基于BIM技术的某高层施工组织设计

基于BIM技术的某高层施工组织设计土木工程学院 2012级土木工程专业（3）班 朱荣军 舒浩指导老师 何夕平【摘要】 伴随着BIM理念在建筑行业内不断地被认知和认可，其作用也在建筑领域内日益显现，作为建设项目生命周期中至关重要的施工阶段，BIM的运用将为施工企业的生产产生更为重要的影响。本毕业设计主要运用BIM技术对某高层进行施工组织设计。首先运用Autodesk Revit和广联达土建建模软件建立三维实体模型，再运用广联达BIM施工现场布置软件进行三维场地布置，然后运用Office project和广联达梦龙网络计划编制系统编制进度计划，再通过广联达BIM5D软件将建立的三维实体模型、三维场地模型和进度计划进行关联，实现4D施工模拟，最后通过广联达BIM模板脚手架设计和广联达施工安全设施计算软件编制模板脚手架专项施工方案。【关键词】 BIM技术 三维建模 三维场布 进度计划 施工模拟 模板脚手架Abstract: Accompanied by the BIM concept in the construction industry constantly by the cognition and the approval, its role was also in the field of construction appears day by day, as the construction stage of construction project life cycle is very important, the use of BIM will production of construction enterprises have a more important influence. This design mainly uses the BIM technology to carry on the construction organization design to some high level. First use Autodesk Revit and the Civil glodon software modeling three-dimensional solid model is established, and then use the Glodon BIM construction site layout software for 3D site layout, and then use the office project and glodon Menglong network plan system plan, again through the analysis BIM5D software will establish three-dimensional solid model and 3D model of a site and schedule Association, 4D construction simulation is realized, finally software template special scaffold construction scheme glodon BIM formwork and scaffold design and Guanglianda construction safety facilities through calculation.Keywords: BIM 3D modeling Layout of construction work Schedule Planning Construction simulation Formwork scaffold一 绪论BIM是建筑信息模型（Building information modeling）的缩写，它是以三维数字为基础，建设工程的整个寿命周期为主线，将建设工程的可行性研究、初步设计、技术设计、施工图设计、招投标、施工、竣工移交、运营等各个环节并联起来，集合成建设工程整个寿命期的相关信息的数据模型。近年来计算机技术的飞速发展，BIM技术日趋成熟，但目前为止，我国的BIM技术主要用于施工设计阶段，但随着BIM技术的推广和应用，使得建设工程设计图更加具体、直观，设计图纸具有了生命，BIM技术在施工领域将具有广阔的发展前景。1、BIM技术在招投标中的应用现阶段招投标文件的制作主要以纸质文档为主，Word、Excel等Microsoft的各类软件编制的电子文档为辅，招标人及评标专家面对浩瀚的纸质投标文件，不得不凭借自己多年的设计、施工经验从中挑选合适的中标候选人，而采用BIM技术建模的3D投标文件，从拟建建设工程的各到工序以3D直观地展示，4D方案演示和虚拟建造，提高了招标人和评标专家对投标文件的接受程度，具 体、形象地展示了投标单位的实力。