潇河国际会展中心北侧组团项目BIM技术应用
肖云飞、常帅
山西五建集团有限公司
山西五建集团有限公司是中国500强——山西建设投资集团控股的核心子公司，由中施企协授予3A信用评价单位。企业具有双特双甲资质、国家高新技术企业；是山西省首批装配式建筑产业基地、山西省省级企业技术中心单位，系山西省优秀骨干建筑企业。山西五建集团是一家以建筑施工、基础设施投资建设运营、地产开发、建筑产业化为主业，集设计、工程咨询、建筑劳务、绿色建材、检测服务、设备租赁等为一体的综合性建筑产业集团。
工程概括
1.项目简介
“山西潇河新城”位于山西省转型综改区潇河产业园区，项目包括潇河会展中心（北展、中展、南展）、潇河国际会议中心、及配套设施等，总建筑面积68万㎡。其中，潇河会展中心（北展）由七个展厅组成，建筑面积约11.4万㎡，主体结构形式为钢结构，东西向总长度为630m、南北向宽度为172m、建筑高度为24m。图1为项目效果图。
图1 项目效果图
2.工程特点与难点
（1）体量大，约11.4万㎡；
（2）工期紧，有效工期587天；3.技术难度大：主桁架为倒三角形曲线管桁架，单榀重达72t，跨度71m，主桁架上下弦管材质为Q460C高强度钢。该管桁架跨度大、重量重、钢材强度高、形体独特、安装高度高、施工难度大、施工危险性大。
3.应用亮点及创新点
项目以数据信息为基础，应用可视化模拟、有限元分析、三维激光扫描、无人机倾斜摄影、物联网检测、软件二次开发、智慧平台等BIM技术，为项目的安全管理、成本节约、质量控制以及进度把控提供数据支持，取得了良好的效果。
BIM技术组织
与应用环境
1.BIM应用目标
山西潇河北展项目为本公司核心项目，集团致力于打造国内一流的集设计、施工、运维全生命周期的BIM应用示范工程。通过对项目施工过程实施BIM技术的经验总结，建立一套集团推广的BIM管理体系，用于后续项目推广应用。同时培养具有BIM技术和工程专业知识双领域人才，结合实践背景，制定培养方案，让技术人员在实践中学习成长，为集团公司培养有生力量。
2.团队组织
BIM技术团队以集团公司总工程师领导，统筹规划，分别设置土建、钢结构、机电、后期等基本BIM专业，在公司技术部部长以及项目负责人的指导下有序开展工作，团队组织如图2所示。
图2 团队组织
3.软硬件环境
软件方面，此次BIM实施工作主要涉及建模、动画制作、信息传递以及平台四类软件，具体应用如图3所示。
图3 软件配置
硬件方面，应用联想图形工作站12台、三维激光扫描一台、无人机一架。
4.建模标准依据
潇河国际会展中心北侧组团项目为我集团公司BIM应用示范工程，从项目开工初，指定详细的BIM技术实施方案，并依据相关国标、地标、公司企标《山西五建集团BIM建模手册》、《山西五建BIM技术应用指南》开展项目BIM技术应用。
5.应用策略
落实事前策划，事中控制，事后检查，为施工质量提供保障。具体实施如下：
项目开工之前，组建BIM团队，提前预测项目实施过程中可能出现的问题，制定预警方案，同时对项目重难点策划，提出解决问题并加以优化，以保障施工安全。项目施工时，BIM技术辅助施工管理，对BIM模型动态调整，保证模型与实际建筑相符。项目结束后，将数据集成，打包成一套数据包，为后续运维管理提供数据支持，总结经验，为下一项目提供支持。
BIM应用
1.BIM建模
本项目基于项目特点，进行全专业建模，利用不同软件分别建立了施工场布模型、桩基础模型、主体钢结构模型、幕墙外立面模型、屋面模型以及机电模型，如图4所示。
图4 BIM模型
2.BIM应用情况
（1）场布：该项目为典型的大厂区施工，施工面广，参建单位多。经过BIM技术对场地进行合理的策划，包括材料堆场的规划、临水临电的设计、运输路线的设计、机械布置、生活区设计、办公区设计等，保障项目合理利用厂区空间。
（2）桩基可视化交底：为解决项目技术人员对工艺过程不熟悉的问题，本项目基于Unity编程，将图纸、规范、图集、工艺动画、验收等信息进行有机结合，实现点选交互的创新交底模式。
（3）钢结构深化出图加工：本项目钢结构工程体量大且构造复杂，项目BIM应用Tekla软件对钢结构节点进行深化设计，深化的成果经设计院确认后出具加工详图后移交工厂预制加工。基于BIM技术的钢结构精益建造快捷而高效，为现场快速、精准施工奠定了基础。
（4）管桁架逆向找形状：采用BIM技术对桁架不同加载阶段进行模拟，如图5所示，通过模拟计算，确定桁架制作时的实际下料尺寸及组焊时的预起拱值，设计制作胎架，通过胎架支座定位，控制桁架线形。
图5 三种加载阶段
