bim技術(shù)在建筑三維信息化中的應(yīng)用

0bim技術(shù)在工程管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀com是一個(gè)三維建筑數(shù)據(jù)庫，可以集成大量的建筑信息，具有高度的可視化、數(shù)據(jù)化和計(jì)算機(jī)科學(xué)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理模式的全面改進(jìn)和創(chuàng)新。近年來，BIM技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展非常迅速，在許多大中型工程建設(shè)項(xiàng)目中，BIM技術(shù)都得到成功應(yīng)用。但目前BIM技術(shù)的應(yīng)用主要還集中在房屋建筑領(lǐng)域，在市政橋梁工程中的應(yīng)用卻很少。本文結(jié)合蘇州中環(huán)快速路工程高新區(qū)段二標(biāo)段高架立交互通橋梁段施工，探究基于BIM技術(shù)的高架立交橋梁施工的模擬與優(yōu)化。1橋梁結(jié)構(gòu)組成本文以蘇州中環(huán)快速路工程高新區(qū)段二標(biāo)段鋼箱梁及鋼護(hù)欄施工(312國道—玉山路南)為依托，利用BIM技術(shù)模擬金楓路立交互通段鋼箱梁吊裝施工。金楓路立交互通橋位現(xiàn)場共可分為5層，由下向上分別為:第1層為路面道路，第2層為北環(huán)高架西向延伸快速路，第3層為ES,WN立交匝道，第4層為NE,SW立交匝道，第5層為金楓路主線。本次施工工程內(nèi)主要為3～5層鋼箱梁，共有3層與4層4座連續(xù)鋼箱梁匝道和5層1座鋼箱簡支梁。主線高架鋼箱梁為等截面簡支鋼箱梁結(jié)構(gòu)，共1聯(lián)，跨徑為50m，梁高2.0m，鋼箱梁寬25.5m。第3層為ES,WN立交匝道，包括E匝道、G匝道各1聯(lián)，均為3跨連續(xù)鋼箱梁橋，匝道跨徑長度均為(45+65+45)m，共計(jì)155m，鋼箱梁橫截面為單箱結(jié)構(gòu)，橋梁道路中心線處梁高2.2m，橫截面頂部寬10m，底部寬7.06m。第4層NE,SW立交匝道包括F匝道、H匝道各1聯(lián)，均為3跨連續(xù)鋼箱梁橋，匝道跨徑長度均為(50.5+65+50.5)m，共計(jì)166m，鋼箱梁橫截面為單箱結(jié)構(gòu)，橋梁道路中心線處梁高2.2m，橫截面頂部寬10m、底部寬7.06m。2該項(xiàng)目的實(shí)施是困難的2.1吊裝施工工期緊，不能中斷施工總工期長金楓路立交互通段鋼箱梁吊裝施工時(shí)，原有路面道路和北環(huán)西延快速路交通不能中斷，整體吊裝施工工期為1個(gè)月，在如此短的工期內(nèi)，吊裝任務(wù)十分重，如何在有限的工期內(nèi)提高鋼箱梁吊裝施工質(zhì)量成為本項(xiàng)目最大難題。2.2鋼箱梁吊裝施工本工程高架立交施工期間，由于原有交通不能中斷，所以采用鋼箱梁拼裝吊裝的方案進(jìn)行施工，部分梁段跨度較大，鋼箱梁分塊長度最長約48m，整體吊裝起重量達(dá)250t。而且由于本項(xiàng)目是高架立交互通橋梁段鋼箱梁吊裝施工，多達(dá)5層，所以4層鋼箱梁匝道吊裝施工高度達(dá)24m，鋼箱梁起重量大、起重高度高、安裝質(zhì)量控制難度大。2.3大型起重機(jī)械的吊裝作業(yè)本工程場地狹小，而吊裝作業(yè)區(qū)域相對集中，場地內(nèi)各類施工機(jī)具較多，而且由于鋼箱梁自重大，需采用650t履帶式起重機(jī)進(jìn)行吊裝作業(yè)，對大型起重機(jī)械的行走路線必須提前進(jìn)行規(guī)劃。