参加竞标的单位参照招标单位提供的工程量清单，完善拟建建设工程的建筑信息模型，动态、直观地把握拟将进行建造的工程情况，科学、策略地调整自身单位的投标报价。2、BIM技术在施工中对施工设计的进一步深化在施工设计图中，标准的预制构件常以参数化的形式表现出来，但构件的配筋及与其它构件的联接型式往往存在几种不同的方式，如按照施工中常用的做法，现场常先做样板进行对比、确定，则费工费时，但通过BIM技术，对各标准构件的不同配筋型式及与其它构件的不同联接方式进行建模，并确定相关的联接方式及参数，视施工现场实际情况采用，可大大提高了施工生产效率。3、采用BIM技术对施工过程中各种管线及各构件钢筋搭接的碰撞检测建筑工程施工中，水、暖、电、智能化、通信等各种管线错综复杂，各预制构件搭接处钢筋密集交错，如在施工中发现各种管线、预制构件搭接发生碰撞将给施工现场的各种管线施工、预埋和现场预制构件的吊装、制安带来极大的困难。因此，在施工前，采用BIM技术建模，虚拟各种施工条件下的管线布设、预制联接件吊装的模拟，提前发现施工现场存在的碰撞和冲突，尽早预知施工过程中可能存在的碰撞和冲突，利于显著减少设计变更，大大提高施工现场的生产效率。4、采用BIM技术对施工进度的模拟控制和更新目前，我国的施工进度管理主要是采用P6、Microsoft project等工程管理软件对施工进度计划进行管理，进度管理模式仅停留在二维平面上，对于标段多、工序复杂的建设工程，对施工进度的管理难以达到全面、统筹、精细化，采用BIM技术结合施工现场的三维激光扫描和高像素数数码相机的全景扫描，将施工现场的空间信息和时间信息集合在一个可视的3D或4D的建筑模型中，对施工现场进度进行形象、具体、直观的模拟，便于合理、科学地制定施工进度计划，直观、精确地掌握施工进度，对不同施工标段之间的沟通和协调有一个统一的管理和全盘的控制，利于缩短工期，降低施工成本。当然，随着工程信息的发展，BIM技术的应用不限于以上所述，3D的建筑模型逐步发展成4D乃至5D建筑模型，虽然目前BIM技术主要应用于设计阶段，大部分用于建模的软件处于研究或试用阶段，并且建模对计算机硬件要求较高，但相信不久的将来，BIM技术将成为提高建筑施工企业经营管理水平和核心竞争力的有力工具。二 工程概况本工程为某高层住宅楼。住宅楼结构形式为剪力墙结构，基础形式为阀板基础，地下一层，地上十一层，机房一层。地下一层及架空层为储藏室，其余为住宅用房。本楼高度为34.42m（含室内外高差0.56m）。地下一层2.89m，一层2.52m，以上均为2.9。总长度39.80m，总宽度为13.70m，高宽比为2.51m，长宽比为2.90.3。总建筑面积为6526平方米，其中地下建筑面积608平方米，地上部分为5918平方米。标准层面积为504平方米，机房层面积47平方米。三 三维建模三维实体模型可由Autodesk Revit和GMT软件建立，以下以Revit建模为例。操作步骤：新建项目绘制轴网绘制标高绘制墙绘制楼板绘制门窗绘制楼梯放置构件布置房间复制构件到其他楼层放置结构柱绘制梁绘制屋顶绘制基础场地布置绘制室外坡道、散水绘制道路等。以下以部分构件为例：部分墙体的属性、定位、实体模型部分屋面的属性、定位、实体模型三维实体模型 四 三维场地布置 布置包括三个阶段：基础阶段、主体阶段和装饰阶段，每个阶段都需要对生活区和施工区进行布置。1基础阶段施工区布置：基础、加工区、堆场、道路、绿化、厕所、搅拌站、配电房和消防设施等。生活区布置：宿舍、办公室、厕所、沐浴间、厨房、篮球场、垃圾站、停车场和配电房等。2主体阶段施工区布置：拟建建筑物、外脚手架、塔吊、施工电梯、加工区、绿化、道路和配电房等。主体阶段生活区布置同基础阶段生活区布置。3装饰阶段施工区需要布置：拟建建筑物、外脚手架、施工电梯、加工区、绿化、道路和配电房等。装饰阶段生活区布置同基础阶段生活区布置。五 进度计划编制进度计划主要由Office project和广联达梦龙网络计划编制系统编制。编制步骤：1、确定工作土方大开挖、基础垫层、筏板基础、N层施工（包括墙柱钢筋、墙柱梁板模板、梁板钢筋、墙柱梁板混凝土；其中N层包括地下一层到机房层共14层）、屋面工程、砌筑工程、安装工程、装饰装修工程等。2、确定各工作持续时间3、确定施工组织方式筏板基础采用整体施工，地下一层至机房层采用两段流水施工。4、绘制横道图和网络图以下是通过Office project编制的部分横道图以下是通过广联达梦龙网络计划编制系统编制的部分网络图计划工期：389天（其中基础工程施工105天，主体工程施工150天，装饰装修工程140天，水电管道安装随土建施工穿插进行。）六 施工模拟1、导入数据并整合 将建立的三维实体模型和场地模型导入广联达BIM5D中进行定位整合。导入三维实体模型导入三维场地模型 模型定位整合2、划分流水段地下一层至机房层采用两段流水施工，在广联达BIM5D中将三维实体模型划分为两个流水段。