摘 要：近年來，建設(shè)工程施工技術(shù)在不斷發(fā)展，其中BIM技術(shù)在各類項(xiàng)目中得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)BIM技術(shù)在項(xiàng)目各階段的應(yīng)用情況，結(jié)合某電廠的鍋爐鋼架預(yù)制和安裝實(shí)例，闡述利用BIM技術(shù)對金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)制加工，對其內(nèi)的管線路由和支架進(jìn)行設(shè)計(jì)，再利用裝配式施工工藝對鋼架和支架進(jìn)行組裝，確保整個(gè)施工過程中鋼架的安裝質(zhì)量和施工效率，并有效降低成本。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);金屬結(jié)構(gòu);鍋爐鋼架;工程施工

中圖分類號：TU17;TU391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）07-0038-03

0 引言

BIM技術(shù)即建筑信息模型，它依托數(shù)字三維技術(shù)輔助建設(shè)工程的設(shè)計(jì)與施工，項(xiàng)目各專業(yè)人員通過模型信息溝通和處理問題，簡化溝通協(xié)調(diào)過程。通過集成信息，在設(shè)計(jì)模型中進(jìn)行結(jié)構(gòu)碰撞檢查，將產(chǎn)品可視化并模擬安裝過程，優(yōu)化安裝順序和預(yù)制工藝流程，提高施工效率，確保設(shè)計(jì)和施工方案科學(xué)合理。

建設(shè)工程項(xiàng)目工程量大、流程多、界面復(fù)雜、協(xié)調(diào)難等，利用科學(xué)合理的技術(shù)指導(dǎo)施工和管理顯得尤為重要， BIM技術(shù)是當(dāng)前建設(shè)工程領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的技術(shù)，可覆蓋建設(shè)工程全壽命周期，在每個(gè)階段起重要作用，能直接或間接影響建設(shè)工程項(xiàng)目的質(zhì)量、進(jìn)度、成本、安全等方面。

1BIM技術(shù)的應(yīng)用

1.1 投標(biāo)階段的應(yīng)用

在建設(shè)工程項(xiàng)目招投標(biāo)階段，收集產(chǎn)品要求、施工與設(shè)計(jì)要求、工程量清單等相關(guān)信息，利用有效信息及BIM技術(shù)，統(tǒng)計(jì)出建筑的實(shí)物工程量，根據(jù)清單計(jì)價(jià)規(guī)則及清單信息，形成招標(biāo)文件的工程量清單。基于BIM平臺信息，投標(biāo)方將施工方案以動畫模型的形式呈現(xiàn)，優(yōu)化施工方案并分區(qū)域統(tǒng)計(jì)工程材料用量，若將造價(jià)軟件與BIM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享連接，則能簡化用量及套價(jià)等工作，確保計(jì)價(jià)依據(jù)的準(zhǔn)確性，有利于造價(jià)管理，對項(xiàng)目進(jìn)行更有依據(jù)的合理報(bào)價(jià)，提升商務(wù)標(biāo)和技術(shù)標(biāo)的競爭力，并為項(xiàng)目后期的設(shè)計(jì)、施工、竣工、使用提供有效依據(jù)，解決后期遇到的問題。

1.2 設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

在建設(shè)工程設(shè)計(jì)階段，相關(guān)信息管理技術(shù)將會發(fā)揮很大的作用，利用建筑信息模型BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)建筑信息的集成，各種信息整合于三維模型信息數(shù)據(jù)庫中，該信息庫不僅包含描述建筑物構(gòu)件的幾何信息、專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，還包含了非構(gòu)件對象的狀態(tài)信息，借助這個(gè)包含建筑工程信息的三維模型，大大提高了建筑工程信息集成化程度，為建筑工程項(xiàng)目的相關(guān)利益方提供了一個(gè)工程信息交換和共享平臺。

BIM技術(shù)屬于數(shù)字化設(shè)計(jì)，其數(shù)據(jù)庫是動態(tài)變化的，因此需要信息數(shù)據(jù)庫的動態(tài)管理。需要注意的是，BIM技術(shù)不僅在設(shè)計(jì)階段應(yīng)用，還應(yīng)用于建設(shè)工程項(xiàng)目的全壽命周期中。通過BIM技術(shù)設(shè)計(jì)建立三維模型，可對建筑物做碰撞檢查，綜合管線優(yōu)化排布，減少返工、縮短工期，還可在軟件中虛擬施工，通過模型提前預(yù)知施工難點(diǎn)，將施工方案模型化，設(shè)計(jì)出切實(shí)可行的施工方案。

BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)綜合交通系統(tǒng)規(guī)劃、公路交通的設(shè)計(jì)、地質(zhì)信息模型數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)等?；贐IM技術(shù)構(gòu)建綜合交通數(shù)據(jù)庫的信息模型，該數(shù)據(jù)庫包含有三維空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫，可以滿足綜合交通規(guī)范化管理要求，為區(qū)域建筑分布和交通區(qū)劃研究提供直接數(shù)據(jù)支持。收集地形圖、地質(zhì)圖、鉆孔資料后，建立三維綜交通模型，根據(jù)相關(guān)資料、可對模型實(shí)施動態(tài)監(jiān)測，研究其發(fā)展規(guī)律和存在風(fēng)險(xiǎn)，并設(shè)計(jì)出交通系統(tǒng)及公路交通相關(guān)防范措施等。利用BIM技術(shù)構(gòu)建考慮公路網(wǎng)、區(qū)域樞紐、交通樞紐可達(dá)性的交通區(qū)位和可達(dá)性評價(jià)模型，分析區(qū)域交通優(yōu)勢，設(shè)計(jì)綜合交通系統(tǒng)等特大型工程。

1.3 施工階段的應(yīng)用

在施工階段，施工過程產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)和信息，并不斷變化，加強(qiáng)信息動態(tài)管理，制定信息管理制度，各方信息分類和編碼的統(tǒng)一，來實(shí)現(xiàn)信息管理的標(biāo)準(zhǔn)化、代碼化和規(guī)范化，使信息管理更高效，且不易出錯(cuò)。施工所用的材料、設(shè)備、圖紙等信息都可以通過BIM技術(shù)來完成，對這些大量的施工數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效管理和動態(tài)化控制。

1.3.1 施工準(zhǔn)備階段

在施工準(zhǔn)備階段，利用BIM技術(shù)對施工場地的設(shè)備和建筑信息進(jìn)行整合，對施工場地的資源進(jìn)度、場地進(jìn)度、計(jì)劃進(jìn)度和施工進(jìn)度進(jìn)行總體協(xié)調(diào)，論證施工進(jìn)度的合理性，通過直觀的模型模擬，從施工邏輯、施工工序的合理性進(jìn)行驗(yàn)證，對施工過程進(jìn)行控制，避免施工場地的界面混亂以及資源浪費(fèi)。具體到合理布置施工場地減少二次搬運(yùn)，隨著施工的不斷進(jìn)行，場地情況持續(xù)動態(tài)變化，依靠BIM技術(shù)對變化的信息進(jìn)行繼續(xù)加工。對于建筑構(gòu)件、設(shè)備、管線、電路的布置和更改，則需要依靠BIM技術(shù)檢查碰撞，實(shí)現(xiàn)合理規(guī)劃。

1.3.2 施工方案的評估

根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)編制相關(guān)施工工藝方案時(shí)，可以結(jié)合BIM技術(shù)，對擬實(shí)施的施工工藝進(jìn)行三維可視化模擬，主要目的是對施工工藝的構(gòu)成要素進(jìn)行展示，同時(shí)將施工工藝的實(shí)施順序和工作流程模擬，項(xiàng)目組人員根據(jù)模擬情況，分析工藝方案的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合評判該工藝方案的可行性，有利于推動工藝方案的標(biāo)準(zhǔn)化，針對不同工序匹配最優(yōu)的施工工藝方案[1]。

1.3.3 施工安全設(shè)計(jì)

