Crusell大桥-BIM在施工阶段的应用下

Crusell大桥——BIM在施工阶段的应用（下）在施工阶段使用BIM本节将会说明及讨论各种在施工阶段使用BIM做管理和组织的方法，两者都是直接作为精益施工方法的信息资源和支持技术。Crusell大桥不是一个很庞大的项目，但它的设计很有趣，可以让BIM在一些工程目的上有所发挥。平心而论，模型在施工各层面的鞭策上是无所不在的。所有的桥梁结构都有建模，就连每一根钢筋和所有的临时支撑结构和混凝土模板都有建模。Skanska在工地现场的办公室内于服务器上维护模型，并委托土木工程师担任「承包商信息人员」的工作，要负责提供信息给所有的项目参与者和维护并更新承包商的模型。为什么Skanska不在现场作模型的维护？因为在工程开始之际，设计尚未完成，所以项目不能作全盘的规划。工地团队一开始有所迟疑，并不了解模型对他们有什么好处，或者他们该如何使用模型。但每个物件都已建模，且承包商的模型有不断地和设计师的模型的发展同步。承包商的模型对于工地团队而言变成所有信息的首要资源：用于尺寸、将如何建造不同零件做视觉化、程序、材料交付报告等。信息人员一直忙于提供所有模型需要的信息。虽然桥梁最终制成的初始模型是由设计师所编辑，Skanska也会添加和编辑该模型以反映施工过程。模型在任务、工作顺序和浏览工作上被大量使用。所有的临时结构——支撑塔、临时桩、模板和设备都有建模。木工会在准备混凝土模板之前看下模型来了解复杂的几何形状，如有双曲线条的多边形。有趣的是，因为当时TeklaStructures软件版本上的限制，复杂的双曲线几何形状不能直接在软件中生成。为了克服这样困难，这些表面的形状会在3DsMax中被生成，然后再使用DWG档汇入TeklaStructures作为几何参照。这个问题在TeklaStructures的新版本中得到解决，此为该公司参与项目团队的直接成果。Tekla视Crusell大桥项目为试验软件施工管理功能的项目。下面将详述不同的使用模型进行施工管理的方法，特别强调工地现场日常营运的使用。可视化将建筑模型视为可视化工具是模型最常见的用途，且它的效益是最明确的。项目的3D模型帮助不同的参与者更了解概念和设计细节，形成一幅共同的愿景，且比传统图面更快更有效率深入了解项目。模型对于所有的工地工作人员都是开放读取的，他们可以做延伸的使用，时时到办公室看模型来查看模板定位、锚缆和钢筋位置更精细的细节。如图七，锚缆相当沉重，而且它们要在浇铸前做为支撑。大量的钢筋被置放在每个锚缆的旁边。如何以准备混凝土浇铸的形式规划支撑锚缆在3D视图中就简单得多，它可在多个方向和节面上操纵。

图七截面图显示钢筋和另一个浇铸的的硬件间关系的详图，如大型锚缆构件

设计和规划临时结构及碰撞检查在一开始，提供给工地人员许多模板的图，但不包含延伸的模板支撑塔和其他临时结构，如通道鹰架。结果，工地团队决定要把所有遗漏掉的临时结构，包含模板支撑架和现场塔式起重机的轨道模型都直接建在现场维护的设计建筑模型里。这样让结构更容易被解读，并判别出许多冲突（碰撞），能得到精确数量、整合这些工作到施工进度里以及在4D规划期间可视化它们的顺序。不只在设计阶段的结尾完成钢构和混凝土零件之间的碰撞检查，在施工阶段也能和整合额外的系统和临时结构模板进行碰撞检查。可因此避免许多可能会在施工期间发生的桥梁结构上的碰撞。这项BIM功能节省了大量的金钱和防范了许多问题。例如模板供应商PERI，使用它们自家的CAD系统为码头进了复杂的设计。桥梁的几何形状首先用IFC交换格式，从Tekla转到PERICAD，并判定桥的锚缆和拉杆之间在锚点的两端的模板有冲突。模型设计则为了解决这一问题而被变更（见图八）。

