BIM技術案例分享：體育中心施工安全中的BIM應用

項目背景

該中心體育場集體育競賽、大型集會、國際展覽、文藝演出、演唱會、音樂會、演藝中心等功能于一 體，占地面積 591.6 畝，總建筑面積 20萬平方米，可容納 3.5 萬人觀看比賽。

體育場結構形式為超大規(guī)模 復雜索承網(wǎng)格結構，最大標高約為45.2m，平面外形接近類橢圓形，結構尺寸約為 263mx243m，中間有類 橢圓形大開口，開口尺寸約為 200mx129m。其具有受力復雜、施工技術含量高及項目施工管理困難等特點。

BIM 應用內容

1.BIM 技術應用的必要性

該工程空間形體關系復雜、跨度大、懸挑長、體系受力復雜、預應力張拉難度大，在施工中存在許多難點和問題，如：由于施工過程是不可逆的，如何合理的安排施工和進度;安裝工程多，如何控制安裝質量;如何控制施工過程中結構應力狀態(tài)和變形狀態(tài)始終處于安全范圍內等。 這些都是傳統(tǒng)的施工控制技術所難以解決的問題。

為了滿足預應力空間結構的施工需求， 把 BIM 技術、仿真分析技術和監(jiān)測技術結合起來，實現(xiàn)學科交叉，建立一套完整的全過程施工控制及監(jiān)測技術，并運用到該工程施工項目管理中，可以保證結構施工的質量、進度及安全。

2.基于 BIM 技術的施工場地布置

該中心體育場施工難度大，施工前對現(xiàn)場機械等施工資源進行合理的布置尤為重要。 利用 BIM 模型的可視性進行三維立體施工規(guī)劃，可以更輕松、準確的進行施工布置策劃，解決二維施工場地布置中難以避免的問題 。

基于建立好的項目整體結構 BIM 模型，對施工場地進行科學的三維立體規(guī)劃，包括生活區(qū)、鋼結構加工區(qū)、材料倉庫、現(xiàn)場材料堆放場地、現(xiàn)場道路等的布置，可以直觀的反映施工現(xiàn)場情況，減少施工用地、 保證現(xiàn)場運輸?shù)缆窌惩?、方便施工人員的管理，有效避免二次搬運及事故的發(fā)生。

3.基于 BIM 技術的施工深化設計

該體育中心鋼結構存在的預應力復雜節(jié)點多，加之設計院提供的施工圖細度不夠且與現(xiàn)場施工有諸多沖突，這就需要對其進行細化、優(yōu)化和完善。

體育中心采用基于 BIM 技術的施工深化設計手段，根據(jù)深化設計需要創(chuàng)建了一套包含大量信息 ，如構件尺寸、應力、材質、施工時間及順序、價格、企業(yè)信息等各種參數(shù)的族文件，其中有耳板族、索夾族、索頭族、索體族及體育中心特有的復雜節(jié)點族，根據(jù)創(chuàng)建的族文件可以自動形成各專業(yè)的詳細施工圖紙，同時對各專業(yè)設計圖紙進行集成、協(xié)調、修訂與校核，滿足了對現(xiàn)場施工及管理的需要。

預應力是通過索夾節(jié)點傳遞到結構體系中去的，所以索夾節(jié)點設計的好壞直接決定了預應力施加的成敗。該體育中心體育場的的鋼拉拉索力較大，需對其進行二次驗算以確保結構的安全。

將已建立好的環(huán)索索夾模型導入 Ansys 有限元軟件中對其進行彈塑性分析，可以在保證力學分析模型與實際模型相一致的同時節(jié)省二次建模的時間。

4.BIM 在施工安全控制中的應用

近年來建筑安全事故不斷發(fā)生，人們防災減災意識也有很大提高，所以結構監(jiān)測研究已成為國內外的前沿課題之一。

該體育中心在未施加預應力之前為瞬變體系，由于預應力的施加才成為結構體系。 預應力鋼結構施工的風險率很高，為了及時了解結構的受力和運行狀態(tài)，該項目針對項目自身特點開發(fā)一個三維可視化動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，對施工過程進行實時監(jiān)測，保證施工過程中結構應力狀態(tài)和變形狀態(tài)始終處于安全范圍內。

所開發(fā)的三維可視化動態(tài)監(jiān)測技術較傳統(tǒng)的監(jiān)測手段具有可視化的特點 ，可以人為操作在三維虛擬環(huán)境下漫游來直觀、形象提前發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場的各類潛在危險源，提供更便捷的方式查看監(jiān)測位置的應力應變狀態(tài)， 在某一監(jiān)測點應力或應變超過擬定的范圍時，系統(tǒng)將自動采取報警給予提醒。

該項目的變形監(jiān)測點選擇 20 榀徑向梁的梁端和跨中位置處，共有 40 個監(jiān)測點;應力監(jiān)測點分布在環(huán)梁和徑向梁上，共 24 個監(jiān)測點，每個測點在梁的上下翼緣處各布置一個正弦應變計。

5.基于 BIM 技術的施工動態(tài)模擬

該體育中心工程規(guī)模大、復雜程度高、預應力施工難度大，為了尋找最優(yōu)的施工方案、為施工項目管理提供便利， 采用了基于 BIM 技術的 4D 施工動態(tài)模擬 ，測試和比較不同的施工方案并對施工方案進行優(yōu)化， 可以直觀、精確地反映整個建筑的施工過程，有效縮短工期、降低成本、提高質量。

實現(xiàn)施工模擬的過程就是將 Project 施工計劃書、Revit 三維模型與 Navisworks 施工動態(tài)模擬軟件加以時間(時間節(jié)點)、空間(運動軌跡)及構件屬性信息(材料費、人工費等)相結合的過程。

6.BIM 在安裝質量管控中的應用

對預應力鋼結構而言，預應力關鍵節(jié)點的安裝質量對安全來說至關重要。安裝質量不合格，輕者將造 成預應力損失、影響結構受力形式，重者將導致整個結構的破壞。

BIM 技術在該項目中心工程安裝質量控制中的應用主要體現(xiàn)在以下兩點：

一是對關鍵部位的構件，如索夾、調節(jié)端索頭等的加工質量進行控制;二是對安裝部位的焊縫是否符合要求、螺絲是否擰緊、安裝位 置是否正確等施工質量進行控制。

將關鍵部位的族文件與工廠加工構件進行對比，檢查加工構件的外形、尺寸等是否符合加工要求。

7.BIM 在施工進度控制中的應用

以往工程中協(xié)同效率低下是造成工程項目管理效率難以提升的最大問題，某研究表明，工程項目進度超過 20%在協(xié)同當中損失。 該體育中心采用基于 3D 的 BIM 溝通語言、協(xié)同平臺，采用施工進度模擬、現(xiàn)場結合 BIM 和移動智能終端拍照相結合的方法來提升問題溝通效率，進而最大程度上確保施工進度目標的實現(xiàn)。

在對施工進度進行模擬的過程中，一來可以直觀的檢查實際進度是否按計劃要求進行;二來如果出現(xiàn)因某些原因導致工期偏差，可以分析原因并采取補救措施或調整、修改原計劃，保證工程總進度目標的實 現(xiàn)。

采用無線移動終端、WEB(World Wide Web 全球廣域網(wǎng))及 RFID(Radio Frequency Identification 無線射頻識別)等技術，全過程與 BIM 模型集成，可以做到對現(xiàn)場的施工進度進行每日管理，避免任何一個 環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題給施工進度帶來影響。

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