体施工班组人员更加形象、直观地掌握风洞工程各部位的复杂关系、施工工序以及施工技术应用；②施工材料数据信息的提取。在创建完三维模型并且添加完相关字段以后，便可以借助BIM明细表功能对各部分构件数量及混凝土量等材料信息进行提取，为施工材料的合理利用与有效管理提供参考；③优化施工方案。由于该风洞结构形状非常复杂，而且截面形状沿洞体轴线方向呈现逐渐趋势。在这种情况下，如何制订模板裁分方案、合理创建结构模板、准确测定模板弯曲形状使成为工程质量的关键影响因素。在使用BIM制定模板裁分方案时，可借助三维模型先将每一个混凝土施工段的结构不规则表面展开，然后再拼接到一起，再使用多面统筹方式进行统一裁分，这样可以最大限度节省模板，减少裁分废料。还可以利用三维模型模拟曲面洞体的模板弯曲形状，使曲面模板得到精确定型，还可以通过三维模型对模板及其支撑体系进行优化设计，确保最终呈现出最佳施工效果；④4D施工模拟。在该风洞工程施工之前，技术人员在BIM模型当中输入了时间进度信息。这样一来，BIM系统便可以按照施工进度要求分析出相应的施工流程、施工排期及场地布局，在保证施工质量的基础上，尽量缩短工期、降低成本、提高效益。但是，在运用4D模型施工模拟之前，需要针对BIM模型进行优化，确保该模型能够按照施工进度要求对风洞结构主体进行合理拆分，还要确保风洞壁面为分层施工。为了降低建模难度，避免重复建模，技术人员需要根据实际使用情况，运用相关插件实现洞壁多层构造的一键分割，使其形成多个独立壁面层，确保各个施工阶段均可以得到细化分析；⑤施工现场模拟布置。在风洞施工现场，往往需要存放大量施工材料各机械设备。但是，由为洞体内部较为狭长，要想做到合理存放，还需要借助三维模型对施工现场进行合理布局，并且使材料运输路径得以优化，确保施工区域内的交通路线、现场布置更加科学合理[2]。
3.施工测量数据相互协同
绝大多数风洞工程都具有体型复杂、精度要求高、控制点多等特点。所以，施工过程中的定位放线是一项既复杂又重要的工作。在以往的施工中，放线定位点的确定大多采用手工方式进行计算或者借助AutoCAD绘图软件进行获取。引入BIM以后，便可以借助三维模型和全站仪，对所需要的空间定位点进行提取，不但大幅提高了定位效率，更提高了定位精度。同时，风洞施工质量一直是人们所关注的焦点问题。但在风洞内部，不仅型面尺寸较大，而且形状极其复杂，使用传统测量仪器和测量方法显然难以获取所有型面的三维空间信息。然而，伴随着三维激光扫描技术的快速发展，这项技术在地形测绘、工程检测、工业测量等领域内得到了越来越广泛的应用，并且呈现出较为理想的应用效果。比如利用三维激光扫描技术，可以快速获取目标物体的空间位置坐标，最终得到一个全面准确的三维点云。再借助专业化软件对点云数据进行技术处理，便可以得到该物体的完整空间尺寸和参数信息。此时，工程技术人员便可以将点云模型与BIM模型进行比对，借助可视化偏差色谱云图显示出对比结果，为风洞工程建设施工提供更加可靠的参考依据。此外，由于BIM模型都是由标准平面、曲面等元素所组成，而实体工程在细节上往往是不规则的，这些不规则几何信息难以非常详细地反映到BIM模型当中。此时，借助三维激光扫描技术所获取到内型面点云数据，便可以使BIM模型信息得到有效补充，通过这种测量数据的相互协同应用，使BIM模型呈现出更高的实用价值[3]。
结语：风洞工程虽然主体结构较为复杂，存在较大施工难度。但通过BIM技术的应用，不仅降低了施工难度，还使主体结构施工质量和精度得到了有效保障。本工程项目所积累的施工经验，为今后的BIM应用与研究提供了有效参考。例如在设计阶段，就要引进BIM体系，运用BIM的各项先进功能完成风洞工程设计。只有这样，才能确保BIM模型最贴近工程实际情况，符合设计初衷，最大限度发挥出BIM的技术含量与应用价值，为后续施工提供有效的信息集成。
参考文献：
[1]张笈玮,樊博琅,杨辉,廖小烽,徐忠超.BIM在异形薄壁混凝土风洞工程施工中的应用研究[J].施工技术,2014,43(21):17-20.
[2]李博平,张宗国,廖小烽,张笈玮,杨辉.施工应用背景下混凝土风洞工程BIM模型创建研究[J].施工技术,2014,43(21):13-16.
[3]杨得富.5米立式风洞洞体施工攻坚技术[J].四川建筑,2005(S1):192-194.
本文由中建股份科技研发计划资助，课题名称： 高精度现浇清水混凝土风洞关键施工技术研究与应用，课题编号：CSCEC-2019-Z-06 。