對于施工安全問題，也可結(jié)合BIM技術(shù)進(jìn)行控制。首先對現(xiàn)場質(zhì)量缺陷、風(fēng)險(xiǎn)要素、安全隱患等資料信息進(jìn)行整合分析，對比BIM模型或圖紙文件，將問題可視化，分析風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重程度，排除隱患的難易，來尋求合適的解決方案，消除風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患。當(dāng)在BIM設(shè)計(jì)模型中設(shè)計(jì)施工場地的防火逃生通道，并模擬出危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，沿防火逃生通道疏散的人員在逃生過程中，是否有新的危險(xiǎn)源和障礙，來考慮改變通道路線或?qū)β窂街械脑O(shè)計(jì)作業(yè)改變以及裝設(shè)安全裝置等。

當(dāng)在BIM設(shè)計(jì)模型中設(shè)計(jì)消防車通道時(shí)，應(yīng)對通道寬度、高度范圍內(nèi)障礙物、路面地基作出分析，規(guī)劃最優(yōu)路徑。在項(xiàng)目使用、運(yùn)營或生產(chǎn)階段時(shí)會產(chǎn)生相關(guān)信息，如使用情況調(diào)查、維修狀況、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等一系列信息，需要對它們進(jìn)行收集匯總管理并分析，對未來新項(xiàng)目的提出和設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)價(jià)值，通過BIM與施工過程記錄信息的關(guān)聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)包括隱蔽工程資料在內(nèi)的竣工信息總集成，利于項(xiàng)目在使用、運(yùn)營或生產(chǎn)階段的設(shè)施管理，并為項(xiàng)目未來的維護(hù)、改造、擴(kuò)建提供歷史信息。對于項(xiàng)目的安全和消防管理，使用BIM技術(shù)對監(jiān)控設(shè)施、消防設(shè)施進(jìn)行合理布置，科學(xué)指導(dǎo)人員快速疏散和營救等。

1.3.4 預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)階段

BIM技術(shù)應(yīng)用在預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)階段時(shí)，可以對預(yù)制流程中存在的影響因素進(jìn)行分析，得出關(guān)鍵影響因素，有助于管理人員提前做好預(yù)案。在預(yù)制初期階段，收集整合并共享預(yù)制構(gòu)件的有關(guān)屬性信息，保證設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)信息的真實(shí)性和完整性，及時(shí)存儲，便于預(yù)制全過程中隨時(shí)查看和分析屬性信息來支持構(gòu)件的生產(chǎn)，根據(jù)數(shù)據(jù)信息對預(yù)制質(zhì)量進(jìn)行控制。同時(shí)，可以對所用到的材料在BIM中進(jìn)行測量計(jì)算，并分類統(tǒng)計(jì)，將全部材料的用量歸納完整，利于采辦和后期對材料消耗量的監(jiān)測[1]。如果將造價(jià)軟件與BIM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享連接，則能簡化用量及套價(jià)等工作，確保計(jì)價(jià)依據(jù)的準(zhǔn)確性，有利于預(yù)制階段的施工和造價(jià)管理。

2BIM應(yīng)用于鍋爐鋼架工程實(shí)例

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與設(shè)施布置

以某電廠的鍋爐鋼架為例，如圖1所示，在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員根據(jù)相關(guān)信息和需求在BIM平臺對數(shù)據(jù)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)鍋爐鋼架主要尺寸、施工現(xiàn)場情況和現(xiàn)有資源來確定鋼架的各裝配結(jié)構(gòu)段以及各結(jié)構(gòu)段的連接形式。裝配結(jié)構(gòu)段可按一層或多層垂直劃分，如為大型鋼架，平面尺寸比較大，每層還需進(jìn)行平面或局部區(qū)域劃分，各裝配結(jié)構(gòu)段連接形式可為螺栓連接或焊接等。

對鋼架各層平臺進(jìn)行合理布置，對于鋼架內(nèi)的附屬結(jié)構(gòu)，如管線路由、管道支架、設(shè)備基座、欄桿、扶梯、格柵板等構(gòu)件結(jié)合鋼架整體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，還需考慮施工可行性和鍋爐的運(yùn)行維護(hù)，鋼架的每個(gè)構(gòu)件需要輸入準(zhǔn)確的屬性信息，如構(gòu)件編號、材質(zhì)、規(guī)格、型號等。設(shè)計(jì)模型初步完成后，對各構(gòu)件進(jìn)行碰撞檢查，距離和尺寸核算，結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，節(jié)點(diǎn)連接是否可靠，完善相關(guān)細(xì)節(jié)，必要時(shí)可以模擬整個(gè)施工過程，提前預(yù)知施工難點(diǎn)，將施工方案可視化，規(guī)避潛在的施工風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)出合理的結(jié)構(gòu)模塊。

