通过BIM技术编制专项施工方案，提升施工效率与安全性

5.2.1　图纸会审

按照2D设计图纸,利用BIM软件创建本项目的建筑、结构、机电BIM模型,对设计结果进行动态的可视化展示,可直观地理解设计方案,检验设计的可施工性,直观地检查到图纸相互矛盾、无数据信息、数据错误等图纸问题,在施工前能预先发现存在的问题,帮助图纸会审。

5.2.2　碰撞检测

应用Navisworks软件,设置相应的碰撞检查规则,软件可快速找出符合碰撞条件的碰撞点,并生成碰撞报告。每条碰撞信息包括碰撞类型、碰撞深度,双击碰撞点链接可以查看碰撞的具体三维情况,及时合理地调整方案,提高深化设计的效率和质量。

5.2.3　深化设计

(1)复杂节点深化设计

BIM模型可以进行土建结构部分的深化设计,包括预留洞口、预埋件位置及各复杂部位等施工图纸深化。对关键复杂的劲性钢结构与钢筋的节点进行放样分析,解决钢筋绑扎、顺序问题,指导现场钢筋绑扎施工。

(2)机电深化设计

BIM模型可以协助完成机电安装部分的深化设计,包括综合布管图、综合布线图的深化。使用BIM模型技术改变传统的CAD叠图方式进行机电专业深化设计,应用软件功能解决水、暖、电、通风与空调系统等各专业间管线、设备的碰撞,优化设计方案,为设备及管线预留合理的安装及操作空间,减少占用使用空间。

(3)钢结构深化设计

利用Tekla Structures真实模拟进行钢结构深化设计,通过软件自带功能将所有加工详图(布置图、构件图、零件图等)利用三视图原理进行投影生成深化图纸,图纸上的所有尺寸,包括杆件长度、断面尺寸、杆件相交角度均是在杆件模型上直接投影产生的,通过深化设计产生的加工数据清单,直接导入精密数控加工设备进行加工,保证了构件加工的精密性及安装精度。

5.2.4　幕墙BIM深化设计

幕墙BIM深化设计模型,明确幕墙与结构连接节点、幕墙分块大小、缝隙处理,外观效果,安装方式,用模型指导施工及幕墙加工制作。

5.2.5　室内装饰工程深化设计

通过BIM模型效果检验,可以协助完成装饰装修图纸深化设计,达到最佳设计效果。

　　5.2.6　专项施工方案

通过BIM技术指导编制专项施工方案,可以直观地对复杂工序进行分析,将复杂部位简单化、透明化,提前模拟方案编制后的现场施工状态,对现场可能存在的危险源、安全隐患、消防隐患等提前排查,对专项方案的施工工序进行合理排布,有利于方案的专项性、合理性。

5.2.7　基于BIM的可视化方案、交底

将BIM技术应用于三维技术交底中,用三维模型取代CAD图纸,摆脱CAD时代识图难的问题。形成更加直观的技术交底,大幅提高技术交底的效率。

基于BIM建立三维施工方案、交底,通过BIM模型直观可视地对复杂节点的工序排布,对施工难点作以优化,实现施工工序的真实可视化,更加直观地指导施工,且做到精确算量。

通过BIM技术指导编制专项施工方案,可以直观地对复杂工序进行分析,将复杂部位简单化、透明化,提前模拟方案编制后的现场施工状态,对现场可能存在的危险源、安全隐患、消防隐患等提前排查,对专项方案的施工工序进行合理排布,有利于方案的专项性、合理性。

根据实际工程,依据于模型中的工程数据库,从模板素材库中选取相关内容,使模板与数据库相结合,快速、准确生成规范合理完整的施工方案。通过BIM系统的实境模拟功能进行仿真精细化模拟,以检验方案的可行性,为各分包方项目交底以及招标人的虚拟验收提供必要的技术手段,协助制定最佳施工方案。

图2-2-16　地下顶管施工交底

5.2.8　精细化制造和施工

利用BIM技术对机电、幕墙、装饰进行深化设计,预拼装,提高其深化设计和加工、安装的质量与效率。

5.2.9　受力分析

为保证项目的施工质量,前期对投标阶段的方案进行模型建立,由BIM软件转换到相关专业分析软件进行验算,由专职技术人员进行核查研讨。

5.2.10　BIM+创新性技术应用

以BIM技术为手段,运用“BIM+”创新技术实现技术、质量、安全、施工等全方位策划与管理。

(1)BIM+3R

运用BIM技术建立模型,引入VR技术实现虚拟现实,用于质量样板、安全体验及场布及绿色施工策划,也可用于方案模拟、深化设计等方面。

通过MR/VR/AR/超短焦互动投影/3D打印解决模型中存在的隐性缺陷,取得虚拟和现实参照交底的突破,达到了对领导层、管理层和工人三个不同受众层面的培训教育,能让项目深化设计方案达到落地效果。

基于BIM,结合VR虚拟现实技术建立面向不同受众的交底库,可通过内部漫游、自动动画播放等形式对项目逐一表现,增强了讲解过程的完整性和趣味性。

BIM模型可以达到模拟的效果,但与VR相比在视觉效果上有很大差距,VR能弥补视觉表现真实度的短板。BIM+VR主要是数据模型与虚拟影像的结合,在虚拟建筑表现效果上进行更为深度的优化与应用。

