bim技术在复杂施工环境中的应用

bim技术在复杂施工环境中的应用

该组件包含各种项目建设数据，可为土木工程设计、施工、后续运营和维护阶段提供全面、详细的数据支持，包括冲突检测、进度控制、工艺模拟和质量控制等。本文基于BIM在上海市哥白尼路新建川杨河桥复杂施工环境中的应用，探索总结BIM技术的应用特点及在工程管理中的应用价值。1项目介绍1.1哥白尼路川杨河桥造型设计上海市哥白尼路川杨河桥是张江地区备受关注的在建市政工程。主桥采用组合结构体系，跨径组合为（42+80+42)m，钢拱肋与桥面协同工作，主桥一跨过河，桥宽20m，双向4车道。由图1可见哥白尼路川杨河桥的主、副拱造型借鉴DNA螺旋，主拱拱肋计算跨径80m，矢高15m；副拱肋计算跨径117m，矢高12.07m。由图2可见，哥白尼路川杨河桥的拱轴为空间曲线。其独具匠心的优美造型为整座桥梁增添艺术感的同时，也给工程设计、构件加工和吊装等环节带来诸多困难。在项目实施阶段引入BIM作为新型创新的技术手段，为设计、施工过程中的关键环节提供技术支撑，是本项目一大亮点。1.2bim技术配合1）目标。本项目结合哥白尼路川杨河桥梁工程，开展对BIM应用于桥梁钢结构工程的实践与探索，力求完整表达设计意图（见图3）；通过可视化手段促进各方协同与配合；在复杂节点施工中提供技术支撑；真实反映施工过程、施工进度，提升项目管理的技术水平。作为张江地区示范工程，为今后类似工程建立较为完整的操作程序，为BIM技术的发展与优化奠定基础。2）组织模式。本项目BIM团队由业主方总体把控，代建方监督，施工方与监理方配合设计院具体实施。3）软硬件。采用多款软件配合，诸如AutoCAD、Revit、CATIA、Inventor、Navisworks等。横跨BIM、GIS、PLM等多领域。2使用生物应用2.1工程复杂性及应用根据本工程复杂工程特点，结合BIM技术，针对工程复杂性梳理应用点及运用内容。表1中罗列的应用点为BIM技术主要应用场景，为项目的建设提供有效的优化方案。2.2建模方法本项目以Inventor作为基础建模工具。结合设计思路建立结构树；分项进行零件设计；最终合成装配体完成总体模型。2.3bim模型对比1）拱脚设计。本桥梁工程最大的难点是桥梁4个主拱脚与4个副拱脚均为空间异形曲面（见图4）。主拱内倾5°，副拱外倾16.25°。通过BIM辅助优化拱脚设计，将其作为后续环节的“标准”模型与2D图纸进行对比，减少初步建模工作量。钢构厂依据优化后的设计模式反提给设计院，与设计图纸进行对比，确保原设计思路。基于BIM模型的交底与质量控制模式，提升沟通和协调效率，降低从2D施工图加工优化的工作量，提升工作效率，保证设计质量。2）节点钢筋布置。本桥梁的拱脚与桥面系0号节段是整座桥梁的主要受力核心区，混凝土桥体采用预应力连续箱梁、竖向预应力筋、普通钢筋。拱脚钢筋相互穿插，必然会产生一些交叉点。通过BIM模型进行综合设计，在完成主拱钢筋建模的基础上，建立主梁0号段预应力与普通钢筋的相互关系（见图5），通过软件进行钢筋碰撞检查3)BIM算量。利用BIM模型的优势，方便统计本桥梁项目中异形构件的工程量，诸如：拱脚、人非连接件、拱肋等（见图6）。通过软件自动统计体积量作为投资监理算量参考。2.4施工工艺与施工模拟的结合1）钢筋放样。在本桥梁项目的施工阶段，BIM模型的应用已暴露出很多实际问题，诸如：主拱脚钢筋和0号段钢筋非常密集，导致冲突点较多；为了避让0号段钢筋，主拱脚钢筋插入角度难以完全按照设计要求实施（见图7）；原先BIM模型中建立的钢筋为理想化布置，模型不能真实反映现场情况等基于施工现场实际状况，项目采用3D激光扫描的方式（见图8），快速采集现场数据，并形成3D空间数据，通过与现场配合，分3次采集桥箱钢筋（预应力波纹管、竖向预应力筋、主筋、箍筋），形成钢筋扫描文件。2）钢筋动态优化。将扫描数据进行处理，拟合成能真实反映的3D钢筋模型，将现实与虚拟的标准进行比较,进行项目的优化设计，见图10。通过碰撞检查，将设计模型与现场模型叠合，检查冲突；调整钢筋插入角度，将产生交叉的拱脚主筋调整为单向倾斜插入，同时保证钢筋间距，适当提高富余，在间距过大的地方补充钢筋。调整后的BIM模型作为下一步的“标准”，见图11。施工阶段，没有返工和拆除；BIM与现场相互印证，体现“虚实一体”的质量控制手段的优势，避免实际施工的返工损失（见图12）。3）施工模拟。钢结构吊装是本项目另一项难度与风险并存的环节。由于不能水上施工，所有吊装作业须在主桥面上进行。本项目钢拱肋和人非桥为空间异形体，钢结构吊装难度较大。为确保吊装工况下的稳定性和安全性，施工方用常规手段对整个吊装进行描述。由于采用图片与文字结合的方式，吊装过程和设备参数连贯性很差，仅通过人为判断易造成盲点，存在一定的安全风险。另外，现场吊装是空间动态过程，桥面可利用区域不多，现场施工组织难度大，如果缺乏事先详细筹划，吊装过程中的随意性将成为另一个风险隐患。对于临时支撑布置、运输与堆场，汽车吊机位及吊装作业控制参数有较高要求。BIM模型模拟吊装施工，依据吊车参数表，结合模拟需求，建立“全参数驱动”的吊车模型，吊车工作半径与吊臂伸展也能“自动”变化。本工程采用“动静结合”的方法验证吊装方案的可实施性（见图13），在碰撞检查中发现如下几个问题。1）起吊高度存在不足。2）临时支架的横杆与吊臂碰撞。3）汽车吊支腿在桥面的位置不合理等。通过协调、优化方案，将运输与堆场位置逐个细化。在静态环境中开展基于BIM的工序模拟，制订整个吊装过程的先后顺序，临时设施布置与拆除的顺序；提出构件堆场的合理化建议。对吊装作业的关键参数：吊车机位、主吊臂长度、回转半径及起吊高度等在模拟中予以准确体现（见图14）。最后将每个吊装步骤串联起来，形成完整且细致的钢结构吊装方案。与方案对应的施工模拟动画还作为施工交底资料，规范现场作业，提高沟通和信息准确性，降低施工不确定性。在现场吊装过程中，预先模拟的成果起到较好的指导作用，主要构件的吊装均根据模拟方案一次就位。3复杂环境下的3d扫描设计哥白尼路川杨河桥梁工程通过BIM技术的应用，极大提高工程施工效率，证明BIM技术在复杂施工环境中的应用价值。BIM技术的nD功能在哥白尼路川杨河桥工程中发挥显著的应用价值，特别是在异形构件设计、空间节点钢筋布置、异形构件算量、复杂空间吊装等传统平面设计无法完全清晰表达的难点上，保障哥白尼路川杨河桥工程顺利实施完成。本工程中的BIM技术对今后复杂施工环境中的工程项目具有一定的参考价值。3D激光扫描技术为快速建立物体的3D影像模型提供一种全新的技术手段