BIM案例:BIM 技术在大型装配式厂房施工中的应用

2021年5月27日
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BIM技术应用于大型装配式厂房建设中,完成了结构建模、碰撞检查、工程量计算、施工方案优化、施工进度模拟以及项目信息管理等工作。实践表明,利用BIM技术有利于提前发现设计图纸、施工方案、进度计划中存在的问题,便于提前制定解决方案,实现控制项目成本、缩短工期和提高建筑质量的目标。

01工程概况

某装配式工业厂房项目位于西安市高新综合保税区内,总建筑面积5万㎡,建筑高度约21m,地下1层,地上2层,施工工期从2017年11月至2019年5月,该项目在国内预制程度较高,采用的预制构件类型包括: 预制型钢桁架双皮墙 ( precast truss wall,简称PTW) 、预制柱、预制梁、叠合板,而PTW为国内首次引进。

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02项目难点

1、本项目预制构件共2.4万m?,1647种,6 960件,构件的生产、运输、堆放和现场吊装管理难度大。

2、预制构件普遍在20t以上,其中最重的预制 构件( 预制柱) 重32t,塔式起重机布置和吊装安全要求高。

3、构件中埋件和出筋种类多,空间关系复杂, 碰撞检查工作量大。

为解决上述问题,本项目采用Revit软件对结构和构件等进行建模分析,并对现场构件吊装顺序、塔式起重机布置进行模拟,在降低项目成本、缩短工期和提高建筑质量等方面取得了良好效果。

03BIM 技术应用

建模

在项目施工前,根据业主提供的二维图纸,使用 Revit 软件建立项目结构模型。由于该项目为PC结构,由多种类型构件搭建而成,需要先将每种构件建成族模型(见图1) ,再将全部构件族导入项目中,搭建项目的结构模型(见图2) 。项目模型的深度取决于族构件的精度,在建立族构件时,需要对构件尺寸、构件外部出筋、预埋件的尺寸和位置进行精确建模。本项目包含预制柱、预制梁、叠合板和PTW墙4 种构件,其中预制柱403种,预制梁294种,叠合板259种,PTW墙403种。

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碰撞检查与优化

Revit建模后,将模型导入Navisworks平台,进行BIM模型的碰撞检查,主要包括:

1. 对预制构件内部的碰撞检查,即内部钢筋间的碰撞,钢筋与预埋件的碰撞,钢筋及灌浆套筒与管线接地盒的碰撞等;

2. 预制构件间的碰撞检查,即预制柱顶出筋与预制梁侧面出筋及与对应套筒空腔间的碰撞,不同方向的预制梁端面出筋间的碰撞等。碰撞检查完成后,根据碰撞结果对各构件进行调整,进一步优化部件间位置,有效减少施工中碰撞问题的发生。

碰撞类型包括硬碰撞、间隙和重复项等。硬碰撞指两个构件实体间发生碰撞,这类碰撞问题出现较多,对工程的影响较大。最小间隙指两个构件实体间并未发生直接碰撞,但两个构件间的距离小于设计规范要求,从而影响施工活动或不能满足净空要求。在项目模型进行碰撞检查时,可以根据实际需要选择其中一种。在 Navisworks 平台的 Clash Detective 模块添加检测,进行碰撞检查计算,检测完成后自动生成检测报告。报告中显示碰撞名称、碰撞距离、碰撞位置、碰撞类型、碰撞点、相互碰撞的项目等。根据碰撞检查结果,在模型中找到对应部位,针对碰撞点进行修改,逐一排查修改后再次进行复核碰撞检查,重复此过程,直到碰撞结果显示“零”为止。

本项目通过BIM模型碰撞检查,发现2层构件碰撞共23处。如G /22 -G /24 轴处2个预制梁的出筋相互碰撞,B /3 轴处柱上部出筋和梁侧面出筋相互碰撞(见图3) 。

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工程量提取

在Revit 视图模块中能够创建明细表,根据计算需要选择相应类型,生成明细表。利用明细表计算工程量包括2种方式: 族参数和计算值。明细表利用族参数能够自动统计构件工程量。图4为利用构件族参数统计的预制柱、预制梁工程量。而计算值是在族参数的基础上进行设置生成所需计算的工程量。例如,需要计算一个构件的重量,通过族参数自动生成构件的体积,重量则通过“体积×密度”的计算值显示在明细表中。明细表统计工程量是按类别统计,统计结果为项目中所有预制柱、预制梁、叠合板的总量,如果想要统计每层的构件数量,可以利用明细表中的过滤功能进行分类统计。

