基于BIM技術(shù)的亞運(yùn)會(huì)水上運(yùn)動(dòng)中心施工智慧管理

在建筑施工技術(shù)和管理模式不斷發(fā)展的背景下，大型體育場(chǎng)館的施工管理水平也得到了大幅度提高。施工過(guò)程的管理水平也是衡量建造技術(shù)的重要標(biāo)準(zhǔn)，但當(dāng)前施工管理模式多處于粗放階段。針對(duì)提高施工管理水平，革新施工管理模式的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外眾多專(zhuān)家學(xué)者進(jìn)行研究和探索并在實(shí)際工程中進(jìn)行了應(yīng)用。王飛通過(guò)分析深基坑施工難點(diǎn)探索深基坑施工質(zhì)量管理方法，提高了深基坑支護(hù)的施工效率和安全性。廉月海等在不規(guī)則連續(xù)曲形屋面工程施工過(guò)程中，針對(duì)防火管理困難等問(wèn)題，探索了易燃材料安全管理方法，從人、物、管理3方面進(jìn)行全方位把控，實(shí)現(xiàn)了屋面施工零火災(zāi)事故，為施工安全管理提供了參考。JeonS等在連續(xù)鋼筋混凝土路面（CRCP）研究中，發(fā)現(xiàn)CRCP的大部分故障是由橫向施工縫和修補(bǔ)縫附近的材料或建筑質(zhì)量問(wèn)題引起的，由此建立了建筑質(zhì)量管理方法和評(píng)估機(jī)制，為混凝土質(zhì)量控制提供了參考。但是，對(duì)施工全過(guò)程的安全、質(zhì)量、成本等各個(gè)方面的綜合管理較少。BIM技術(shù)是輔助項(xiàng)目施工管理的主要工具，可作為組合結(jié)構(gòu)工程建設(shè)施工的有力依托?；贐IM技術(shù)的智能化建造管理體系，可在建造的全過(guò)程對(duì)體育場(chǎng)館的安全、質(zhì)量、成本等進(jìn)行全方位分析，提高管理的科學(xué)性、智能化。將建筑信息模型應(yīng)用于建筑物的全生命周期在工程實(shí)踐中已呈現(xiàn)出顯著效果。陳培智等提出一套BIM和本體融合的建筑抗震性能評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)了建筑在現(xiàn)有評(píng)估類(lèi)型下各性能指標(biāo)的自動(dòng)化預(yù)測(cè)。徐敬海等研究建筑物BIM技術(shù)和實(shí)景三維模型的融合方法，實(shí)現(xiàn)建筑物BIM技術(shù)與實(shí)景三維模型語(yǔ)義、幾何和位置融合，顯著提高了建筑物的可視化。白磊等搭建了BIM+GIS平臺(tái)，通過(guò)實(shí)景仿真模型查看施工對(duì)周邊的影響情況，提高了施工的效率和管理水平。ProvidakisS等利用基于3D-BIM的模型以及相關(guān)的地質(zhì)信息來(lái)分析三維模型，以預(yù)測(cè)建筑物的隧道誘發(fā)沉降破壞敏感性，采用IFC標(biāo)準(zhǔn)充當(dāng)BIM數(shù)據(jù)與MATLAB網(wǎng)格劃分和分析工具之間的橋梁，以評(píng)估隧道安全風(fēng)險(xiǎn)，有效地提高了隧道施工安全管理的智能化。杭州亞運(yùn)會(huì)大型水上中心項(xiàng)目施工過(guò)程中，為提高管理的智能化、精細(xì)化，提出BIM技術(shù)驅(qū)動(dòng)的施工智慧管理方法，通過(guò)搭建基于BIM技術(shù)的智慧工地平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)安全、質(zhì)量、成本及人員、環(huán)境、設(shè)備的智能管理。1、水上運(yùn)動(dòng)中心項(xiàng)目施工管理難點(diǎn)亞運(yùn)會(huì)水上運(yùn)動(dòng)中心大跨度部位采用組合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且質(zhì)量要求高。該項(xiàng)目分為12個(gè)施工區(qū)域，工作面錯(cuò)綜復(fù)雜，多專(zhuān)業(yè)、多工種交叉施工，為施工現(xiàn)場(chǎng)的管理增加了難度。施工過(guò)程管理的控制難點(diǎn)體現(xiàn)如下。（1）施工過(guò)程多專(zhuān)業(yè)，多工種交叉作業(yè)，加大了安全管理難度。本項(xiàng)目建造過(guò)程中需使用大量機(jī)械設(shè)備，特別是在吊裝階段，存在造成高空墜物風(fēng)險(xiǎn)。由于工期緊張，夜間施工增加了安全隱患。（2）結(jié)構(gòu)形式及施工工藝復(fù)雜，質(zhì)量管理困難。本項(xiàng)目為亞運(yùn)會(huì)重要體育場(chǎng)館，東西方向跨度大，采用型鋼混凝土材料，組合結(jié)構(gòu)施工時(shí)需對(duì)各施工階段進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，包括型鋼、鋼筋、模板、混凝土施工4個(gè)主要階段。（3）工程體量龐大，增加了材料管理工作量。