（5）吊装模拟：单榀桁架重达72t，桁架为曲线型卧式组装状态，起吊时会发生重心位移，结合BIM技术反复模拟，最终确定“三机翻身+双机起吊平移法安装技术方案”保证施工时吊装安全，如图6所示。
图6 吊装模拟
（6）屋面工程：屋面整体由9个系统组成，通过BIM技术对主要系统进行深化设计和可视化拆分，保证各系统间安装精准，如图7所示。
图7 屋面节点模型
（7）装修策划：通过BIM技术进行精装策划，渲染室内效果图，多种方案之间比选，决定出适合本工程的装修方案。
（8）机电工程：通过BIM技术进行 碰撞检查、管综优化调整等工作。发现图纸问题700余项，保证安装精度，缩短工期，减少资源浪费。展厅地沟与高空管廊策划：通过BIM技术进行综合策划排布，采用综合支架分层装配，机电管线分层预制装配施工，解决了操作空间狭窄的施工难题。净高分析，通过BIM技术直观展现出每个区域的净高，根据管线排布方案要求，与各方沟通后进行相应调整。根据管线排布，进行综合支吊架设计，并出具相关图纸，如图8所示。
图8 机电深化
（9）倾斜摄影：采用BIM+倾斜摄影技术，建立基于GIS的实景模型，减少了测量时间和人工投入，提高测量精度，通过外业测量和内业数据处理为土方工程算量提供精确的数据支持，如图9所示。
图9 基于倾斜摄影建立的土方模型
（10）三维激光扫描：钢柱初立后整体扫描，根据扫描结果进行误差调整，大幅度减少测量时间和人工消耗，将点云模型进行单个构件拆分后，如图10所示，与其对应的设计图纸对比，对现场偏差较大的单体进行复测和调整，保障钢结构精准施工，避免误差过大给后期施工造成延误。
图10 钢柱点云模型拆分
(11)物联网：为保证屋面管桁架施工安全和结构不发生永久变形，需要对其进行实时监测。采用BIM+物联网安全监控技术，单榀桁架设置20个监测点，通过应力传感器生成数据与BIM模型点位关联，然后反映到APP端，即可实时监测钢构件应力变化，保障桁架施工质量和结构安全，如图11所示。
图11 应力传感器检测
(12)可视化编程解决数据壁垒技术：打破Tekla和Revit之间的软件壁垒，使IFC模型在Revit软件中可以编辑，间接将各软件优势集中在一个软件中；极大减少给构件赋予其他信息的时间；为施工管理和后期运维提供数据支撑，如图12所示。
图12 一键修改构件名称
（13）可视化编程批量赋予信息：本工程通过BIM+编程实现基于模型构件通过Excel填写信息一键批量赋予所需信息参数，如图13所示。
图13 一键批量赋予构件信息
（14）可视化编程实现分类安装：桁架形状类似的构件多，组焊时容易用错材料，BIM+二维码技术为每个构件制作二维码；并且通过编程实现利用名称查询在软件中构件高亮显示。Python自编算法速度快，效率高，二维码不受第三方储存限制，可扫描次数增多，如图14所示。
图14 Python编程生成构件二维码
（15）信息管理平台：采用译筑云BIM建设管理平台对BIM模型、质量、安全、进度、技术进行数字化管理。应用智慧工地平台对安全管理、环境监测、高危监管等数据进行汇总，通过数字化平台将各种数据集成，为项目提供数据支撑，形成基于BIM技术的数字化资产，为后续运维提供支持，如图15所示。
图15 智慧工地管理平台
应用效果
1.技术效益
获得山西省建设科技成果登记1项，软件著作权3项，发明专利4项，实用新型专利8项，如图16所示。
图16 技术效益展示
2.经济效益
物联网技术节约人工费32万元：钢结构深化节约费用181.538万元；综合管理节约费用115万元。
总结
1.推广价值
随着我国装配式建筑的发展，钢结构工程发展迅速。BIM技术凭借其可视性、模拟性、协调性、可出图性等成为助力装配式建筑发展的重要手段。基于BIM技术针对钢结构工程的解决方案通过在我集团公司多个项目的实践应用，验证了BIM技术在钢结构工程施工中的强大支撑作用，能有效促进项目的信息化管理水平，实现项目成本、质量、安全、进度的平衡。该成套技术不局限于钢结构厂房的施工，可扩展到整个钢结构中，应用前景广阔。
2.经验教训
该项目在施工阶段全方位的应用了BIM技术，从施工准备、基础施工、钢构施工、土建施工、机电施工、综合管理等方面实现了为项目建设增值，并且创新的应用了BIM+倾斜摄影、BIM+三维激光扫描、BIM+可视化编程、BIM+物联网等多项BIM扩展技术，提高了工程的质量，保障了施工的安全，取得了极大的经济效益。下一步的计划：我们将继续挖掘数据价值，通过创造数据、收集数据、分析数据、应用数据实现数据为项目建设增值。
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