BIM技术应用于异形结构施工工法研究省级修改.doc

BIM技术应用于异形结构施工工法研究省级修改

BIM技术控制
现浇异形结构施工工法

申报单位：四川省第一建筑工程公司
申报时间： 二0一七十月

目 录

1. 前言 - 1 -

2. 工法特点 - 1 -

3. 适用范围 - 2 -

4. 工艺原理 - 2 -

5. 施工工艺流程及操作要点 - 11 -

6. 材料与设备 - 13 -

7. 质量控制 - 14 -

8. 安全措施 - 14 -

9. 环保措施 - 15 -

10. 效益分析 - 15 -

11.应用实例 - 16 -

- 18 -

1. 前言
随着人们对于住宅及办公环境要求的提高，传统的建筑结构形式已无法满足人们对住宅及办公的要求，日益增多的奇、特、难等建筑形式已占据当代建筑市场；在新的市场环境之下，提高管理人员及施工人员的技术水平势在必行，引进新的建筑类软件指导施工已成为行业的必要条件，借助新的软件工具迎合市场需要才能让我们走得更快、飞的更远；采用该技术施工，能减少传统施工方式所带来的各类不确定因素、减少对环境污染和材料的浪费，具有显著的经济效益和社会效益。
异形屋面施工方法一般有：1、利用传统的CAD图纸通过大量数据计算后现场直接进行施工；2、利用专业厂家制作的成品定型化模板进行现场施工；3、利用BIM技术控制现浇异形结构施工；第一种方法施工周期长、前期对数据核算的准确性要求较高，且数据核算量较大，管理费用投入较高，若计算数据出现偏差，将导致施工时反复拆改，材料及劳动力浪费大等；第二种方法前期成品定型化模板制作周期较长，且成本较高； BIM技术控制现浇异形结构施工的做法有效的克服了前两种方法的缺点弥补了它们的不足，利用BIM技术不仅可精确的确定其各点的平面及标高定位，且很大程度上能有效的节约施工成本。
2. 工法特点
1、针对异形扭曲结构部位，三维的BIM可视化模型较传统的二维施工图纸更能直观的展现结构形式；
2、异形结构部位平面及标高的精确定位较传统的人工数据计算复核，BIM技术更能精确、高效、经济的对数据进行提取；
3、利用BIM技术对异形结构部位平面及标高定位数据的提取更为准确、快捷，避免人工数据计算出现误差导致现场重复返工造成材料、工期及成本的浪费；
4、异形结构所需模板及底部加固背楞均利用BIM技术提前放样，待加工房制作完成调运到工作面直接拼装，避免现场加工造成工作面污染；
5、利用BIM技术控制异形结构模板及背楞放样，较预制的成品钢模更能有效的节约工期及成本控制；
6、利用BIM技术提前对异形结构所需模板及底部加固背楞进行放样，可有效减少施工现场作业平台操作面，以能更好的排除安全作业隐患源；
7、BIM技术控制现浇异形结构施工能保证现浇异形结构一次性成型质量高，避免重复拆卸、返工。
3. 适用范围
BIM技术控制现浇异形结构施工工法主要是前期对异形结构部位数据的精确提取及模板、背楞等的精确施工放样，为后续施工现场模板施工时的平面及标高定位等提供施工依据，异形结构部位平面定位及标高等数据的快速精确提取在保证质量、进度的前提下能有效控制现场施工，故该工法适用于现浇钢筋混凝土异形结构、异形钢结构、异形木质结构等异形扭曲类的结构建筑。
4. 工艺原理
BIM技术控制现浇异形结构施工主要是先精确建立三维可视化异形结构模型（设计单位参与模型复核），将建立完毕的异形结构三维模型赋予绘制的300x300网格轴网，通过对异形结构BIM模型进行300x300网格断面三维切片，将断面切片后的断面模型导出CAD剖面图，通过各网格交叉点与轴线及标高的相对位置关系，可精确控制各网格交叉点的标高数据等参数。
4.1 BIM三维模型建立：
通过对二维设计施工图纸进行分析确认，在此基础之上建立三维BIM可视化施工模型；施工前，通过三维模型中异形结构部位进行数据分析提取，从而指导现场施工。

