BIM技术在咸阳奥体中心钢结构工程施工管理中的应用

王 豆

(陕西建工机械施工集团有限公司，陕西 西安 710032)

1 工程概况及重难点分析

1.1 工程概况

咸阳奥体中心罩棚钢结构工程位于咸阳市北塬新城大西安文体功能区内，总建筑面积71 646 m2,其中体育场建筑面积约71 350 m2,建筑高度达50 m。钢结构罩棚的结构形式为管桁架组成的壳体结构，支撑于混凝土结构上，主要受力单元体为屋面环向四边形桁架、典型径向桁架及支座支撑。主结构构件直接形成建筑幕墙外形网格，由典型径向桁架、典型墙面径向桁架、墙面环向片桁架及墙面环向系杆组成的四棱锥体系，形成墙面幕墙主龙骨。径向主桁架通过68组倒三角锥斜杆组成的内支座支承于下部混凝土框架柱顶，并向墙面延伸在15.6 m标高支承于框架柱侧牛腿之上。钢结构罩棚采用平面管桁架悬臂结构，最小管径140 mm，最大管径620 mm，最大壁厚25 mm，主结构用钢量约6 200 t；主体结构材质为Q345B、节点肋板材质Q390B，见图1，图2。

1.2 工程重难点

1.2.1 工程量大，工期紧

本工程钢结构用钢量约6 200 t，目标工期120 d，投入的施工管理人员达42人，施工现场大型履带吊7台，如何在较短的工期内保质保量的完成施工任务，是工程中的难点。

1.2.2 施工管理复杂

本工程中施工现场的平面规划与道路交通组织是保证钢结构施工顺利进行的关键，这些因素将直接影响到工程施工进度。其中钢结构的材料堆场、块体拼装场地的布置、吊车行走路线的规划、构件倒运线路的设置、构件进场路线的规划等是否合理也是影响钢结构施工进度的重要因素。加之施工现场存在大量的多专业交叉作业的问题，协调好各个专业的施工顺序是保证工程质量和工作进度的重要措施。

1.2.3 施工节点形式复杂，工艺复杂

钢结构罩棚为大型复杂空间结构，桁架种类多且节点形式多样，空间安装定位控制难度大，倒三角斜向支撑杆件安装难度大，多管相贯焊接的应力集中消除，吊装组块间对接接头多，高空作业风险大。采用BIM技术形成可视化三维技术交底，对施工方案进行施工模拟。采用传统的二维图纸指导施工，很容易造成施工错误，因此，如何能够正确、迅速的指导施工作业人员，是一个需要解决的关键问题。本工程复杂节点较多，根据现场实际情况，对于关键及复杂的节点部位进行技术交底，便于施工人员理解节点部位及操作要点，有效提高施工效率。

2 BIM技术应用

2.1 基于BIM技术的辅助项目管理

2.1.1 利用Revit软件建立三维场布模型

本工程钢结构体量大、交叉作业多，为保证施工组织的有序进行，应用Revit软件建立三维场布模型如图3所示，并借助无人机强大的视角和拍摄灵活性，实现施工现场的动态管理。

2.1.2 基于BIM技术的施工区段划分

钢结构施工段由四个合龙带组成，即东、南、西、北四个区段，如图4所示；结合土建工程的施工进度，钢结构安装的施工顺序为：1)北侧施工段的施工；2)东、西两侧施工段的施工；3)南侧高压线影响区域施工段的施工。每个施工段均由中间有屋面水平支撑的部位开始向两侧反向同步施工。