图八锚缆和模板拉杆之间的碰撞和其解决方法施工规划与4D建筑模型首先被用在总体规划会议期间，然后同样在逆向进度会议中被使用，该模型为LastPlannerSystem™的一部分。VicoControl™软件被应用在工地施工进度安排，在总体规划会议上只使用了视觉化模块。总体规划进度之后会汇入到TeklaStructuresv.15里施工模型的「任务管理者(taskmanager)」视窗，在那里进度会被细化。桥面施工被分为至少两个也可能是三个独立的工作区域，这样工作便能同时并行，由不同的参与者执行。模型被用来执行这样高度细分的工作区域规划作业，包含工作顺序、数量含其他空间信息。模型中的物件会分配到施工活动并被色彩标记。图九为某段桥面在特定日期的图，用红色和蓝色分为两个工作区块。

图九分开的工作区段|原图为红色及蓝色（在本图中以不同深度的灰色表示）4D动画进度会在单日的决议后完成。如此团队便能生成项目每日的可视化图片，以用来评估逆向进度会议期间用LastPlannerSyStem™(LPS)作的决定对于空间利用是否实际。动画也让每个人了解他们协议要执行的作业模型让团队能发展比其他方式更细且更精确的工作计划，它提供正确的空间信息和给予更精确的所需材料数量。模型提供了简单而快速的方式从TeklaStructures模型中提取精确材料数量计算，可以帮助减少多余的材料缓冲区和确保只从供应商订购需要的材料。然而，由于在TeklaStructures模型里是用手动关联物件到活动上，一开始的设定是相当耗时的。在码头中央的桩被点出有严重工程问题后，在新的混凝土桩已浇置到海床来取代有缺陷的桩的同时，施工作业已比预定进度晚了两个月。结果，项目团队决定反转整个墙面施工的顺序，空出可重建码头中央柱的时间，他们不一一接续完成而是直接在程序作业上跳过码头中央，从两端开始向码头中央开展作业。但4DCAD模型并没有更新，因为比起从程序可视化中获得的利益来说，重新定义任务细节之间的时间逻辑关系，还有用模型内的实体物件定义的新任务关系被认为是太耗成本的。进度本身的不确定性，则被认为是另外一个不花时间在更新4D模型上的理由。从中学到经验是4D软件的施工进度层面必须要够成熟，可允许定义高层次类型任务间的关系的逻辑，让施工程序花最小的心力变更，靠改变控制进度的条件而非靠中断和重新连接详细任务的逻辑关系来运作。这样详细任务就不需要重新定义和重新与实体模型物件作关联。在当时，TeklaStructures并没有办法支持这样复杂的任务安排。制造和安装钢构构件桥梁模型分享给钢构厂Ruukki，Ruukki供应项目钢材零件和构件。Ruukki在模型中检视和编辑因应制造限制所需修改的元件，并传送更新到模型中给WSP的结构设计师，并传给Skanska进行核准。WSP会在他自己的模型中编辑钢构元件，整合Ruukki的意见，并为所有的参与者更新服务器模型。除了使用模型变更设计信息，他们也从两个方向用模型变更生产顺序信息。因为Ruukki有跟Skanska一样的模型，并定期执行同步化作业，Ruukki使用来自模型的施工进度数据来决定他们的制造和交付进度。然后他们会更新他们自己模型内的制造、检查和交付日期。在Ruukki模型和他们公司的资源规划软件间内部数据转换是人工作业，但他们相信未来可以进化为简单的自动化作业。因为施工进度会在每次的进度会议后更新，并在模型中可以读取这些数据，材料的采购就变得更精确，逻辑能够组织得更好，最后的交付和在现场组装的构件也可以经由细化的模型信息被「拉动」。钢构在现场的组立是由Ruukki聘僱的分包商Siltera所负责。他们不常使用模型，但他们有时会参考模型以获得有关他们作业的生产详细资料和流程信息，特别是图面不清楚或有出现问题的时候。钢筋细化、制造和安装桥梁钢筋的建模比想象中的还要困难许多。这种斜张拉桥有高密度的钢筋和复杂的桥面与桥墩形状，让建模比一般较单纯的结构更加困难与费时。在最普通的钢筋混凝土结构里，像柱、梁和基础等建筑元件都有充分的形状标准，而可以用参数化物件的钢筋详图和配筋图则加速建模的速度；桥梁元件因为其曲率而有独特的几何结构，常常需要自订化的建模。然而，尽管建模作业是由WSP所进行，但所有的参与者都因此受惠。WSP被要求在任何情况下都要生产钢筋详图，因为这是客户所施加的一个合约义务（为了存档的目的和为了在现场使用钢筋安装器），而且图面要直接从模型中生产。在钢筋和其他结构间有许多空间冲突都因及早使用碰撞检查而被避免，另外模型信息还被应用在钢筋的弯曲与切割机上。TeklaStructures用ASCII、EXCEL和其他资料格式提供钢筋材料的数量计算。对于Crusell桥梁项目，ASCII报表资料被格式化成可以直接和自动汇入到供应商的钢筋制造软件中，内含有所有的弯曲和切割信息（见图十）。这套软件在工厂生产时驱动NC机器。格式化是和CELSASteelServices(钢筋制造厂）、Skanska和来自Tekla的技术支持下合力完成的，自然而然地移除了许多人工作业和潜在错误。

