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閘墩施工質(zhì)量管理BIM技術(shù)應(yīng)用

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閘墩施工質(zhì)量管理BIM技術(shù)應(yīng)用

【摘要】依托河南某水閘項(xiàng)目,采用Autodesk平臺(tái)探索BIM技術(shù)在水閘施工管理中的應(yīng)用。應(yīng)用BIM技術(shù)優(yōu)化施工方案,快速準(zhǔn)確復(fù)核工程量,模擬施工流程,并通過BIM模型實(shí)現(xiàn)質(zhì)量動(dòng)態(tài)控制,從而保證工程施工質(zhì)量,提高施工管理水平。

【關(guān)鍵詞】BIM;閘墩;施工模擬;質(zhì)量控制

1研究背景

應(yīng)用BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)工程幾何模型與屬性信息的融合,據(jù)此合理調(diào)整施工工序,實(shí)現(xiàn)施工過程信息化與精細(xì)化管理,檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)造、功能,優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì),提高工程質(zhì)量。以Revit為建模軟件,制作參數(shù)化族及族文件,添加參數(shù)后成庫,可在其他項(xiàng)目重復(fù)利用,提高建模速度。通過建立BIM參數(shù)化三維模型進(jìn)行場地布置和工程量計(jì)算,將模型導(dǎo)入Navisworks進(jìn)行深化設(shè)計(jì)、碰撞檢查、虛擬施工,進(jìn)而論證施工方案的可行性。傳統(tǒng)質(zhì)量控制存在信息孤島、協(xié)同程度低、不具可視化等問題,基于BIM技術(shù)的施工過程質(zhì)量控制可提高工程質(zhì)量管理水平。本文依托北汝河大陳攔河閘除險(xiǎn)加固工程,基于bim技術(shù),通過模型構(gòu)建、碰撞檢查、工程量核算、施工工藝模擬和動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制,研究基于BIM技術(shù)的變截面閘墩施工動(dòng)態(tài)質(zhì)量管理實(shí)施路徑。

2模型構(gòu)建

許昌市北汝河大陳攔河閘除險(xiǎn)加固工程位于河南省襄城縣境內(nèi),屬Ⅱ等大型水閘工程。本工程共12孔,單孔凈寬10.0m,總寬143.5m。6個(gè)中墩為大體積混凝土,長23.0m,寬1.5m,高11.5m。閘墩部分要求導(dǎo)管出料口距混凝土澆筑面始終保持在0.8~1.5m。閘墩分層澆筑,每層澆筑厚度不大于50cm,要求設(shè)置降溫冷水管。本研究的主要目的是優(yōu)化閘墩施工工藝,促進(jìn)質(zhì)量管理信息化,但閘墩與其他構(gòu)件如閘底板、兩岸翼墻、岸墻、上部建筑物和公路橋等均有連接關(guān)系,忽視其他構(gòu)件,只對(duì)閘墩建模不可行,需對(duì)大陳閘進(jìn)行整體建模。通常建筑模型建立均為一個(gè)構(gòu)件(如梁、板、柱),在模型中是一個(gè)單獨(dú)圖元,在房屋建筑中,每層獨(dú)立構(gòu)件均為一次澆筑成型,然而在水工建筑中許多構(gòu)件體積巨大,無法一次成型。這種構(gòu)件如果只用一個(gè)模型圖元進(jìn)行構(gòu)建不合理,所以在該項(xiàng)目建模中,對(duì)主要研究的閘墩構(gòu)件采用單構(gòu)件分層的模式進(jìn)行多圖元建模,對(duì)其余構(gòu)件仍按正常單構(gòu)件、單圖元建模。建模過程中,針對(duì)大陳閘項(xiàng)目所需提供的技術(shù)支持,對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)化建立,建模過程分為以下3個(gè)步驟。

2.1信息收集與整理

三維建模之前,首先收集項(xiàng)目水工圖紙、建筑圖紙、施工技術(shù)方案等項(xiàng)目資料,對(duì)其進(jìn)行整理歸類,根據(jù)資料規(guī)劃整個(gè)建模流程。

2.2族的制作

該步驟主要工作是項(xiàng)目所需族庫的設(shè)計(jì)制作(有一部分是通用族庫)。首先對(duì)閘墩部分進(jìn)行參數(shù)化分層設(shè)計(jì),使制作的構(gòu)件族可進(jìn)行后續(xù)工作。以其中某一中墩參數(shù)化設(shè)計(jì)為例,針對(duì)項(xiàng)目需求將整個(gè)閘墩設(shè)計(jì)成可按高度分層的若干部分,通過參數(shù)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)幾何形狀改變,閘墩形狀為自下而上的收口,收口后又自下而上進(jìn)行擴(kuò)口,如圖1所示。將整個(gè)閘墩分為兩部分,閘墩下部自下而上收口為第1部分;閘墩上部自下而上擴(kuò)口為第2部分。第1部分閘墩形狀采用Revit族環(huán)境中的融合命令制作,通過參數(shù)控制上下兩底面的二維形狀生成三維模型,構(gòu)件參數(shù)如圖2所示。其中,a1為閘墩下部下底面第1部分(尾部)長度;a1-1為閘墩下部上底面尾部長度;a2為閘墩第2部分(中部)長度;a3為第3部分(門槽)長度;a4為閘墩下部下底面第4部分(頭部)長度;a4-1為閘墩下部上底面頭部長度;b1為門槽寬度;b2為閘墩寬度。第2部分自下向上擴(kuò)口也同樣使用融合命令生成。此部分參數(shù)化驅(qū)動(dòng)思路是:先生成整體形狀,再通過參數(shù)控制空心形狀剪切實(shí)體形狀并形成所需構(gòu)件圖元。另外,閘墩上還附帶牛腿構(gòu)件,牛腿采用Revit族環(huán)境中的拉伸命令生成整體形狀,生成后在構(gòu)件上下方各制作1個(gè)空心形狀,通過參數(shù)控制空心形狀剪切實(shí)心形狀,從而控制整體圖元形狀。大陳閘共有閘墩13個(gè),包含邊墩、縫墩和中墩3種類型,均按此思路進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。在完成閘墩模型分層構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計(jì)后,開始對(duì)整個(gè)水閘項(xiàng)目其他族構(gòu)件(如排架柱、岸墻、檢修橋、公路橋箱形梁、公路橋路面、護(hù)欄等)進(jìn)行族的制作。