BIM三维模型的建立
4.2 异形结构轴网绘制
通过对异形结构模型部位进行分析，将异形结构模型部位赋予间距300mmx300mm三维网格轴网，通过对异形结构模型进行分析，可提取网格轴网交叉点处坐标及高程，

现浇异形扭曲结构BIM三维模型

300x300平面网格轴网

300x300立面网格轴网

三维数据提取
4.3 异形屋面模板1:1放样
异形结构施工对于模板的要求较高，单块模板面积较大无法满足建筑物形式构成的需要、若单块面积太小模板就会造成模板无法再次使用、减少材料周转面积；对此，利用BIM技术对模板虚拟排布，通过与结构模型的对照，最终确定出以300mm为模板宽度。利用模型导出CAD图对模板进行后台加工并编号，到施工现场直接组装，减少施工现场对模板得随意拆分、节省材料、提高工作效率。

模板建立并编号

三维模板转化成CAD放样图

模板二维加工图
4.4异形结构背楞1:1放样（模板底部）
异形结构作为实现建筑物整体视觉效果的重要结构形式，它的成功与否直接关系着整个建筑物的艺术体现形式，面对错综复杂的异形结构仅仅依靠设计给出的单一CAD施工图纸，是无法满足施工需要的，为实现高效、准确的施工，项目利用BIM技术对异形屋面进行1:1三维可视化搭建，模拟建立异形龙骨及模板，利用虚拟建立的各类数据进行实体放样，搭建完成后通过数据扫描达到设计要求，方可进行主楼相应部位施工。

龙骨建立并编号

三维龙骨转化成CAD放样图

龙骨二维加工图
4.5 异形模板1:1实体样板施工
针对前期背楞及模板的数据分析及精确放样实行1:1实体样板施工，施工前先进行300x300网格轴网放线施工，明确各网格轴网交叉点标高，便于后续模板支撑架体施工时对其异形模板各点标高精确控制；再将其加工完毕背楞及模板进行加固施工，待异形模板加固施工完毕后对其进行检查验收，验收合格后方可进行施工现场实体施工。（模板顶面标高=底部楼层标高+支撑架高度+背楞高度+模板厚度）

300x300网格轴网施工

支撑架及其背楞施工

异形模板样板施工完毕
4.6 施工现场结构实体施工
针对验收合格的1:1实体样板，组织劳动力及专项管理人员进行现场异形结构实体施工，施工前仍先针对前期BIM技术对异形结构部位数据的精确分析及提取后，对异形部位模板面板及模板底部龙骨提前进行加工、编号；再进行施工现场300x300网格轴网施工，考虑采用钢管支撑架体施工对异形模板标高不易控制而造成材料损耗偏大，故现场实体施工时将支撑架体调整为木方背楞加固（受力满足要求为前提），各网格交叉点标高控制完毕后进行模板底部背楞及模板面板施工，待模板标高验收合格后方可进入下道工序施工。