所以，施工過程中鋼箱梁拼裝場地的布置、起重作業(yè)區(qū)域的劃定、履帶式起重機(jī)行走路線的選擇等均是吊裝作業(yè)難點(diǎn)。3綜合工程實(shí)踐3.1高架立交橋梁的bim建模傳統(tǒng)的高架立交互通橋梁施工圖紙由一張張平面圖組成，很難快速、直觀地反映橋梁的空間構(gòu)造情況，所以工程師們往往須耗費(fèi)大量精力研究圖紙，在平面圖的基礎(chǔ)上編制方案，由于缺乏直觀效果，往往在施工中會出現(xiàn)錯(cuò)、漏、碰、缺的情況。隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用Catia軟件建立高架立交橋梁BIM3D模型，橋梁構(gòu)件的尺寸、梁段之間的空間位置關(guān)系，以及施工場地內(nèi)大型起重機(jī)械設(shè)備的作業(yè)空間等都能被直觀反映出來。利用Catia軟件建立的蘇州中環(huán)快速路工程高新區(qū)段二標(biāo)段高架立交橋梁的整體模型，包含編制鋼箱梁吊裝施工方案需要的各類參數(shù)，包括梁段的長度、高度，3,4層匝道的空間關(guān)系，起重機(jī)的作業(yè)空間，梁段拼接場地空間等。利用該BIM模型，工程師可快速、直觀地分析出復(fù)雜立交互通橋梁施工的重、難點(diǎn)，大大提高工程管理效率(見圖1,2)。3.2吊裝施工方案模擬將已建立的高架立交互通橋梁BIM3D模型導(dǎo)入Navisworks軟件，利用Navisworks軟件對施工方案進(jìn)行4d施工模擬，可快速、直觀地發(fā)現(xiàn)吊裝施工方案中存在的問題，并指導(dǎo)現(xiàn)場施工。本例中，對金楓路高架立交互通橋梁的3層WN匝道和ES匝道、4層SW匝道和NE匝道鋼箱梁吊裝施工過程進(jìn)行模擬，確定現(xiàn)場施工工序、鋼箱梁拼接場地布置、鋼箱梁起吊順序、起吊高度、起吊作業(yè)區(qū)域規(guī)劃和履帶式起重機(jī)行走路線是否合理，提前發(fā)現(xiàn)吊裝施工中可能出現(xiàn)的問題，采取事前控制措施，減少不必要的返工(見圖3)。3.3施工方案優(yōu)化針對高架立交橋梁施工復(fù)雜、預(yù)制構(gòu)件多的特點(diǎn)，運(yùn)用BIM模型實(shí)現(xiàn)可視化的施工過程模擬，工程師可有效分析復(fù)雜高架立交互通橋梁的匝道施工順序、鋼箱梁吊裝施工的工序安排、場地布置、機(jī)械配置、空間位置等是否合理，一旦發(fā)現(xiàn)在施工方案模擬過程中出現(xiàn)問題，及時(shí)進(jìn)行方案調(diào)整，并進(jìn)行BIM再模擬，協(xié)助工程師快速分析吊裝作業(yè)中可能出現(xiàn)的重、難點(diǎn)，指導(dǎo)現(xiàn)場實(shí)際施工，確保工程質(zhì)量(見圖4)。3.4施工方案模擬本項(xiàng)目高架立交處鋼箱梁吊裝作業(yè)工期僅為1個(gè)月，工期非常緊，利用BIM4D施工模擬技術(shù)，將橋梁BIM模型和進(jìn)度計(jì)劃結(jié)合起來，以“天”為時(shí)間單位對施工進(jìn)度進(jìn)行模擬，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，分析在不同施工順序的情況下所需工期，從而得出最佳施工方案。另外，還可充分挖掘施工潛力，對影響項(xiàng)目進(jìn)度的重、難點(diǎn)進(jìn)行精細(xì)化、可視化模擬，如在場地作業(yè)面的協(xié)同共享、鋼箱梁進(jìn)場計(jì)劃、施工機(jī)械配置及安拆計(jì)劃、鋼箱梁堆放和焊接安排等方面對施工方案進(jìn)行優(yōu)化，不斷重復(fù)和改進(jìn)施工進(jìn)度計(jì)劃，獲得工期最佳的吊裝施工方案(見圖5)。