VR硬件设备

①显示设备

a.虚拟现实头盔

虚拟现实头盔是利用人的双眼来获取不同的信息,引导用户产生一种身在虚拟世界中的感觉一样的头盔立体显示器。

b.双目全方位显示器

双目全方位显示器(BOOM)是一种偶联头部的立体显示设备,是一种既特殊又独特的头部显示设备。

c.CRT终端—液晶光闸眼镜

CRT终端—液晶光闸眼镜立体视觉系统的工作原理是,由计算机分别产生左眼右眼的两幅不同图像,经过合成处理之后,采用分时交替的方式显示在CRT终端上。

d.大屏幕投影—液晶光闸眼镜

大屏幕投影—液晶光闸眼镜立体视觉系统原理和CRT显示一样,只是将分时图像CRT显示改为大屏幕显示。用于投影的CRT或者数字投影机要求极高的亮度和分辨率。

②声音设备

a.三维立体声

三维声音不是立体声的概念,而是计算机所生成的,能由人工来设定声源在空间中的三维位置的一种合成声音。

b.语音识别

VR的语音识别系统让计算机具备人类的听觉功能,使人—机以语言这种最自然的方式进行信息交换。

③交互设备(www.xing528.com)

a.数据手套

数据手套是虚拟仿真中最常用的交互工具。它让人们可以更加自然地跟虚拟世界的事物进行互动,使人们身临其境一般。

b.力矩球

力矩球(空间球,SpaceBall)是一种可提供6自由度的外部输入设备,他安装在一个小型的固定平台上。

c.操纵杆

操纵杆是一种能够自由地用手指按钮的外部输入设备。优点是操作简单灵活,真实感强,相对于其他设备来说价格比较便宜。缺点是只能用于特殊的环境,如虚拟飞行。

d.触觉反馈装置

如果VR系统中没有触觉反馈,当人们接触到虚拟世界的事物时或手穿过时,会失去真实感。

e.运动捕捉系统

运动捕捉系统,必须确定参与者身体部位位置的方向,准确地跟踪测量参与者的动作,将这些动作实时监测出来,以便将这些数据反馈给显示和控制系统。

f.声学运动捕捉

常用的声学捕捉设备由发送器、接收器和处理单元组成。发送器是一个固定的超神波发送器,接收器一般由呈三角形排列的三个超声波探头组成。

g.电磁式运动捕捉

电磁式运动捕捉是常用的运动捕捉设备。一般由发射源、接受传感器和出具处理单元组成。

h.光学式运动捕捉

光学式运动捕捉通过对目标上特定光点的监视和跟踪来完成运动捕捉的任务。

④BIM+VR

在设计环节,系统化BIM平台将建筑设计过程信息化、三维化,同时加强项目管理能力。VR在BIM的三维模型基础上,加强了可视性和具象性。在施工过程中利用BIM+VR在虚拟的环境中建立周围场景、结构构件及机械设备等的三维模型,形成基于计算机的、具有一定功能的仿真系统,把不能预演的施工过程和方法表现出来,节省了时间和建设投资。同时,利用虚拟现实技术可以在短时间内对不同方案做大量的分析,从而保证施工方案最优化。

⑤BIM+VR使用场景

a.主流BIM(3D)模型直接进入虚拟现实系统,基本无须做处理;

b.BIM模型实现数据的无缝传递,BIM模型数据同时融入VR环境;

c.在VR场景中具备一定的模型再编辑能力;

d.各种BIM应用在同一个VR场景中实现(BIM冲突分析,环境分析,4D模拟等),提升VR场景中模型的工程性;

e.VR环境中识别BIM模型构件的物理和机械特性,如重力、光照、灯具亮度、开关门等,并实现仿真模拟;

f.实现基于云的BIM+VR协同,多人共同工作一个VR场景中,沟通无障碍;

g.各种VR外部设备原生支持,快捷IVR体验(沉浸式虚拟现实体验);

h.拓展开发能力,实现模型和外部数据桥接。

表2-2-4　项目推进过程

图2-2-17　BIM+VR体验

基于BIM并结合AR增强现实技术建立面向不同受众的交底库,真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在,实现超感官交互体验。

图2-2-18　BIM+AR体验

基于BIM并结合MR混合现实技术建立面向不同受众的交底库,结合了虚拟和现实,实现了与现实世界进行交互和信息的及时获取。

图2-2-19　BIM+MR体验

(2)BIM+3D打印

针对工程中遇到的复杂节点,使用BIM技术建模,将模型导入3D打印机所需软件中,打印出三维实体模型对工人进行交底,易于理解。

BIM结合3D打印技术建立复杂节点模型,实现定制个性化,造型奇异化,模型直观化,减少成本。

图2-2-20　3D建模图

图2-2-21　打印模型

(3)BIM+无人机

通过无人机对现场及周边进行拍摄,辅助项目各阶段进行场地布置、安全文明施工,与模型进行比对,实时更新,便于现场管理。

(4)BIM+一体交互式培训箱

项目运用超短焦互动投技术,发明一种一体交互式培训箱,将所有的BIM信息无损地带到现场,便于BIM会议讲解留存讨论,零距离交底,让科技走进施工现场。

图2-2-22　超短焦互聚投影仪