体育中心施工中的BIM应用

      本文通过实例，结合预应力空间结构的特点，将 BIM技术应用于工程施工管理，分别介绍了 BIM技术在体育场馆场地布置、施工深化设计、施工安全控制、施工动态模拟、施工质量控制和施工进度控制等方面的应用，为类似工程施工管理提供参考。

项目背景

工程背景

体育馆占地面积591.6亩，总建筑面积20万平方米，可容纳3.5万人观看比赛，集运动竞赛、大型集会、国际展览、文艺演出、音乐会、演艺中心于一体。体育馆采用大型复杂索承网格结构，最大标高约45.2米，平面形状接近椭圆形，结构尺寸约263mx243m，中间有一个大的类椭圆形开口，开口尺寸约200mx129m。它具有受力复杂，施工技术含量高，施工管理难度大等特点。结果图表，显示了 BIM的整体结构模型和结构剖面图。

BIM 应用内容

信息管理应用内容

1.应用 BIM技术的必要性

本工程空间形态关系复杂，跨度大，悬挑长度大，受力复杂，预应力张拉困难，施工中存在着许多困难和问题，如：施工过程是不可逆转的，如何合理安排施工及进度；安装多项，如何控制安装质量；施工过程中结构应力和变形状态如何控制在安全范围内等。传统的施工控制技术很难解决这一问题。

将 BIM技术、模拟分析技术和监控技术相结合，实现学科交叉，形成一整套适用于预应力空间结构施工的全过程施工控制与监控技术，应用于该工程施工项目管理，可确保结构施工的质量、进度与安全。

2.基于 BIM技术的工地布置方案

本体育馆施工难度较大，施工前合理安排施工场地机械等施工资源尤为重要。运用 BIM可视化模型进行三维立体施工规划，可以更加方便、准确地进行施工布局规划，解决了二维场地布局难避免的问题。

在构建良好的项目整体结构 BIM模型的基础上，科学地进行生活区、钢结构加工区、物料仓库、现场物料堆场、现场道路等施工场地三维立体规划，能直观地反映现场情况，减少施工用地，确保现场交通通畅，方便施工人员管理，有效地避免了二次作业和事故发生。工程过程中场地布置模型图与现场实际相对应如图所示。

3.基于 BIM的深化建筑设计

本运动场钢结构预应力节点较复杂，设计单位提供的施工图细度不够，与现场施工有许多矛盾之处，需要进一步细化、优化、完善。

利用 BIM技术，体育中心施工深化设计采用 BIM技术，根据深化设计需要，创建了一套包含大量信息的族文件，包括构件尺寸、受力、材料、施工时间和顺序、价格、企业信息等各种参数，其中有专门用于体育中心的耳板族、索夹族、索头族、索体族和复杂节点族，根据创建的族文件可自动生成各专业的详细施工图纸，同时对各专业设计图纸进行整合、协调、修改和校核，满足现场施工和管理的需要。图中显示了已建立的部分

在结构体系中，预应力是通过索夹节传递的，因此索夹节设计的优劣直接决定了受预应力作用的效果。本运动场内钢拉索受力较大，需进行二次验算，以保证结构安全。

在 Ansys有限元软件中引入所建立的索索夹模态模型进行弹塑性分析，既保证了力学分析模型与实际模型的一致性，又节省了二次建模时间。分析结果如图所示。

四、 BIM技术在建筑安全管理中的应用

近几年来，建筑安全事故不断发生，人们的防灾减灾意识大大增强，结构监测研究已成为国内外的前沿课题之一。

在没有预应力作用前，运动中心是瞬态体系，由于预应力作用而形成结构体系。为及时了解预应力钢结构施工的荷载及工作状态，设计了一套基于工程特点的三维可视化动态监控系统，对施工过程进行实时监控，确保施工过程中结构的应力状态和变形状态始终在安全范围之内。

研制的三维可视化动态监测技术与传统监测技术相比，具有可视化的特点，可在三维虚拟环境中漫游以直观、形象的方式提前发现现场各种潜在危险源，提供更加方便的方式查看被监测地点的应力应变状态，当某个监测点的应力或应变超出预定范围时，系统会自动采取报警提醒。

工程中的变形监测点选取径向梁的梁端和跨中位处20个，共有40个监测点；应力监测点分布在环梁和径向梁上，每个监测点在梁的上下翼缘处各设一个正弦式应变计。其具体监测点布置情况见图中所示

在图表中显示了体育中心的数据采集系统。

体育场馆三维视觉动态监控系统的界面如图所示。

在某个特定时间点，环索应力监测如图

5.基于 BIM技术的施工动态仿真

本运动场工程规模大，复杂程度高，预应力施工难度大，为寻找最佳施工方案，方便施工项目管理，采用基于 BIM技术的4 D动态模拟施工，对不同的施工方案及施工方案进行对比，以求更直观、准确地反映整个施工过程，有效缩短工期，降低成本，提高质量。

建筑模拟的实现过程是建筑工程计划书、 Revit三维模型和 Navisworks建筑动态模拟软件结合时间(时间节点)、空间(运动轨迹)和构件属性信息(材料费、人工费等)进行组合的过程，它们之间的相互关系见图，体育中心建筑动态模拟的最终四维动画截图。

6. BIM技术在安装质量控制方面的应用

对于预应力钢结构，预应力关键节点的安装质量关系到结构的安全性。施工质量不合格，轻则会造成预应力损失，影响结构的受力形式，重则会造成整个结构的破坏。

在本项目中， BIM技术在工程安装质量控制中的应用主要包括两个方面：

首先，要控制关键部位如索夹头、调节端索头等的加工质量；其次，要控制施工质量，如安装部位焊接是否符合要求，螺钉是否紧固，安装位置是否正确。

以族文件的关键部位与工厂加工构件进行对比，检查加工构件的外形、尺寸等是否符合加工要求。BIM模型与固定端索头实际构件的对比见图。

本工程关键节点预应力安装复杂，采用 BIM模型或关键部位安装动画来指导安装工作，可有效控制安装质量。通过与现场实际安装的对比，可以看出环索-径索夹节点的安装模式如图所示。

钢索对接安装模式与现场实际安装对比见图

7. BIM技术在工程进度控制中的应用

过去工程项目管理中存在的最大问题是协作效率不高，据一项研究表明，工程项目进度超过20%时，协作就会失去效率。本运动中心采用基于3D的 BIM沟通语言，协同平台，采用施工进度模拟，结合现场 BIM技术和移动智能终端的拍摄，提高问题沟通的效率，最大限度地保证施工进度目标的实现。

施工进度模拟时，一是能直观地检查实际进度是否符合计划要求；二是若由于某种原因造成工期偏离，可分析原因，采取补救措施或调整、修改原计划，以确保总进度目标的实现。屋面施工进度如图所示。

通过无线移动终端、 WEB (World Wide Web全球 WAN)和 RFID (Radio Frequency Identification WF RFID)等技术，将整个流程与 BIM模式结合起来，实现了现场日常施工进度管理，避免了某一环节出现问题而影响施工进度。

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