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施工方案优化

1.优化场地布置

与传统现浇厂房不同,PC厂房项目体量大,预制构件数量多,若不提前进行策划,会造成PC构件堆放分区不规范,堆场杂乱无章,后期可能造成堆场空间不足,构件无处安放等问题。本项目借助BIM技术,结合履带式起重机规划运输交通路线,对堆场构件布置进行优化(见图5) ,提高堆场利用率。

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PC厂房主体施工以PC构件吊装为核心,塔式起重机在吊装过程中至关重要。本项目布置塔式起重机数量较多,采用BIM技术对布置方案进行模拟,尽量保证项目全部构件在塔式起重机工作范围内,且保证塔式起重机安装、拆卸时履带式起重机站位不影响其他作业施工,不占用交通路线,并以动画形式指导作业人员进行规范合理操作,指导作业流程。经过BIM 模拟对比,最终确定设置7台塔式起重机,如图6所示。

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2.构件吊装仿真模拟

装配式厂房构件数量多,构件吊装质量决定整个项目质量。在正式施工前借助BIM技术对构件吊装过程进行仿真模拟,再根据结果对吊装方案和吊装流程进一步优化,确保构件准确、高效吊装。预制柱模拟吊装与实际吊装对比如图7所示。预制梁两端均有外部出筋,在柱顶处,4根梁的外部出筋上下错开搭接(见图8) ,若直接进行吊装,会因构件安装次序不正确导致返工,造成劳动力浪费和工期增加。借助BIM模型进行安装模拟,确定正确的安装次序,与施工人员做好交底,确保现场安装一次成功。此外,通过吊装仿真模拟将吊装过程中可能存在的安全隐患暴露出来,以便管理人员提前采取预防措施,避免安全事故。

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BIM 信息管理平台

本项目包含构件种类多、数量大,为解决构件发货、接收信息不准确,构件不知所踪,现场安装混乱的问题,采用BIM与二维码相结合的技术手段,通过建立BIM信息管理平台,实现构件信息共享,有效避免因个人错误导致的信息不准确,从而有效提高构件生产、吊运、安装管理质量和效率。

借助BIM技术确定吊装顺序,从而确定构件的生产顺序、运输顺序、堆放场地等,实现构件实时可视化管理。将三维BIM模型导入BIM信息管理平台,每个构件生成一个二维码,记录构件的编号、楼 层、尺寸、生产厂家等信息,构件厂生产构件时,直接将二维码卡片固定在构件表面。构件吊运过程中,构件厂根据二维码卡片信息记录发货清单,现场人员接收构件时,根据二维码信息再次核实发货清单上构件编号,安排构件堆放位置并做好记录。当现场发现构件损坏时,也能通过二维码信息确定该构件生产厂家,及时进行修补或重新生产,避免影响构件正常吊装。构件二维码卡片能帮助现场施工人员更便捷地完成构件定位、吊装,方便随时查询吊装构件参数属性、施工完成质量等信息,再将竣工数据上传至项目数据库,实现施工质量记录可追溯查询。

04结语

将BIM技术引入装配式厂房项目,为项目带来以下效益。

1、工期方面

通过对厂房模型进行碰撞检查,找到模型构件之间存在的冲突点,提前解决,避免不必要的返工,缩短工期; 优化塔式起重机布置,减少各塔式起重机间的干涉,均衡工作量,有利于提高安装速度,缩短工期; 模拟构件吊装方案,提前确定吊装次序,保证现场吊装的顺利进行,缩短工期。

2、成本方面

利用 BIM 技术优化场地布置,找到最优的塔式起重机布置方案,避免资源浪费,从一定程度上降低成本; BIM 自身带有工程量统计功能,方便商务人员对项目成本进行核算,提高工作效率。

3、质量方面

通过碰撞检查,提前发现预制构件的设计错误,极大地减少了现场拆改工作,提高了工程质量。

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