2.2 裝配材料的準(zhǔn)備

2.2.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)出及分類

在BIM中通過完成的數(shù)據(jù)模型輸出鋼材的屬性參數(shù)表格和圖紙，鏈接到企業(yè)物料數(shù)據(jù)庫，調(diào)用物料庫存信息，對鋼材進(jìn)行排版套料。套料好的構(gòu)件有符合安裝尺寸的立柱、橫梁、托架構(gòu)件、支架構(gòu)件、平臺構(gòu)件、設(shè)備基礎(chǔ)件、欄桿構(gòu)件和扶梯等各類單元件，工作人員將各構(gòu)件單元進(jìn)行分類，將每個(gè)裝配結(jié)構(gòu)段所需的材料歸集好后，便可組織材料預(yù)制和組裝。

2.2.2 分段拼裝及檢驗(yàn)

施工前根據(jù)擬定好的施工計(jì)劃，在工廠內(nèi)按順序?qū)Ω鲉卧獦?gòu)件進(jìn)行拼裝，以使對接施工現(xiàn)場的安裝要求和安裝進(jìn)度。在鋼架安裝過程中，需要對鋼架構(gòu)件校正、變形、焊接、焊縫尺寸、墊鐵、柱基預(yù)留鋼筋等充分考慮。

首先根據(jù)裝配結(jié)構(gòu)段圖紙，將各構(gòu)件按順序組合，立柱、橫梁通過焊接或螺栓連接等形式組成整個(gè)裝配結(jié)構(gòu)段，對于結(jié)構(gòu)段內(nèi)的主要管道支架根據(jù)圖紙位置定位，并準(zhǔn)確安裝，其他在結(jié)構(gòu)段內(nèi)的附屬結(jié)構(gòu)也需要一并安裝完成，預(yù)先不能安裝的附屬結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行臨時(shí)固定，位置應(yīng)準(zhǔn)確，確保在后期各裝配分段安裝完成后，各分段內(nèi)附屬結(jié)構(gòu)能連貫地連接。

其次，在鋼架梁、柱指定位置焊接吊耳，并對該結(jié)構(gòu)段的連接質(zhì)量、所用材料、主要尺寸、附屬結(jié)構(gòu)位置等進(jìn)行復(fù)核和檢驗(yàn)，對焊接部位還需進(jìn)行無損探傷檢測，檢查合格后，經(jīng)過除銹噴漆防腐等工序后便可將完成好的裝配結(jié)構(gòu)段運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場等待安裝。

2.3 金屬結(jié)構(gòu)、設(shè)備的安裝

2.3.1 基礎(chǔ)安裝

鍋爐鋼架安裝前，首先需要對地基基礎(chǔ)復(fù)查和劃線，基準(zhǔn)軸線應(yīng)與廠房建筑標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)校核無誤，基礎(chǔ)標(biāo)高通過基準(zhǔn)標(biāo)高線測量，復(fù)查合格后進(jìn)行基礎(chǔ)劃線，依次劃出各縱橫軸線，劃線完成后準(zhǔn)備安裝柱底板。柱底板安裝前在每個(gè)地腳螺栓上安裝標(biāo)高調(diào)整螺母便于柱底板的標(biāo)高調(diào)整，隨后開始安裝柱底板。如果鋼架的定位和固定與BIM設(shè)計(jì)模型位置存在差異時(shí)，分析問題產(chǎn)生原因，如確需調(diào)整定位的，在BIM設(shè)計(jì)模型中更新鋼架位置，檢查是否與原設(shè)計(jì)存在影響，并消除影響。