本工程主體結(jié)構(gòu)混凝土總量達(dá)6.5萬(wàn)m3，異形結(jié)構(gòu)梁板柱規(guī)格型號(hào)不一，構(gòu)件數(shù)量多，按傳統(tǒng)方法，預(yù)算人員需從圖紙中逐一計(jì)算統(tǒng)計(jì)匯總混凝土工程量。（4）施工過(guò)程場(chǎng)地投入的人材機(jī)較多，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的人員、環(huán)境、設(shè)備管理難度大。加強(qiáng)對(duì)施工過(guò)程人材機(jī)的管理，為施工的安全、質(zhì)量、成本的高效及智能化管理提供了有力保障。2、BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值由于BIM技術(shù)具有可視化、參數(shù)化、信息化、支持虛擬模型和現(xiàn)實(shí)的雙向互聯(lián)等特性，而大型體育場(chǎng)館具有施工工藝復(fù)雜、質(zhì)量要求高的特性，將BIM技術(shù)與大型體育場(chǎng)館工程施工管理結(jié)合后具有以下優(yōu)勢(shì)。（1）BIM技術(shù)可為施工過(guò)程進(jìn)行信息量的統(tǒng)計(jì)，為施工工藝提供技術(shù)支撐，將每一道工序的工藝和工作量立體地展示出來(lái)，對(duì)構(gòu)成建筑產(chǎn)品的物料和施工中采用的技術(shù)進(jìn)行質(zhì)量管理。

（2）BIM技術(shù)用于建筑業(yè)安全管理主要體現(xiàn)在可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性5個(gè)方面。而這5個(gè)特性相互聯(lián)系、相互配合協(xié)調(diào)進(jìn)行安全管控。

（3）BIM技術(shù)可用于統(tǒng)計(jì)材料信息，將成本控制分為施工前期階段、施工階段、竣工結(jié)算階段，保證材料分配的合理性。（4）BIM技術(shù)可融合物聯(lián)網(wǎng)等其他現(xiàn)代化信息技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)的人材機(jī)等要素，為施工過(guò)程的質(zhì)量、安全、成本的智能化管理提供可靠支撐。3、BIM技術(shù)驅(qū)動(dòng)的施工智慧管理本項(xiàng)目施工中，應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)各項(xiàng)工作進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，結(jié)合各項(xiàng)施工信息建立施工模型，對(duì)施工過(guò)程中的各項(xiàng)工作進(jìn)行可視化模擬。對(duì)各項(xiàng)設(shè)備、物料進(jìn)行合理調(diào)配，以提高資源的利用率。借助BIM技術(shù)的可視化性能，對(duì)可能遇到的各類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行智能化診斷，進(jìn)行施工安全管理；對(duì)工程量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，有利于控制施工的成本。本項(xiàng)目搭建了基于BIM的智慧工地平臺(tái)，將經(jīng)過(guò)處理的設(shè)計(jì)模型導(dǎo)入平臺(tái)，用于施工模擬和方案優(yōu)化，實(shí)施質(zhì)量、安全、成本管理，人員、環(huán)境、設(shè)備管理和可視化技術(shù)交底等多方面集成應(yīng)用。在智慧平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)下，相對(duì)于傳統(tǒng)的管理模式，大幅度降低了施工潛在風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了成本，提高了現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)化管理水平。為實(shí)現(xiàn)BIM模型的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)完善和查看，采用“三端一云”方式協(xié)助施工管理，即利用PC端、網(wǎng)頁(yè)端和移動(dòng)端，利用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中儲(chǔ)存和計(jì)算分析，借此形成數(shù)據(jù)集成，消除業(yè)務(wù)壁壘，打掉信息孤島，為實(shí)現(xiàn)施工管理的數(shù)據(jù)化、智能化、實(shí)時(shí)化提供支撐。3.1安全管理BIM技術(shù)的顯著特點(diǎn)就是可視化、模型化、數(shù)字化，將BIM技術(shù)應(yīng)用于施工安全管理中可顯著提高安全管理效果。本項(xiàng)目的建造過(guò)程中受多方面因素影響極易出現(xiàn)安全隱患，因此，在BIM技術(shù)驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行施工安全管理勢(shì)在必行。