3、导入进度计划并关联模型将编制的进度计划导入广联达BIM5D中，并于三维实体模型进行关联。4、4D施工模拟设置好视口属性、显示设置、模拟方案等即可进行施工模拟动画。七 基于BIM技术的模板脚手架专项施工方案该部分内容主要包括：利用广联达BIM模板脚手架软件进行设计，利用广联达施工安全设施计算软件进行模板脚手架的安全计算，模板脚手架的手工计算，软件计算与手工计算对比分析。1利用广联达BIM模板脚手架软件进行设计1.1脚手架设计设计步骤：建立GCL模型导入GCL模型确定布置参数外架设计轮廓布置生成脚手架脚手架设计模型如下：1.2模板设计设计步骤：GCL建模导入GCL模型确定布置参数内架设计整层布置生成模板模板设计模型如下：2利用广联达施工安全设施计算软件进行模板脚手架的安全计算2.1脚手架计算计算步骤：模板选择确定基本参数选择连墙件确定荷载参数成果输出计算输出：本软件输出有快速试算、设计计算、施工方案、危险判断、设计图纸、应急预案、材料统计、评估优化。设计计算中包括脚手架计算书，本软件脚手架计算书另详。2.2模板计算计算步骤：模板选择确定基本参数确定荷载参数选择材料参数成果输出计算输出：本软件输出有快速试算、设计计算、施工方案、危险判断、设计图纸、应急预案、材料统计、评估优化。设计计算中包括模板计算书，本软件模板计算书另详。3模板脚手架的手工计算本毕业设计完成了外脚手架、墙模板、板模板和梁模板的手工计算书，下面以脚手架计算为例，模板计算另详。3.1脚手架设计（1）计算参数搭设高度：H=37m，立杆横距:lb=1050mm ,外伸：a=200mm，立杆纵距：la=1500mm 步距：h=1500mm,连墙件按两步三跨布置，施工层数为两层。脚手架的钢管选用483.5mm无缝钢管（2）大横杆计算（按三跨连续梁计算） 静荷载的计算值 q1=0.088kN/m 活荷载的计算值 q2=1.470kN/m强度验算：=Mmax/W=80.118 N/mm2f=205N/mm2 满足要求静荷载标准值q1=0.083kN/m 活荷载标准值q2=1.050kN/m扰度验算：Vmax=0.677q1l4/100EI+0.990q2l4/100EI=2.209mmminlb/150，10=7mm 满足要求 （3）小横杆计算（按简支梁计算） 强度验算：=Mmax/W= 162.402N/mm2f=205N/mm2 满足要求 扰度验算：V= 5ql4/384EI + pl(3l2-4l2/9)/72EI =2.783mm minla/150，10=10mm 满足要求 （4）立杆计算（不考虑风荷载） 不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值：N=11.948KN 立杆整体稳定性验算：A=4.24cm2 查表 j=0.274 = N/ j A=11948/0.274424=102.844N/mm2f=205N/mm2 满足要求（5）连墙件计算 本脚手架连墙件布置为：竖向间距3.0m（两步），横向间距4.5m（三跨），连墙件选用483.5mm无缝钢管。 N = Nw + No=1.4* wk*Aw + No=1.40.39813.5+3.0=10.522KN其中：Nw为风荷载产生的连墙件轴向力设计值，No为连墙件约束脚手架平面外变形所产生的轴向力设计值，对双排脚手架No=3KNs=N/A=10522/424=24.816N/ mm2 f=215N/mm2 满足要求(6) 地基承载力计算 P= N/A=11.507/0.18 =63.923KPf= Kfk=112KP 满足要求其中：N为压力设计值，A为立杆底部垫板面积，K为调整系数，fk为地基承载力标准值。剪刀撑：根据构造要求，每隔三跨布置剪刀撑，剪刀撑按三步四跨布置。 3.2模板设计 本毕业设计为剪力墙结构，只需要计算墙、梁、板模板，计算书另详。4件计算与手工计算对比分析以脚手架小横杆和梁侧面板为例，其他部分另详。4.1大横杆对比分析：大横杆抗弯验算扰度验算弯矩（KNm）强度（N/mm3）扰度（mm）软件计算0.983193.5162.245手工计算0.825162.4022.783对比分析：误差主要是荷载计算和公式计算误差，还有就是机算简支梁考虑150mm的悬臂端，而手算无悬臂端。4.2梁侧面板对比分析：面板验算强度验算扰度验算荷载（KN/m）弯矩（KNm）强度（N/mm2）荷载（KN/m）扰度（mm)软件计算18.1080.2329.658120.189手工计算18.1080.0913.773120.151对比分析：对比分析知梁侧面板验算的误差主要是机算跨度的不一致导致，机算跨度是按照a=(H-h-次梁截面宽度)/(n-1)=(500-130-50)/1000/(2-1)=0.32m；而手算是取支撑面板次梁的间距0.2m。八 结束语BIM，一场