论文摘要

 

1 项目概况

武汉大学大学生体育活动中心总建筑面积37200m2,建筑高度29.14m,地下1层,地上3层,是国内最大的高校体育场馆(见图1)。该项目地下采用桩筏基础,地上为钢筋混凝土框架结构,屋面为张弦桁架结构体系。本工程采用设计、施工与采购一体化(EPC)模式,由中建三局集团有限公司(以下简称“中建三局”)承建。

作为体育场馆类项目,该工程具有以下特点:①对通风、灯光等性能要求较高;②大空间结构需确保消防疏散设计可靠;③大跨度钢结构施工工艺复杂,施工组织协调难度大。因此,项目采用BIM技术提前对场馆性能进行模拟分析和优化,对复杂施工进行预演。

 

2 BIM实施策划

2.1 BIM应用目标

1)精细设计  应用BIM技术提升设计质量,实现施工过程“零变更”,提高建筑品质。

2)精益建造  应用BIM技术辅助施工管理,实现施工过程精细化管理。

3)提升场馆性能  应用BIM技术对场馆类项目的性能指标进行优化,提升场馆使用性能。

4)创新应用  探索VR、AR、3D打印、3D扫描、物联网等技术与BIM的融合应用。

2.2 BIM管理组织架构

建立公司、总包项目部、专业分包的三级矩阵式管理组织架构(见图2)。

 

3 基于BIM的设计管理

3.1 初步设计阶段

1)总体方案确定  通过方案模型与业主进行沟通交流,根据业主要求快速调整模型,提高沟通效率,缩短方案确定时间(见图3,4)。

2)日照分析  利用Sketchup创建项目模型及周边环境模型,利用天正日照分析软件对各时段的日照情况进行模拟分析,验证新建建筑本身的日照情况以及对周边建筑日照的影响情况,保证新建建筑日照时长满足相关要求,对周边相关建筑日照标准无影响(见图5)。

3)消防分析  通过消防设计分析,对原设计防火分隔措施及防排烟系统进行优化。建立比赛大厅的FDS模型(见图6),对火灾发展过程及烟气控制过程进行数值模拟计算,验证其烟气控制系统是否能够达到相应的性能化设计目标,同时建立pathfinder模型进行疏散模拟分析(见图7)。

通过利用FDS软件模拟计算建筑内发生火灾后烟气运动、蔓延和沉降情况,考察能见度、温度和CO浓度等有关参数,计算并分析确定各火灾场景的烟气危险来临时间。根据出具的分析报告结果显示,优化后的消防设计能够满足人员安全疏散,防火分隔措施及防排烟系统能够对火灾蔓延进行有效控制,满足建筑整体消防安全的要求。

4)钢结构设计方案对比  利用Sketchup软件快速搭建比赛馆钢结构BIM模型,快速得出不同类型钢结构屋顶设计方案的差异,进行方案比选(见图8)。通过对比分析,方案4的张弦桁架结构简单,自重较轻,且用钢量最少,被选定为本项目比赛馆钢结构屋顶的结构形式(见表1)。

3.2 施工图设计阶段

1)多专业BIM模型  施工图设计采用传统方式出图,通过创建BIM模型,进行设计优化和图纸审核(见图9)。

2)专业协同 总包方协调专业分包参与提资,召开图纸审核会议,各方提出图纸修改意见,提前解决设计存在的问题。设计阶段通过各专业模型整合,解决专业间碰撞问题。

3)施工图审核与优化  在施工图设计阶段,利用BIM技术优化设计方案,减小施工难度,降低施工成本,提升施工质量。

3.3 深化设计阶段

1)深化模型审核与专业协调 通过各专业深化模型创建及专业间协调,提前发现并解决问题。

2)机电深化设计  通过管线排布优化,碰撞检测及漫游检查,进行机电深化设计。深化完成后出具施工图纸,指导施工。

3)钢结构深化设计  通过钢结构深化模型生成节点大样,出具深化图纸,进行钢构件加工。同时,生成钢结构深化设计图纸及材料统计表等文件(见图10)。

 

4 基于BIM的建造管理

建造阶段的BIM应用主要是利用BIM模型和数据开展日常工作,解决工程实际问题。

4.1 总平面管理

通过建立各阶段施工现场总平面布置BIM模型,进行规划、布置、协调等工作。

4.2 技术管理

1)利用3D打印技术辅助技术交底和现场复核(见图11)。

2)施工前利用BIM技术进行比赛馆钢结构累积滑移施工工艺模拟,辅助交底。

3)通过模板脚手架布置软件进行模板、脚手架方案设计,指导现场施工,同时生成配料单,对材料用量进行精细化管理。

4)应用BIM 5D对砌体进行排布,根据留洞图配合机电预留洞口施工。

4.3 进度管理

利用广联达BIM 5D平台进行施工进度管理,结合进度预警情况,采取纠偏措施。

4.4 质量安全管理

1)采用定型化安全防护围栏 BIM小组制作出参数化围栏的族文件,在结构模型中预先进行防护围栏排布,与安全工程师共同确定围栏搭设位置,利用模型指导现场安全防护搭设(见图12)。

2)完善质量安全管理流程 采用BIM 5D平台进行质量安全问题收集和追踪,将总包项目管理人员和各分包队伍负责人均纳入管理系统中,建立完善的质量安全管理流程体系。利用平台自动生成质量、安全问题统计报表,质量安全问题发生的部位、责任方、问题类型、整改完成情况等数据一目了然,使质量安全例会更有针对性。

 

5 结语

设计是EPC工程质量的决定性因素,结合EPC管理模式,总包、专业分包提前参与设计过程,应用BIM技术进行提资管理与设计审查,把问题解决在设计阶段。

1)协调提资管理  截至目前,总包共组织各分包参与提资12次,编制接口81条。

2)进行设计审查  截至目前,总包共组织设计审查及施工图纸评审会议15次,提出审核意见315条。

3)场馆性能优化  应用BIM技术为业主提供直观的设计成果,通过对场馆性能等方面的优化,在设计阶段累计修改不合理29处,确保施工顺利进行。

4)场馆精益建造  应用BIM平台的数据统计和分析处理功能,提高进度、质量、安全精细化管理水平。引入BIM 5D平台前,质量安全问题从发现到整改约需要5d,平台应用后,整个过程缩短到3d左右。

5)BIM+VR  将BIM模型导入VR系统,直观感受场馆的真实情况,协助设计方案比选。

6)BIM+3D打印  将复杂部位的BIM模型采用3D技术打印出来,3D打印模型便于携带和观察,有助于对复杂部位的理解。

下一阶段,项目部将实施如下计划:①应用BIM技术进行幕墙和精装专业的深化设计,实现精细化出图;②通过CFD模拟,分析场馆内的光环境、风环境、声环境,进一步提升场馆性能;③进一步深化VR在项目实际中的应用,探索VR与施工工艺的结合;④探索AR与BIM的深度融合,将模型搬到现场,实现所见即所得。

 

 

 

 

/中建三局集团有限公司工程总承包公司 邓雄兵 梁 鹄

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