2.3.2 主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備安裝

將預(yù)制好的第一段鋼架裝配段立柱上劃出1m標(biāo)高線，對柱子互成90°的兩個(gè)側(cè)面劃出中心線，便于安裝鋼架時(shí)作為垂直度測量的基準(zhǔn)[2]。鋼架吊裝前，確保整體加固性能良好，復(fù)核裝配段的重量重心，檢查裝配結(jié)構(gòu)段編號及方向，附屬于螺栓、螺母、墊圈接觸的所有接觸面應(yīng)除去氧化物、毛刺、油脂等影響緊密連接的雜物。吊裝作業(yè)采取從前到后、從左到右的吊裝順序，柱子下端墊好道木，防止鋼架立柱與地面接觸，待立柱板與柱底板螺栓穿好后，檢查立柱標(biāo)高和垂直度，當(dāng)標(biāo)高和垂直度調(diào)整合格后，將螺栓緊固并對螺栓孔進(jìn)行一次灌漿。該層鋼架找正、螺栓終緊后，經(jīng)驗(yàn)收合格方可進(jìn)行柱底板與基礎(chǔ)的二次灌漿，待灌漿料強(qiáng)度合格后方可進(jìn)行下一層裝配結(jié)構(gòu)段的吊裝。吊裝過程可以通過BIM來模擬，檢查起重機(jī)吊臂是否和裝配結(jié)構(gòu)存在干涉情況，吊裝過程中裝配結(jié)構(gòu)是否與其他結(jié)構(gòu)有碰撞發(fā)生，若存在問題，改變方案消除隱患，確保實(shí)際吊裝過程安全穩(wěn)定。

將預(yù)制好的第二段鋼架裝配段吊裝，首先確定好重心，將索具安裝到裝配段吊耳上，在結(jié)構(gòu)上綁好牽引繩，在安裝過程中確保裝配段的垂直度，必要時(shí)可設(shè)置導(dǎo)向限位結(jié)構(gòu)，當(dāng)裝配段吊至目標(biāo)位置后，將立柱底部與第一段頂部點(diǎn)焊臨時(shí)固定，檢查裝配段垂直度及各裝配段內(nèi)附屬構(gòu)件的過渡連接情況，確認(rèn)位置無誤后，根據(jù)圖紙將第二段與第一段進(jìn)行可靠連接或焊接，并將第二段和第一段內(nèi)的附屬結(jié)構(gòu)件和中間過渡件可靠連接或焊接。第三、四段等上部鋼架裝配結(jié)構(gòu)段同理進(jìn)行安裝，以此類推。各裝配段的扶梯和格柵均在工廠預(yù)制階段安裝完畢，便于后期人員通行，檢查各裝配段之間連接質(zhì)量。

高強(qiáng)度螺栓緊固完畢后，經(jīng)檢驗(yàn)合格后方能繼續(xù)吊裝另一段裝配結(jié)構(gòu)段，以免造成無法糾正的偏差，各段安裝完畢后，最后對鍋爐鋼架整體驗(yàn)收[3]。

3結(jié)語

BIM技術(shù)作為現(xiàn)代工程建設(shè)領(lǐng)域中的重要技術(shù)，高度契合建設(shè)工程的精細(xì)化管理，可應(yīng)用于項(xiàng)目可行性研究、工程招投標(biāo)、造價(jià)管理、工程設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)、施工建造、工程驗(yàn)收等建設(shè)工程各個(gè)環(huán)節(jié)，產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，對項(xiàng)目的溯源、質(zhì)量控制、運(yùn)營期維護(hù)提供了充實(shí)的依據(jù)。

將BIM技術(shù)的應(yīng)用細(xì)化到鋼結(jié)構(gòu)加工制造安裝方面同樣具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，在設(shè)計(jì)階段優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，在施工階段輔助生產(chǎn)預(yù)制和安裝，整合材料設(shè)備等數(shù)據(jù)信息，與數(shù)字化加工技術(shù)相結(jié)合，為鋼結(jié)構(gòu)安裝施工提供重要的技術(shù)支撐，可在建設(shè)工程項(xiàng)目中與裝配式施工工藝相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)效率的提升，工期的提前，成本的壓縮，工程質(zhì)量的提高。促進(jìn)建筑企業(yè)的發(fā)展，為社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加速充能。因此，合理運(yùn)用BIM技術(shù)對建設(shè)工程的設(shè)計(jì)和施工具有重要意義。

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收稿日期：2022-02-17

作者簡介：劉毅（1987—），男，湖北咸寧人，本科，工程師，研究方向：機(jī)電工程。