BIM技术在复杂多坡屋顶精细化施工中的应用

孙克阳 徐 强 么传杰 姚清振

(1.聊城大学建筑工程学院,山东 聊城 252000； 2.山东住工装配建筑有限公司，山东 聊城 252000)

0 引言

BIM是以建筑工程关联的各项基础数据为依据,仿真模拟建筑物真实信息的新技术方法。该方法具有信息一致性、协调性、模拟性、可视化等特点,是项目信息化管理、精细化建造的重要工具[1]。别墅类建筑造型多样,其中复杂多坡屋顶尤为施工建造的难点。当不同高度屋脊线相交时,交点处标高与室内墙体砌筑高度难以定位,脚手架工程与模板工程也难以预先确定。采用基于BIM技术的数字化仿真技术,可较好的解决上述问题,实现精细化施工要求[2]。

1 工程概况

本工程为独栋2层别墅,采用砖混结构,总建筑面积422 m2,屋顶为现浇坡屋顶,共4条屋脊,屋顶最大建筑标高为8.9 m,屋面坡度30°。4条屋脊线结构标高分别为:7.3 m，8.2 m，8.7 m，7.6 m。由于4条屋脊线标高各不相同,导致墙体砌筑、脚手架支撑体系和模板工程等多道工序,施工高度难以定位。另外,由于受临近道路施工的影响,建设单位要求施工方在7 d之内完成顶层施工。为实现工程精细化建造,采用了基于BIM技术的数字化建造技术[3]。

2 难点分析与技术路线

2.1 难点分析

本工程顶层为多坡屋顶,内部隔墙砌筑与屋顶交汇处为坡面墙体,墙体砌筑高度无统一标高,易导致墙体砌筑高度不能满足设计要求,或导致梁板浇筑厚度不足。同时由于房间开间尺寸不同,脚手架支撑体系立杆高度和搭设间距无法统一,若按照传统方法,需在实际工作中多次尝试,以确定合适的搭设高度和间距。模板工程采用的木方为定尺建材损耗品,传统施工方式无法对此类建材预先排布,亦无法统计建材实际使用数量。上述难点是制约工程进度和质量的关键因素。

2.2 技术路线

鉴于本工程的特点,采用BIM数字化建造技术对工程施工进行模拟仿真,优化关键路线,解决施工难点,提高施工进度。技术路线具体如图1所示。

3 BIM模型构建

结合项目的特点及难点分析,依据标准、规范与本工程施工图,采用Revit软件建立工程三维模型,隐藏屋顶后2层砌体模型由内外墙体、构造柱、框架柱、框架梁、圈梁、门和窗以及多坡屋顶组成，如图2所示。

4 基于BIM模型的精细化施工模拟

4.1 墙体顶部标高精确定位

内墙体顶部沿坡屋顶30°砌筑,顶部标高、墙体长度为施工关键定位参数,依据三维仿真模型,对2层9面内墙体进行空间定位,以图2墙体A为例,确定关键点空间坐标,如图3所示。由各关键点空间坐标计算出墙体的砌筑高度和长度。依据上述方法,确定A墙体c,d,e三点相对砌筑高度和砌筑长度,指导精细化砌筑施工。另外,墙体与屋顶的接触面多为坡面砌体,以便于施工、保证梁板的浇筑厚度的前提,对于同一道墙体,依照高程较低点为砌筑高度,将坡面墙体统一优化,如图4所示。

4.2 脚手架工程精细化模拟与用量统计

以图2中a房间为例,脚手架工程采用φ48 mm钢管,并依据规范标准搭设,每根承重立杆纵、横间距不大于1.5 m,步距不大于1.8 m[4]。参照室内空间尺寸优化脚手架模型中承重立杆位置与间距,标注并统计钢管理论长度,依据钢管实际定尺长度对理论长度优化组合,组合方式为对接或搭接,承重立杆严禁搭接,优化数据详见表1。在施工过程中,可参考以上数据作为脚手架杆采购或租赁的依据。

表1 脚手架杆用量优化统计

4.3 模板排布与材料用量汇总

模板、木方等建材多为定尺构件,基于BIM模型,仿真模拟排列与布置,以图5中A面屋顶模板排布为例,排列布置优化前后如图5所示。

优化后方案中的a，b两片模板,由一整片标准模板裁剪组成,提高了模板利用率,在一定程度上降低了成本。屋顶模板整体优化排布方案如图6所示,其中浅色填充区域为模板排布基准起始点。通过软件将材质用量进行提取并汇总，由获取的屋顶模板排布图与模板用量汇总表,作为采购和施工的依据[5]。

模板工程约占钢筋混凝土总造价的20%～30%,优化后排布方案,一方面可以减少模板损耗量,降低材料成本[6],另一方面可以依据模型,提取模板构件尺寸提前加工,形成从加工到安装的流水作业,节约劳动成本,缩短工期[7]。

5 结语

本文通过实践运用BIM技术,实现了复杂工程的精细化施工,如确定内墙体砌筑高度,测算墙体上各关键点相对坐标，脚手架承重杆搭设位置与间距优化,及模板预排布与优化。BIM数字化建造仿真技术,对制定精细化施工方案,提高材料利用率,降低投入成本,提高工作效率起到了积极的作用,同时为施工采购和成本控制提供依据。

基于BIM技术实现复杂工程的精细化施工控制是一个可行的技术路线,在降本增效的同时,有助于现场绿色施工。但我国的BIM技术在施工领域的应用,还处于初级阶段,在实践过程中仍需进一步完善和补充,如模拟分析自动化程度较低,模型与插入的族类构件不能进行计算,部分引入族无法直接使用。上述问题有待于进一步努力和探索,持续完善BIM平台的基础工具,实现智能数字化施工。