BIM系统在广州东塔钢结构施工中的应用_汪永胜

BIM 系统在广州东塔钢结构施工中的应用

汪永胜　肖杰　叶代英　钟红春

（中建钢构有限公司　广州 510000）

摘　要：在广州东塔项目钢结构施工中对ＢＩＭ进行深入研究与应用，将钢结构深化模型导入ＢＩＭ平台形

成基本３Ｄ信息模型，并将进度、清单、资源等信息与之相链接，形成包含时间、造价等多种属性的功能

化信息模型。通过此平台，实现项目钢结构施工阶段的施工４Ｄ模拟以及进度、成本、图纸的实时监控。

关键词：ＢＩＭ　钢结构施工　管理应用

引　言

BIM 即建筑信息模型 (building information model)，是基于先进三维数字设计解决方案所构建的可视化建筑信息模型。随着21世纪信息化对建筑行业的影响，BIM 系统在建筑行业内得到迅速发展，在建筑项目整个生命周期中得到广泛应用。然而目前在国内，BIM 系统在建筑施工领域的研究步较晚，技术尚未成熟，未在施工企业中广泛地应用。为响应国家“十一五”科学技术发展规划和中建自主创新战略发展需求，广州东塔项目与广联达合作，引进BIM 技术进行施工管理应用。

1　工程概况

广州东塔项目位于珠江新城CBD 中心地段，集商业、办公、高级公寓和酒店于一体，建筑面积50余万平方米。塔楼地下5层,地上112层,建筑高度530m，钢结构总量9.7万吨。

主塔楼为带加强层的钢管混凝土巨型框架-筒体结构，主屋面高度为518m。塔楼地上112层，采用8根巨柱及连接该8根巨柱的空间环桁架，与内部核心筒形成巨型框架加核心筒结构体系。

本项目采用Tekla Structure 软件进行钢结构建模，可生成具备多种属性的信息模型，能与BIM 系统形成较好的对接口。且钢结构使用的材料单一，构件分类明确，精度极高，有利于建立优质的BIM 模型。因此，BIM 系统在钢结构施工中的应用具有极为良好的发展潜力。

2　BIM 方案构架

BIM 是一种创新的建筑设计、施工和管理方法，以三维技术为基础，集成了建筑工程项目等各种相关信息的模型，是数字技术在建筑工程中的直接应用[1]。本项目根据工程信息的在BIM 方案中的处理过程，将BIM 框架归纳为信息产生、信息集成、信息应用以及信息输出四个阶段。BIM 系统方案框架如图1所示。

图1　BIM 系统框架

２．１　信息产生与集成

建筑3D 模型是搭建BIM 平台的的基础。由钢结构建模软件Tekla Structure 提供的钢结构模型经过处理后导入BIM 平台形成基本的3D 建筑信息模型。将工程进度信息、预算信息以及施工资源信息挂接在此信息模型上，形成具备多元化综合管理功能的信息模型,如图

2。

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图2　信息产生与集成

2.1.1　3D 信息模型的建立

由钢结构建模软件Tekla Structure 建立的模型具备了可灵活定义属性的特征，不仅包含了构件的几何、材质以及重量的基本属性外，还允许用户根据其需求添加多种其他属性。故在前期使用Tekla Structure 建模的过程中，在构件或零件上添加所在楼层、清单归属以及表面处理（防火、防腐）等信息，赋予新的属性，提供统一的属性链接点，使进度、清单等信息得以准确链接。通过IFC 文件将完整的钢结构模型信息导入BIM 平台，形成基本3D 信息模型。

2.1.2　进度信息关联

以3D 信息模型为基础，将项目初始工期目标以及进度计划导入BIM 平台，赋予时间因素，并与3D 信息模型中预定义的楼层属性相链接。以此，不仅可以查询指定工期节点的施工形象进度，还可查询特定构件的制作、进场、安装的工期节点，实现对施工进度的双向监控；同时，还可将现场施工实际情况反馈至BIM 平台，经分析后形成进度偏差分析报告，为调整工期提供数据支持。

将3D 信息模型根据楼层划分，并建立配套工作包，与进度相挂接。系统将根据时间节点，自动向用户推送工作任务。

2.1.3　资源信息关联

导入人工、机械、材料、措施等定额信息。BIM 系统根据导入的信息以及节点工程量自动计算资源消耗。结合实际消耗的资源，对比分析资源消耗是否超出预期。若资源消耗超出预期，则系统将自动生成预警信息。

BIM 平台还专门预留一条信息通道，供项目物联网系统数据导入，以辅助钢结构构件进场管理。

2.1.4　预算信息关联

预算信息模型是在基本3D 信息模型的基础上增加工程预算信息，形成具有资源和成本信息的子信息模型[2]。在建立3D 信息模型时，根据计价清单对构件或零件进行归类，并一一映射至计价清单。在BIM 平台中，导入计价清单以及人工、机械、材料等定额信息，与3D 信息模型相关联后，即可根据实体工程的工程量自动计算产值以及成本消耗。同时，结合BIM 模型中的工期计划，可计算各项费用指标，分析当前施工状态的费用偏差，实现项目成本实时监控。