图十来自制造商自家的钢筋制造软件快照，图为直接由Tekla的桥梁模型报告提取后汇入的钢筋数据然而，Skanska在整合上不能达到和CELSA—样的水平，CELSA已经和有能力自己操作BIM软件的钢构供应商整合过了。ASCII是专门流通钢筋形状和数量的交换档案格式，且不能带入所有模型同步化提供的信息范围，有些信息仍然要用手动交换。因此，像绑大量钢筋以供交付和安装这样的任务会被从外部安排到模型里。钢筋的作业流程如下：•WSP上传设计变更到Skanska的模型(WSP负责细化所有的钢筋，这部分变成程序中的瓶颈，细化钢筋信息持续了很长的一段时间）。•Skanska根据施工进度选择模型内物件钢筋（要在模型内编制和维护）。•Skanska输出修正后的钢筋报表给CELSA(以ASCII报表为准）。•CELSA把数据汇入到他们的「ReinforcementList3.1」软件内，之后钢筋将被制造生产并交付。•Skanska的项目信息人员打印来自Tekla的钢筋笼模型「快照」。工头会让工人照着这张图来组装。钢筋由Funnly在现场进行组装，Funnly是专业的绑钢筋公司。Funnly的员工在工地只使用纸本图面。工地现场在施工期间大部分都是处于极端的湿冷气候之下，因此无法使用笔记本或是其他电子设备来提供模型视图，而Funnly也没有人会操作建模软件。但是因为某些原因，WSP从模型中生产的2D图纸对钢筋的安装工人而言常常是不足的。而如上所述，桥梁的钢筋是很密集且复杂的，由TeklaStructuresvl3的标准程序生产的图纸不是太过于详细就是资料不足。这造成了项目参与者间的摩擦。他们从中学到了一些专业技术并将其结论转达给Tekla，让Tekla可在未来的版本改善他们自动生产钢筋图面的程序。因为部分的困难是来自于图纸的不足，因此钢筋的安装工人为了得到预想成果完整的图片和钢筋笼的绑法，有时候被迫要去参考模型，因为模型会显示所有的钢筋和螺栓。承包商的信息人员提供Funnly最基本的BIM训练，不过他们依然要靠她来导览模型以及打印必要的荧幕快照。雷射扫描总承包商Skanska僱用了一位现场检查员，他的任务主要是控制工作质量和协助各类承包商定位自己的工作内容。Skanska—开始是向经销商借用设备，而当他们得到经验并有自信能和BIM结合使用后，他们便购买了Trimble®VX™SpatialStation让工地现场使用。这台机器可以拾取坐标、照相并将它们合并（见图十一），它是二合一的机器：视距仪和照相机。这让检查员工作更加轻松，因为他可以独自一人完成调查，如果是用以前传统的视距仪则需要两个人作业。图十一照片和扫描的点云放在一起展示以取得的点云和图片会上传到TrimbleRealWork软件，在软件中可以和从建模软件TeklaStructures转换出来的设计位置坐标进行比较。这样能做结构构件、模板和嵌入混凝土中的硬件位置的实时品管。