本項(xiàng)目將BIM模型信息錄入基于BIM技術(shù)的智慧工地平臺(tái)，并依據(jù)模型模擬布置監(jiān)測(cè)傳感器。將安全問(wèn)題數(shù)據(jù)用于移動(dòng)端中的模型，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行定位發(fā)現(xiàn)問(wèn)題整改問(wèn)題，經(jīng)由審核檢查形成閉合管理后，數(shù)據(jù)被傳回至平臺(tái)，形成安全隱患數(shù)據(jù)庫(kù)。施工安全管理流程如圖1所示。圖1施工安全管理流程將BIM模型與VR技術(shù)結(jié)合，能大幅提升施工人員對(duì)施工工藝的理解，減少由于操作不當(dāng)而引發(fā)的安全事故。通過(guò)BIM模型制作VR視頻，對(duì)復(fù)雜施工環(huán)節(jié)和可能出現(xiàn)的安全事故進(jìn)行仿真模擬，可真實(shí)地還原現(xiàn)實(shí)施工場(chǎng)景，使施工人員體驗(yàn)施工過(guò)程，提高對(duì)發(fā)生施工事故的預(yù)判能力（圖2）。圖2基于BIM+VR技術(shù)的安全管理3.2質(zhì)量管理本項(xiàng)目屋面為弧形勁性混凝土梁板結(jié)構(gòu)，屋面梁最大跨度36?m，弧線形空間結(jié)構(gòu)同一塊板四角標(biāo)高不同，多方向找坡，屋面梁板的標(biāo)高處不同，致使放線、支模、鋼筋安裝、混凝土澆筑施工難度增大。通過(guò)三維模擬，通過(guò)軟件展現(xiàn)每個(gè)施工細(xì)節(jié)，BIM技術(shù)可視化交底解決了傳統(tǒng)技術(shù)交底流于形式，文字枯燥，內(nèi)容陳舊，形象不直觀，復(fù)雜部位無(wú)法有效交底的難題，提高了現(xiàn)場(chǎng)施工人員的工作效率。經(jīng)測(cè)算，采用本方法可節(jié)約屋面結(jié)構(gòu)工期約25?d、節(jié)約費(fèi)用的30萬(wàn)元。為提高抗變形性能，大跨度勁性混凝土結(jié)構(gòu)梁底鋼筋密集，多排鋼筋排布困難。為此，施工前應(yīng)利用BIM技術(shù)進(jìn)行可視化模擬，優(yōu)化鋼筋排布，提前確定復(fù)雜部位每根鋼筋的排布位置，綜合采用“套筒+耳板上下焊接+彎錨+繞筋”組合連接方法，解決了操作空間狹小、難以保證質(zhì)量的難題。通過(guò)虛擬建造技術(shù)對(duì)作業(yè)層進(jìn)行可視化交底，提高了工效，控制了施工質(zhì)量。大跨度勁性混凝土內(nèi)的鋼筋主要焊接部位均采用一級(jí)熔透型焊縫，型鋼組合梁柱采用焊接+高強(qiáng)螺栓連接，分段吊裝的鋼構(gòu)件單件重達(dá)27?t，且安裝半徑大，高空拼裝精度要求高。應(yīng)用BIM技術(shù)輔助加工技術(shù)解決了多排高強(qiáng)螺栓孔及復(fù)雜節(jié)點(diǎn)連接部位精度控制難題，鋼構(gòu)件加工后實(shí)施虛擬預(yù)拼裝，以保證運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)的鋼構(gòu)件滿(mǎn)足要求。利用基于BIM技術(shù)的虛擬建造、預(yù)拼裝、可視化交底及現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)端檢查等技術(shù)，確保了屋面結(jié)構(gòu)、型鋼結(jié)構(gòu)等施工計(jì)劃有序執(zhí)行，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。3.3成本管理本項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)混凝土總量達(dá)6.5萬(wàn)m3，且為異形結(jié)構(gòu)，梁板柱規(guī)格型號(hào)不一，構(gòu)件數(shù)量多。按傳統(tǒng)做法，預(yù)算人員需從圖紙中逐一計(jì)算統(tǒng)計(jì)匯總混凝土工程量，而二維圖紙難以避免圖面與數(shù)量不一致或遺漏計(jì)算的問(wèn)題。對(duì)此，以面向?qū)ο笄益溄訑?shù)據(jù)庫(kù)的BIM技術(shù)作為輸出工程數(shù)量的工具，提升工程數(shù)量的精準(zhǔn)度。通過(guò)BIM技術(shù)智能識(shí)別，各結(jié)構(gòu)構(gòu)件可一鍵轉(zhuǎn)化，計(jì)算后分型號(hào)、分樓層形成統(tǒng)計(jì)報(bào)表。本工程混凝土屬A類(lèi)材料，對(duì)工程成本影響較大，為重點(diǎn)管控對(duì)象，準(zhǔn)確編制材料計(jì)劃尤為重要。在傳統(tǒng)模式下，通常依靠自身經(jīng)驗(yàn)編制物料資源計(jì)劃，日計(jì)劃完成量根據(jù)施工圖紙和進(jìn)度計(jì)劃得出，現(xiàn)場(chǎng)的施工人員則依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定每澆筑塊的混凝土實(shí)際進(jìn)場(chǎng)量。