背楞加工编号 背楞施工完毕

现场模板面板铺设

模板及钢筋成型效果

异形结构实体成型效果

5. 施工工艺流程及操作要点
5.1 施工工艺流程

5.2 操作要点
5.2.1 异形结构三维模型建立的要点
在建立三维可视化模型时需与业主方及设计方沟通确认各构件标高及定位等细节，确定CAD图纸的准确性。
5.2.1.1建立曲面模型时一定要根据CAD图的立面及平面图点对点建立，建立完成以后在模型上任意提取坐标点与CAD图进行对比，确保每个点位准确无误。
5.2.1.2建立龙骨时要根据所见曲面进行建立，确立龙骨之间的间距，既要保证曲面的造型、也要保证施工时架体的整体安全性。
5.2.2 导出CAD图的要点
导出CAD图形时要准确标注所需数据，特别是异形龙骨及模板点位变化出。
5.2.3 放样时龙骨及模板制作的要点
因龙骨及模板直接关系着整个异形屋面是否能达到设计要求，所以在对龙骨及模板加工时必须按照CAD加工图准确加工，对于异形部位的处理需使用相关工具。
5.2.4 放样拼装的要点
在实体1：1放样过程中，必须注意每个组成部分的位置、及编号是否正确，拼装完成后检查任意点位的坐标值是否与模型等同。
5.2.5 工作面各类控制线建立的要点
异形屋面施工过程中，准确定位尤为关键，所以在异形屋面的施工工作面上需放出异形屋面的平面投影轮廓线，标注好相应的龙骨摆放位置及方向，标注相应点的标高控制点。对于工作面是空洞的位置应搭建工作平台用来放线，使其有空间位置参照点位。
5.2.6 工作面满堂架搭设的要点
搭设满堂支模架的过程中，需要根据放线的点位预留出异形屋面位置，根据坐标点位合理布置异形屋面位置支模架的搭设形式及相应控制点架体的高度，避免出现支模架的布置不合理反复拆改。
5.2.7 工作面龙骨及模板安装的要点
5.2.7.1 因异形屋面的空间位置不规则，高度的跨越相对较高，在龙骨及模板的安装过程中必须注意施工人员的操作安全及相应安全辅助措施。
5.2.7.2 龙骨安装时每一根龙骨需对号安装，每一根龙骨的定位必须按照放线的位置。所有龙骨顶点、底点的标高定位必须根据同一个标高参照点进行调整及校核。
5.2.8 对安装完成以后复核的要点
异形屋面完成拼装以后，需对任意点位的空间位置点进行复核，模板之间的拼缝必须做到平整，避免模板拆完以后出现棱角等影响整体效果的现象。
6. 材料与设备
6.1 主要材料名称及性能要求
6.1.1 龙骨及模板
在异形屋面的建立中，因异形部位的成型需龙骨来控制，一些部位起伏相对较大，所以龙骨的建立选用了跳板作为载体。因异形的建立需要对跳板进行加工，所以在对跳板的选择具有较高的要求。由于曲面的受力方向不规则，不合格的材料在进行加工时容易造成破裂，异形龙骨加工成型质量差，给施工造成严重后果，因此，施工时应注意如下几点：
6.1.1.1必须对运进现场管材进行严格质量检验，不合格的材料严禁用于施工现场。
6.1.1.2模板的质量关系着异形面的成型效果，施工用模板必须达到质量要求。
6.2机具设备
主要机具设备如下表：
表6.2主要机具设备配备表
序号
名称
规格
单位、数量
用途
1
圆盘锯
1000W
1台
模板、龙骨加工
2
曲线锯
200W
1台
异形部位加工
3
GPS
/
1台
定位
4
红外线
31.5Mp
1台
标高调整
5
水准仪
DS3
1台
高程点引测
6
激光经纬仪
2″
1台
高程、中线控制
7
卷尺
7.5m
5把
尺寸量取
7. 质量控制
本工法施工质量严格执行GB50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》和GB50207—2012《屋面工程质量验收规范》中的相关规定：
7.1 在满堂支模架搭设时，应当严格按照支模架的搭设要求及施工方案中的搭设要求，确保架体的安全。
7.2 龙骨的安装过程中，应保证每根龙骨的定位准确，龙骨底标高及顶标高准确无误。