举例而言，当放置一座大型的桥梁锚缆时，被发现实际位置和模型位置间差了1公尺，那么就能修正位置并在浇置前再度确认。检查员出席所有的规划会议，包含每周一次的LastPlanner工作会议，在会议中他帮助决定所有完成候选任务必要的技术信息，或是有任何在工作开始前待解决限制。BIM对LastPlannerSystem™的支持Finland的SkanskaCivil，在Crusell大桥项目之前，他们已经在其他项目上使用过3年的LastPlannerSystem™(LPS)，他们还有自己的专家可以训练工地人员如何操作软件。LPS可以被当作是用来发布任务限制上什么应该做以及什么可以做的转化机制，因此可以形成一张来自WeeklyWorkPlans的准备工作清单。在这方面有两个重点：可靠的短期规划和建立并发展工地的社群系统（建立团队、既定事项网络、承诺、互信和互重）。Crusell大桥项目中，他们依循LPS的传统规划阶段，但其中有些例外。主要供应商和专门业务承包商都参与了逆向进度会议’以安排未来3〜5个月的工作规划。这些会议产生了必须要执行的任务网络，并使之成为既定的网络。在逆向进度会议期间，他们使用模型来可视化任务的组成和如何达成任务。之后，工地管理者将逆向进度会的结果转档到ArtemisPlaNet软件里（类似于MSProject的当地规划软件）以澄清和再度确认所有人都了解他们的工作任务。规划的下一层次则是超前的进度安排。他们筛选每个工作的限制并尽可能地排除限制后，安排了3周的工作。超前的进度会纳入被转换到每周工作计划内的任务，由Skanska的工地人员和分包商协调后进行编排。「五个为什么」技术被用来辨别每个任务的源头是否只能用LPS来完成。团队只在一定的时期内衡量PercentPlanComplete(PPC)。平均值为84%，但分布范围很广，标准差是11%。设计师并不参与由承包商在工地现场举办的LPS会议，而使得钢筋的细化变成程序中的一个瓶颈。项目管理人认为应该可以配合不同的规划阶段，如空间利用，再更深入地使用4D规划，以确认工作单位间的冲突或接口。项目管理人事后给予的建议是，若设计师参与进度会议则能有相当大的助益，因为详图的编排顺序变成了一道瓶颈作业，如果设计师有参与的话便可以由LPS来拉动这项工作。工地人员承认关于LPS方面还有很多需要学习的地方。使用这个方法让他们能更了解时间、弹性和阻碍工作的问题。当分包商错过规划会议时，很明显地往往会在现场发生生产问题。附带的问题是分包商在工作任务的完成上给予不可靠的数据，在不可能实现的交付作业时间上做出承诺，这刚好就是LPS设计来避免的行为型式。

6、摘要、结论和经验学习建模作为一种以虚拟环境呈现现实的方式，提供各类利益给参与Crusell大桥项目的参与者。根据所有的项目参与者，在施工管理上深入使用BIM可让管理和组织更良好，且省时又省钱。本案清楚说明了BIM如何应用在桥梁案件上。团队对于使用BIM和新管理途径(LP