２．２　信息应用与输出

工程信息通过BIM 平台集成处理后，相互关联的数据在平台应用层面形成进度管理、合同管理、成本管理、图纸管理和综合管理等应用输出模块。平台对用户提供半开放的工作界面，便于施工实时数据输入以及工作任务接收。对不同的用户设置不同的访问权限，以此保护数据安全性。

3　BIM 在钢结构施工中的管理应用

３．１　施工模拟

本项目BIM 平台的施工模拟分为四项功能：①可视化施工进度模拟功能。整合3D 模型与进度计

３．２图纸管理

本项目钢结构深化设计图纸多达360套，图纸变更替换繁多，报审流程复杂，图纸审批周期较长。BIM平台规范了图纸报审、变更、审批、发放等流程，并将图纸流程与进度模型相互关联，根据现场工期计划逆推，综合考虑钢材采购、加工制作、运输等环节对工期的影响，对图纸的报审、审批以及发放进度进行实时监控，对于影响进度的图纸管理环节将提出预警，保障图纸进度不影响总工期计划。同时，对单项的管理环节定义最短完成时间，对责任人提出进度预警信息。如按照约定，业主、设计院对深化图审批的最长时间不超过14天，若在图纸报审第14天后尚未审批，BIM平台将自动提出超期预警，提醒相关人员跟进审批进度。

３．３进度管理

基于BIM平台的施工进度管理模块，有进度偏差分析、配套工作推送、3D形象进度展示三大功能：①进度偏差分析功能。根据总进度计划，建立进度里程碑，形成总体工期目标。同时设置进度专员在平台上填写施工日志，将现场施工完成情况实时录入BIM平台。系统将根据里程碑和实际施工情况，计算进度完成百分比，形成偏差分析报告。系统还会根据实际进度情况准确定位到影响总体工期的分项工程，提出工期预警，以利于规避工期风险。图3为广联达5DBIM软件进度偏差分析页面。②配套工作推送功能。在单项工程施工前，BIM进度管理系统会提前将相关的配套工作推送至相应负责人，提醒其在规定时间内完成相应配套工作。如某层钢结构构件安装前7天，系统会提示负责物资调度的工作人员完成构件的进场工作。因此，扣除构件运输的时间，现场工作人员将有4天时间协调加工厂发货。在此项工作完成后，系统还将提醒其他工序如构件验收、脚手架安装、吊装等相关负责人开展后续工作。此项功能有效落实了现场工作责任制度，对保障施工顺利进行起到极大作用。③3D形象进度展示功能。BIM为本项目提供了简捷的方式进行形象进度查询，可实时查询每日计划完成工程量、每日实际完成工程量、计划完成累计工程量、实际完成累计工程量等，为工程阶段性结算工作提供重要参考。图4显示了核心筒特定节点的钢板剪力墙安装形象进度。

图3　进度偏差分析 图4　施工形象进度

175３．４　成本管理

BIM系统通过计算节点模型工程量，并与清单挂接，实现成本动态管理过程。通过BIM计算得出完成指定节点所需的人力、材料、机械等资源的计划消耗量，以及完成该节点工程量实际消耗的资源，得出工作预算费用（BCWP）、计划工作预算费用（BCWS）和已完成工作实际费用（ACWP）三项参数，通过对比三项参数形成费用绩效指数（CPI）和费用偏差（CV），以此作为衡量费用是否超支的重要指标，有助于项目采取措施，制定或调整费用支出计划和资金筹措计划。同时，通过BIM系统进行节点工程量和成本核算，可准确地把握预算成本，有利于分包成本控制。

4　BIM系统与物联网系统的对接

本项目采用由中建钢构研发的钢结构物联网平台系统进行钢结构构件管理，通过射频识别、GPS 定位系统等信息设备，将构件状态与互联网相连接，进行信息交换和通信，实现构件识别、定位、跟踪、监控、管理等功能智能化。

突破性地将BIM系统与物联网系统数据串联，形成构件数据通道，实现两大系统数据互补，智能化进行构件管理。一方面，BIM系统可将构件清单以及进度信息传递至物联网系统，形成进场计划供加工厂执行。另一方面，由物联网系统对构件发货、运输、进场及验收等信息进行实时收集，并将实际数据处理后传递至BIM系统供分析。由BIM系统对此数据进行二次处理，可形成构件滞后预警，以避免工期风险。图5显示了本项目物联网系统的应用。

图5　物联网系统的应用

5　结论

通过BIM系统在广州东塔项目钢结构施工中的应用，实现了由2D平面信息施工向3D信息化施工的转变，较大程度上解决了钢结构与其他专业的协同作业问题，优化图纸、进度以及成本等模块的信息化管理模式，施工管理水平得到整体提升。

参考文献

[1] 祝元志. 数字技术再掀建筑产业——BIM在建筑行业的应用、前景与挑战[J].建筑，2010（3）：8,14-26.

[2] 张建平. 基于4D-BIM的施工资源动态管理与成本实时监控[J].施工技术，2011，40(4):37-40.

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