3.5現(xiàn)場吊裝誤差監(jiān)控由于本工程地處鬧市區(qū)，施工時(shí)下部道路仍在使用，所以采用鋼箱梁工廠預(yù)制加工、現(xiàn)場起吊安裝工藝，在鋼箱梁吊裝過程中，存在很多質(zhì)量控制難點(diǎn)。目前，針對鋼箱梁節(jié)段安裝精度的質(zhì)量控制，通常情況下采用全站儀對鋼箱梁的定位、標(biāo)高等控制點(diǎn)進(jìn)行測量，如果出現(xiàn)較大安裝誤差，則利用手拉葫蘆等方式進(jìn)行微調(diào)，直至安裝精度滿足要求。該吊裝控制方法簡單、易操作，但也存在誤差易積累、控制手段不直觀等缺點(diǎn)。通過對Catia軟件的二次開發(fā)，建立BIM可視化驗(yàn)收平臺，可做到實(shí)時(shí)錄入現(xiàn)場鋼箱梁施工信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，將現(xiàn)場吊裝誤差直觀反映到BIM模型中;并通過BIM模型分析，可根據(jù)上一節(jié)鋼箱梁吊裝誤差，為下一節(jié)鋼箱梁的吊裝提供數(shù)據(jù)支撐，通過調(diào)整后續(xù)鋼箱梁吊裝誤差的大小和方向，控制匝道整體橋梁曲線的安裝精度，避免吊裝誤差的不斷積累(見圖6)。3.6現(xiàn)場驗(yàn)收結(jié)果轉(zhuǎn)化持續(xù)對Catia軟件進(jìn)行二次開發(fā)，建立工程可視化驗(yàn)收平臺，將工程驗(yàn)收工作進(jìn)行數(shù)字化和信息化管理。施工單位對現(xiàn)場構(gòu)件吊裝工序進(jìn)行報(bào)驗(yàn)后，監(jiān)理工程師在平臺上單擊待驗(yàn)收的構(gòu)件，可快速查詢到該構(gòu)件在當(dāng)前施工工序下其前置工作是否全部完成并達(dá)到報(bào)驗(yàn)要求?，F(xiàn)場完成驗(yàn)收工作后，立即將實(shí)測結(jié)果輸入平臺，系統(tǒng)將根據(jù)規(guī)范要求自動判別驗(yàn)收是否合格，并記錄驗(yàn)收的人員、時(shí)間及現(xiàn)場實(shí)測參數(shù)?？梢暬?yàn)收平臺中內(nèi)嵌了質(zhì)量驗(yàn)收表格，根據(jù)現(xiàn)場輸入的數(shù)據(jù)自動生成吊裝構(gòu)件的偏差數(shù)據(jù)，并完成填寫。檢驗(yàn)批表格自動生成后，現(xiàn)場工程師可根據(jù)其結(jié)果最終確定該構(gòu)件吊裝施工質(zhì)量是否合格并簽字，質(zhì)量合格構(gòu)件將在平臺中被顯示為綠色。通過BIM技術(shù)對施工方案進(jìn)行模擬，可提前發(fā)現(xiàn)高架立交橋梁施工過程中可能出現(xiàn)的問題，通過對BIM建模軟件的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對鋼箱梁吊裝精度的精細(xì)化控制，主動控制現(xiàn)場質(zhì)量問題，從而減少施工質(zhì)量問題的發(fā)生。同時(shí)，通過可視化驗(yàn)收系統(tǒng)，可在后臺實(shí)現(xiàn)橋梁構(gòu)件安裝施工的大部分驗(yàn)收工作，實(shí)時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場吊裝施工，提高管理效率(見圖7)。4施工方案模擬分析本文以蘇州中環(huán)快速路工程高新區(qū)段二標(biāo)段高架立交互通段鋼箱梁吊裝施工為工程實(shí)例，以設(shè)計(jì)圖紙等技術(shù)資料作為參考，通過建立復(fù)雜立交互通橋梁的BIM模型，運(yùn)用Navisworks進(jìn)行4d動態(tài)