7.3 模板安装过程中应注意施工安全，模板的定位及拼缝必须达到相关标准。
8. 安全措施
8.1 操作人员必须经过安全及技术培训，经考试合格方可上岗并在指定岗位上操作；非专业人员不得从事机械及电器维护维修作业，严禁擅自拆改设备。
8.2 进入施工现场的人员需按规定佩戴劳保用品。
8.3 与施工无关人员不得进入施工现场。
8.4 作业中各环节操作人员间必须严格按约定操作信号操作，遇到任何报警信号，应立即停止操作。
8.5 因故停此后在恢复施工前应对支承、平台、支架、机械设备及电器设备进行检查，确认安全后方可作业。
8.6 作业中传递工具、材料必须轻拿轻放，稳妥传递，严禁抛扔。
8.7 电线电缆、管路、信号控制线连接必须牢固可靠，工作面应架空敷设，严禁私拉乱接。
8.8 施工作业过程中，必须按安全技术交底要求，人员不得在工作面嬉戏、打闹。
8.9 作业面有异常情况时，应立即停止作业，报告施工技术管理人员，经处理并确认安全后方可继续作业。
8.10 每道工序完成后必须做交接记录，并保持记录完整。
8.12 地面以下工作面照明用电电压不得高于36V，潮湿场所应使用12V电压供电，照明变压器应独立于压或用于悬挂物体。
8.13人员上下工作面必须走安通道，安全通道应固定在外架上，并设扶手或护圈。
9. 环保措施
9.1材料堆放应划分区域，应搭设专门的加工房，木材应堆放整齐，标识清楚，指定专人负责看管。对不同的材料依据性能采取必要的防雨、防潮、防晒、防火、防爆等措施。
9.2施工机械、车辆统一停放，便于看护，机械设备保持清洁。
9.3施工便道通畅、平坦，不积水、不起泥、不扬尘，定期洒水。
9.4现场废木材及时外运，车辆离开现场不得夹带泥沙，城区内要低速慢行，时速不超过20km/h，防止沿途抛洒污染环境。
9.5控制施工现场粉尘、废气等对环境的污染和危害。
9.6发电机要采取控制噪声措施，防止对周围群众生活造成影响。
10. 效益分析
10.1 BIM技术应用于异形屋面施工的实施有着巨大的社会意义,不仅能降低工程造价、缩短施工工期、防范安全，对现代化建筑的推进也有着重要意义。该施工工艺先进，为新型工艺大大降低了材料的损耗。
10.2 推广BIM技术应用于异形屋面施工工法，有效的解决现代化建设中设计与施工的脱节问题，是现代科学技术与现代化建筑完美结合的必由之路,其经济社会效益十分显著。与其他施工方法相比BIM技术施工具有以下优点：
10.3适用的地质范围较广，无论是钢筋混泥土结构、钢结构、木质结构均能达到设计效果。
10.4因提前加工完成，到工作面仅需拼装，对周围环境影响较小，大大降低了粉尘及噪音污染。
10.5与其他类型的施工方法相比，BIM技术提前实现三维可视化，对于施工技术交底更直观、更明确，能更好的适用于任何复杂形体的修建。
10.6工作平面作业环境较好，作业比较安全。由于只需拼装，没有二次加工、现场大功率用电等较易发生危险的作业;可以夜间作业,如支模架稳定、合适，不会留下二次拆改所带来的安全隐患。
10.7 经济效益对比
表10.7 经济效益对比表
经济效益对比（按百分比计算）
施工方法
管理费用
材料费
措施费
工期
综合
传统施工
100%
100%
100%
100%
/
BIM技术施工
约70%
约65%
约75%
约70%
约70%

11.应用实例
目前该工法已在 “万华麓湖生态城B3组团项目”中成功得到应用。BIM技术的应用以其先进的施工工艺在国内外得到了各行各业广泛的认可，针对目前建筑行业设计形式奇、特、难等特点，BIM技术应用于异形结构施工工法将是建筑业的发展趋势。
万华麓湖生态城B3组团项目异形扭曲结构较多，故采取BIM技术控制现浇异形结构施工此种施工工法；目前，主体结构已顺利施工完毕，利用结构扫描仪对施工现场已施工完毕的结构进行实体扫描，经扫描结果比对，合格率高达98%，故BIM技术控制现浇异形结构施工工法是可实施，且可推广应用的。