2.3模型整體拼裝

大陳閘模型整體由地形、水工、建筑、公路等模型組成,其中水工和公路共同構(gòu)建,建筑模型(包含啟閉機(jī)房和控制室)中閘墩分層構(gòu)件的拼裝是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對(duì)閘墩拼裝,根據(jù)其施工要求單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)標(biāo)高,分層閘墩?qǐng)D元每層標(biāo)高為500mm,共有23個(gè)標(biāo)高,整個(gè)閘墩模型總高11.5m。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行閘墩模型拼裝,拼裝后根據(jù)分層閘墩構(gòu)件所在標(biāo)高位置形狀進(jìn)行參數(shù)調(diào)整,拼裝也按設(shè)計(jì)族的理念進(jìn)行。閘墩第1部分形狀為自下而上收口,參數(shù)驅(qū)動(dòng)使其變成收口形狀。閘墩模型完成后,開始對(duì)剩余部件進(jìn)行組裝,最后得到大陳閘整體模型,如圖3所示。

3工程應(yīng)用

3.1施工方案優(yōu)化

在閘墩施工前,利用BIM技術(shù)進(jìn)行虛擬建造,利用Navisworks的檢查功能對(duì)閘墩施工整體布局進(jìn)行優(yōu)化,提前消除不協(xié)調(diào)部分;利用軟件進(jìn)行漫游,查找閘墩中是否存在不合理之處。通過檢查發(fā)現(xiàn)閘墩與墊塊形狀不協(xié)調(diào)、邊墩與下游翼墻存在碰撞等問題,如圖4,5所示。

3.2工程量統(tǒng)計(jì)

水閘工程中,異形構(gòu)件較多,如弧形翼墻、閘墩、箱式岸墻、護(hù)坡等,工程量統(tǒng)計(jì)較繁瑣,利用BIM技術(shù)可對(duì)工程量進(jìn)行復(fù)核,大大降低工程量統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度,提高統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.3閘墩施工工藝模擬

利用BIM可視化特點(diǎn),在閘墩大體積混凝土澆筑專項(xiàng)方案制定時(shí),能清晰表達(dá)各工序、部位(如模板、閘墩混凝土、泵管、降溫冷水管)之間的“空間-時(shí)間”關(guān)系,使技術(shù)人員一目了然,改變以往“方案以文字描述為主,使閱讀者難以快速理解”的狀況。施工工藝模擬如圖6所示。

3.4閘墩混凝土澆筑質(zhì)量控制

閘墩迎水面(變截面部分)高7.5m,從閘底板向上逐漸收口,呈“下大上小”的形式,須整體一次澆筑,不利于混凝土澆筑振搗密實(shí),質(zhì)量控制難度大。在施工中運(yùn)用BIM可視化、信息化特點(diǎn),模擬混凝土澆筑過程,遵循體積控制原理,通過混凝土澆筑的高程控制,實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土密實(shí)度的控制?;谏鲜鲈?,在混凝土澆筑前,按每車商品混凝土10m3的體積控制方法,精確計(jì)算混凝土澆筑控制高程,如圖7所示。通過計(jì)算可知,澆筑過程中需進(jìn)行24次多點(diǎn)高程測(cè)量,取平均值作為實(shí)測(cè)高程,并計(jì)算其與控制高程的誤差,實(shí)際澆筑平均高程與澆筑控制高程對(duì)比如圖8所示,從而可得到如下結(jié)論。1)實(shí)際澆筑平均高程與澆筑控制高程非常接近,說明運(yùn)用BIM參數(shù)化、可視化功能可實(shí)現(xiàn)施工過程的精確模擬。2)澆筑過程中,“誤差”大小即實(shí)際澆筑平均高程與澆筑控制高程的差值,可反映已澆筑混凝土的密實(shí)度。3)在施工中,當(dāng)“誤差”為正數(shù)時(shí),“實(shí)際密實(shí)度”低于“理論密實(shí)度”,可能是振搗不足或?qū)嶋H澆筑混凝土量不足。4)通過澆筑過程中質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)的監(jiān)測(cè),及時(shí)采取措施進(jìn)行“質(zhì)量糾偏”,有助于實(shí)現(xiàn)澆筑過程質(zhì)量控制。

4結(jié)語

運(yùn)用BIM技術(shù),通過三維建模,實(shí)現(xiàn)閘墩關(guān)鍵工藝優(yōu)化、施工進(jìn)度模擬、工程量核算;進(jìn)一步關(guān)聯(lián)進(jìn)度計(jì)劃后,將“計(jì)劃進(jìn)度”與“實(shí)際進(jìn)度”對(duì)比分析得到的“進(jìn)度偏差”與“閘墩澆筑質(zhì)量控制”的密實(shí)度相關(guān)聯(lián),有效保證大體積、不規(guī)則構(gòu)件的動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制,初步實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量動(dòng)態(tài)管理。將BIM技術(shù)應(yīng)用于施工質(zhì)量管理,可保證工程施工質(zhì)量,提高施工質(zhì)量動(dòng)態(tài)管理信息化水平。

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作者:任永祥 楊益民 李賀 單位:許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院