2.2 基于BIM技术的施工虚拟仿真技术

2.2.1 安全、技术方案可视化交底

本工程应用BIM技术，将实现安全、技术可视化三维交底，使施工技术跨空间跨时间的传递。通过施工方案的可视化交底，形象直观地体现了整个钢结构吊装任务的安排，避免了传统交底方式的理解分歧和信息错漏等问题，提高了交底效率；而且在模拟过程中能够发现潜在作业次序错误和冲突问题，从而对吊装方案进行优化调整。施工前，各班组长利用模型向操作人员进行可视化交底，便于操作人员理解复杂节点部位及操作要点，提高了施工效率。应用BIM技术提前对履带吊的吊装路线进行三维动态预演，便于作业人员理解记忆。

本工程钢结构吊装方案选用应用BIM技术，通过对多种施工方案进行三维演示对比，并经我集团公司多位钢结构专家的论证，最终确定钢结构的吊装方案为：采用地面拼装成片，由片组块，再分块进行吊装的方法进行施工。由于本工程空间结构形式复杂，因此应用BIM三维转换的功能，为块体地面组装提供了技术保障，确保工程能够保质保量的完成，见图5，图6。

2.2.2 4D施工模拟

本工程结构复杂，施工难度大，应用BIM技术进行4D施工模拟，将BIM技术与施工进度计划相结合，将信息化模型的空间信息与时间信息整合在一个可视的4D模型中，可以较为直观地、精确地反映整个施工过程，并根据工程进展优化人、材、机等各种施工资源，将施工进度、现场资源和工程质量进行统一的管理和控制，从而有助于缩短工期，加快施工效率，降低施工成本，提高施工质量。

2.3 基于BIM技术的辅助施工

2.3.1 施工测量——“三维实体空间测量放线法”测量异形空间

咸阳奥体中心罩棚钢结构全部采用大跨度钢桁架组成。在施工过程中，传统的测量方法要多次转换位置坐标，存在累计误差，在实际施工测量中将增加误差值。根据施工图的位置坐标，将BIM模型的位置坐标与施工现场的坐标吻合，直接在模型中抓取出空间三维坐标，利用全站仪放点测量。通过BIM+全站仪，可以有效地解决复杂空间无法进行传统放线的难题，效果显著，避免累计误差，节约施工时间，提高了测量的精准性，见图7。

2.3.2 块体吊点查找

本工程钢结构罩棚墙面块体向外倾斜，屋面块体部分标高由外至内呈20%坡度递增，且结构管桁架块体均为异形不均匀结构，结构重心非几何形心。采用BIM专业软件对吊装块体的重心进行精确定位，从而计算吊装用各索具长度，使块体在吊装过程中的位形与设计状态相符，方便块体吊装的一次性就位精度，提高施工效率，见图8。

2.3.3 协同管理，碰撞检查

本工程在施工过程中建立了各专业综合三维模型，其中包含了土建、钢结构、消防、暖通等专业模型，利用BIM建筑信息模型碰撞检查技术，将钢结构模型与其他单位设计的BIM模型予以整合，实现多专业之间数据协调共享，有效的提升了数据传送和共享的速度。

利用Tekla建模软件对结构模型进行碰撞检测，提前预见了钢结构与土建专业的碰撞问题，与土建、设计方沟通后，在满足设计及使用功能的前提下，将混凝土板下移400 mm，避开钢结构罩棚与混凝土板的结构碰撞，及时排除碰撞点，减少施工过程中由此产生的变更，缩短了施工工期，从而提高施工现场生产效率，见图9。

3 结语

本文主要介绍了BIM技术在奥体中心施工现场实际当中的应用，以BIM技术指导现场施工。该项目基于BIM技术实现的三维空间测量定位、4D施工模拟技术以及可视化技术交底，节约工期14 d。通过碰撞检测、协同管理平台应用等，经项目财务部门综合分析测算，共计节约成本约100余万元。本项目通过BIM技术应用为我们的技术升级及生产经营带来巨大的经济效益与社会效益。在以后的发展道路上，我们将以工程项目需求为出发点，应用BIM技术优化施工方法及项目进度质量安全管理，提高施工效率。通过BIM技术管理，优化施工过程，提高管理水平，达到降本增效的目的。