BIM技术在设计阶段的深化应用

BIM技术在项目设计管理阶段的应用主要表现在,结合工程实体建立BIM信息模型,以BIM信息模型为核心,对项目部机电工程、钢筋工程、钢结构工程、幕墙工程、二次结构工程进行深化设计,实现节点优化、设计优化功能。通过碰撞检测等功能实现对构件与构件、建筑实体与施工机械的碰撞检查,从而保证施工进度,降低成本。具体应用表现为以下几个方面。

4.4.1　钢筋优化设计功能实现

本工程地下4层、地上69层,钢筋工程体量大,在地下阶段存在大型超厚筏板基础,地上存在钢筋与外框钢结构劲性柱的交叉施工。钢筋翻样及优化设计是保证施工进度和施工质量的前提,也是实现降本增效的重要环节。

(1)钢筋优化

钢筋工程施工前,借助于BIM模型对钢筋用量及钢筋细部节点进行优化,主要优化设计筏板基础封边、墙柱锚固长度、两地连接方式、机械连接实施、底板附加钢筋精算、钢梁箍筋变更等部位,同时对材料进场、施工过程进行严格把控,结合数控加工技术,实现钢筋加工智慧型管理。值得注意的是,钢筋优化需结合现场实际情况,更需保证钢筋施工质量。因此,每次优化需严格利用BIM进行受力分析,并需经过设计单位确认,得到建设单位及监理单位的认可方可实施。本项目在基于智慧建造的钢筋优化管理过程中,累计优化效益达到284.14万元,该项收益已得到公司双优化认证。

图2-1-19　钢筋优化实施效果示意

(2)钢筋碰撞检测

钢筋碰撞检测。利用BIM模型将钢筋二维平面图转换成三维可视模型,通过碰撞检测功能可以解决以下问题。

图2-1-20　钢筋与钢柱碰撞检测示意

①钢筋穿插与钢结构劲性柱加强部位之间的碰撞问题,有效缓解主体结构施工与钢结构劲性柱施工的矛盾问题。

②三维模型通过可视化的效果将结构图与建筑图统一在一个模型信息中,解决传统的图纸查看需对比多张图纸的弊端,更容易发现图纸中建筑图与结构图不符、设计节点碰撞等问题。

③通过三维模型对局部施工部位进行查看,及时发现图纸可行、现场施工难度较大的情况,通过提前和设计沟通调整,方便现场施工。

4.4.2　钢结构设计优化

项目整体用钢量约1.5万吨,主要截面形式涵盖十字柱、圆管柱、H型钢柱、H型钢梁、箱型梁、环形桁架、钢连廊、裙房屋面桁架等部分。加之建筑外形等影响导致钢结构设计复杂,设计中往往存在钢构件与混凝土结构、钢结构与管道等构件的碰撞,而钢结构及机电等专业分包的深化设计多为自行深化,这样就会出现各专业分包之间形成信息孤岛。在现场施工前,汉峪A5项目总包单位先建立BIM基准模型,各专业分包单位再利用基准模型进行建模,可预先查看各专业见得碰撞问题,进而减小对现场影响,保证施工进度。

BIM模型包含每一项钢构件的尺寸、材质等信息,通过建立模型可精确制导钢构件的加工,安排钢构件安装施工等工作,最大程度减小因人工操作而出现的错误,保证钢构件加工和安装的质量。

图2-1-21　钢结构BIM模型

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图2-1-22　指导钢结构安装

同时针对钢结构倾斜钢管柱安装预变形问题,结合建立的BIM模型,利用迈达斯(midas)软件对倾斜圆管柱吊装过程中的变形量进行分析,对钢柱进行预偏处理。通过安装时补偿吊装产生的位移,从而保证斜柱的定位准确。

图2-1-23　钢结构预变形BIM处理示意

4.4.3　幕墙深化设计

汉峪A5项目基于智慧建造的幕墙深化设计主要通过以下方式得以实现。将幕墙BIM作业人员纳入到总包管理过程中,幕墙BIM工作人员在总包提供的BIM基准文件上进行单项建模;将幕墙构件的尺寸、材质属性、空间定位等专业信息纳入总包BIM模型。通过该种方式可实现以下几个重要功能。

①通过建立模型检查幕墙设计中存在的问题,并在模型基础之上对整个幕墙施工设计进行优化,确保幕墙施工质量。

②消除幕墙结构施工与相关专业施工(主要是钢结构施工)的信息孤岛问题,提高相关专业在设计阶段的信息共享和互用,进而最大程度减小交叉作业对幕墙施工的不利影响。

图2-1-24　幕墙施工BIM节点优化

4.4.4　机电深化设计

机电工程是高层建筑施工非常重要的环节,机电工程随着建筑高度增加也越来越复杂,建筑机电系统主要包含暖通空调系统、给排水系统及电气系统。机电深化作用主要应用于机电管线的碰撞检测,提高机电管线施工精度和准确率,减少在建筑施工阶段损失和返工概率。同时通过BIM模拟、三维动态漫游等方式实现机电管线的综合优化设置,极大地避免了设计图纸存在的问题。

图2-1-25　机电管线BIM模型碰撞检测

图2-1-26　机房管线BIM模型漫游功能

　　4.4.5　二次结构深化设计

汉峪A5项目在二次结构施工阶段,全面采用BIM技术,结合建筑图纸及建筑说明,利用Revit等BIM软件将砌体墙排布进行三维模拟,推行“一墙一图”(图2-1-27),并通过三维模型对构造柱、过梁、预留洞口进行整合,完成碰撞检测与检查过梁、构造柱、预留洞口等位置是否合理等工作。结合本项目特点,预支装配式砌体施工在地下室一层完成砌体墙的排版,半砖进行序列编号。将排版完成的砌体打包垂直运输至上部作业面进行拼装。通过该种BIM化排版及制度化管理,减少了安装作业在墙上二次开洞的工作,同时节约砌体材料,避免浪费。

图2-1-27　一墙一图排版示意图