這種管理方式下往往會(huì)因計(jì)劃和實(shí)際不符而導(dǎo)致材料浪費(fèi)，不利于施工成本的管理。本項(xiàng)目利用BIM模型提取材料用量，依據(jù)提取的數(shù)據(jù)編制混凝土采購(gòu)計(jì)劃，并應(yīng)用BIM技術(shù)管理混凝土材料實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，動(dòng)態(tài)查詢(xún)每天、周、月及任意時(shí)間的材料用量。通過(guò)合理安排混凝土用量，指導(dǎo)施工人員分配、材料采購(gòu)、罐車(chē)泵車(chē)進(jìn)出場(chǎng)。保證物料分配合理，規(guī)避了傳統(tǒng)管理模式物料浪費(fèi)現(xiàn)象。在混凝土澆筑過(guò)程中，利用移動(dòng)端通過(guò)智能化平臺(tái)查詢(xún)相應(yīng)數(shù)據(jù)，掌握剩余混凝土總量，精準(zhǔn)管理混凝土進(jìn)場(chǎng)量，避免混凝土材料浪費(fèi)。施工完畢后，通過(guò)平臺(tái)提取出材料實(shí)際耗量對(duì)比表，可掌握實(shí)時(shí)偏差。定期組織混凝土材料成本分析，并制訂對(duì)策，實(shí)現(xiàn)混凝土工程量精細(xì)化管理，達(dá)到提質(zhì)增效的目的。在實(shí)現(xiàn)建模軟件與算量軟件之間的數(shù)據(jù)交互使用的同時(shí)，完成了對(duì)混凝土材料計(jì)劃的編制與分析，改善了對(duì)A類(lèi)材料的管控模式，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化管理。3.4基于BIM技術(shù)的人員、環(huán)境、塔式起重機(jī)管理3.4.1從業(yè)人員實(shí)名制管理在人員管理方面，基于BIM技術(shù)搭建從業(yè)人員實(shí)名制管理子系統(tǒng)，采用低頻射卡采集、統(tǒng)計(jì)工地施工人員、監(jiān)理人員、安監(jiān)人員的基本信息；并對(duì)其資質(zhì)信息進(jìn)行采集和辨別，通過(guò)門(mén)禁系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)人員數(shù)量和工作時(shí)間，在平臺(tái)上直觀查看人員進(jìn)出場(chǎng)情況。由BIM技術(shù)搭建的從業(yè)人員實(shí)名制管理子系統(tǒng)可提高對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員的安全管理，顯著提升施工效益。現(xiàn)場(chǎng)人員管理如圖3所示。（a）

（b）（c）

（d）圖3現(xiàn)場(chǎng)人員管理（a）實(shí)名制管理；（b）人員分工管理；（c）人員定位管理；（d）數(shù)據(jù)采集查詢(xún)3.4.2現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)本項(xiàng)目基于BIM技術(shù)融合物聯(lián)網(wǎng)搭建了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)空氣質(zhì)量、PM2.5、PM10及現(xiàn)場(chǎng)噪聲。由現(xiàn)場(chǎng)傳感器實(shí)時(shí)采集環(huán)境信息，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街腔酃さ仄脚_(tái)，通過(guò)平臺(tái)實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)的第一手資料。例如夏季，通過(guò)實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程噴淋控制系統(tǒng)及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行噴淋降溫增濕，避免溫度過(guò)高造成的不利影響。3.4.3塔式起重機(jī)防碰撞管理本項(xiàng)目需使用大型機(jī)械設(shè)備吊裝鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，因此，對(duì)調(diào)度管理是施工現(xiàn)場(chǎng)管理的重要方面。基于BIM+物聯(lián)網(wǎng)搭建防碰撞子系統(tǒng)，以項(xiàng)目平面圖為載體，集成生產(chǎn)相關(guān)信息，防碰撞子系統(tǒng)每30?s同步數(shù)據(jù)，展示的信息包括安全吊重、力矩比、載重比及司機(jī)等信息，達(dá)到了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全施工進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。4、結(jié)束語(yǔ)杭州亞運(yùn)會(huì)水上運(yùn)動(dòng)中心施工中，針對(duì)項(xiàng)目的施