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【摘要】在大型鋼結(jié)構(gòu)建筑中實(shí)施BIM技術(shù)，需要對(duì)智能建造技術(shù)進(jìn)行有效研究以及結(jié)合具體的項(xiàng)目工程，進(jìn)而分析項(xiàng)目的建筑難點(diǎn)。在應(yīng)用智能建造技術(shù)中需針對(duì)性采用關(guān)鍵點(diǎn)，主要涉及了BIM技術(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)、多維施工以及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備等，通過這種方式可以滿足大型鋼結(jié)構(gòu)建筑智能建造需求。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù)；大型鋼結(jié)構(gòu)；智慧建造；智慧管理平臺(tái)

1引言

鋼結(jié)構(gòu)建筑在建筑行業(yè)中需要借助智能建筑技術(shù)，但在實(shí)施的過程中難以滿足BIM技術(shù)的應(yīng)用需求。它需要在建造過程中有效融入關(guān)鍵技術(shù)，提高建筑施工質(zhì)量的同時(shí)，滿足安全性需求，這說明其在鋼結(jié)構(gòu)施工階段有效結(jié)合BIM技術(shù)分析關(guān)鍵技術(shù)具有重要意義。

2工程概況

南京江北新區(qū)市民中心項(xiàng)目上園高樓結(jié)構(gòu)總體采用鋼框架支撐結(jié)構(gòu)體系，頂部3層剛性桁架結(jié)構(gòu)整體提升安裝，直徑104m，提升總質(zhì)量約5300t，提升總高度約37m。在本次項(xiàng)目提升的鋼結(jié)構(gòu)中，主桁架梁采用的是100m環(huán)桁架梁以及45m的環(huán)內(nèi)8榀，采用各種復(fù)雜的構(gòu)造結(jié)構(gòu)有效連接，進(jìn)而組成一種綜合體結(jié)構(gòu)。將和塔部的連接空間預(yù)留出來，而該綜合結(jié)構(gòu)體主要在內(nèi)部產(chǎn)生的性能較差，對(duì)此，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)提升表現(xiàn)出“外整內(nèi)缺，累計(jì)提升”的特點(diǎn)，通過和國內(nèi)過往的相關(guān)超大型鋼結(jié)構(gòu)提升進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本次采用的提升工藝復(fù)雜程度以及對(duì)變形控制的精度在世界建筑行業(yè)中都比較罕見。

3大型鋼結(jié)構(gòu)建筑的重難點(diǎn)

對(duì)于大型鋼結(jié)構(gòu)建筑而言，由于工程體量大，往往存在較多施工重難點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下方面：①體量大、管理難，容易對(duì)施工進(jìn)度帶來壓力；②采用BIM技術(shù)，應(yīng)用多元數(shù)據(jù)交付運(yùn)維管理有較大的要求，采用的管理方式難以滿足規(guī)劃以及管理需求，在施工、設(shè)計(jì)以及運(yùn)維管理中相對(duì)獨(dú)立，且很難傳遞數(shù)據(jù)與完整信息化模型，在后期運(yùn)維平臺(tái)管理中缺乏前期數(shù)據(jù)支撐[1]；③工程建設(shè)要求高，難以管理組織和策劃，需要有效考慮全壽命周期和相關(guān)參與者的同時(shí)，還要顧及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)以及環(huán)境等相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)問題和綜合建設(shè)目標(biāo)。

4分析BIM技術(shù)智能建造技術(shù)的應(yīng)用

4.1BIM技術(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

4.1.1BIM技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)協(xié)同

在BIM技術(shù)應(yīng)用階段，為保障相關(guān)鋼結(jié)構(gòu)建筑整體的質(zhì)量體系，需要重視鋼結(jié)構(gòu)在建筑設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)，BIM呈現(xiàn)出來的正向設(shè)計(jì)能夠滿足技術(shù)的協(xié)調(diào)性需求，增強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用效果，需要有效構(gòu)建以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的增強(qiáng)技術(shù)協(xié)同平臺(tái)，進(jìn)而滿足多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)需要。在滿足增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和BIM技術(shù)有機(jī)融合的過程中，首先需要搭建Revit模型，進(jìn)而對(duì)BIM模型做輕量化處理，有效將AR軟件導(dǎo)入，通過該軟件和移動(dòng)設(shè)備將BIM模型投影到桌面上，通過預(yù)覽后對(duì)AR軟件實(shí)行二次開發(fā)，滿足該軟件和BIM模型的高效連接，借助云端處理來滿足多終端同步編輯和查看。借助空間對(duì)BIM模型全面反饋，能夠滿足專業(yè)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)BIM模型的協(xié)同性需求，將精確構(gòu)件和復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的要求精細(xì)化，并借助手機(jī)終端進(jìn)行展示、更新和修改，滿足實(shí)時(shí)交流需求。將BIM+AR技術(shù)所衍生而來的模型與可視化結(jié)合，能夠滿足施工教育需求，對(duì)相關(guān)人員采用頭戴式設(shè)備進(jìn)行傳達(dá)信息，完成組裝后又將下個(gè)正確位置以同樣的虛擬化顯示出來，可以提高施工協(xié)同效果，降低失誤和錯(cuò)誤率。

4.1.2搭建有效數(shù)據(jù)庫

鋼結(jié)構(gòu)建筑為了滿足全生命周期智能化需求，需綜合考慮設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)維階段，預(yù)先研究相關(guān)階段平臺(tái)構(gòu)架，對(duì)階段數(shù)據(jù)類型高效掌握，從設(shè)計(jì)階段起便需要籌備數(shù)據(jù)庫，而對(duì)設(shè)計(jì)和施工階段交接時(shí)，需要對(duì)下一階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行交付，交付設(shè)計(jì)和施工階段的數(shù)據(jù)能夠滿足運(yùn)維平臺(tái)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用和調(diào)取。在數(shù)據(jù)庫搭建方面，需要設(shè)計(jì)三個(gè)階段，進(jìn)而滿足大型鋼結(jié)構(gòu)全過程智慧建造需求。通過對(duì)圖1進(jìn)行分析，通過設(shè)計(jì)平臺(tái)構(gòu)架后做統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)一接口設(shè)計(jì)。在當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫中，涉及了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫HBase和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫MySQL等。本次研究采用的是MySQL工具來搭建數(shù)據(jù)庫，有效規(guī)定數(shù)據(jù)主鍵，針對(duì)性借助智慧管理平臺(tái)，對(duì)設(shè)計(jì)階段、運(yùn)轉(zhuǎn)階段和運(yùn)維階段的數(shù)據(jù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)按照要求設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而篩選出有效的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，將冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，滿足整個(gè)體系的數(shù)據(jù)傳遞。

4.2BIM技術(shù)多維施工信息化管理

4.2.1鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝及施工信息化管理

由于項(xiàng)目存在重難點(diǎn)，在鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝時(shí)需要借助BIM技術(shù)，滿足精細(xì)化拼裝需求，優(yōu)化連接節(jié)點(diǎn)，解決鋼結(jié)構(gòu)空間問題，在實(shí)施輔助性方案，降低施工成本，形成拼裝模擬動(dòng)畫，進(jìn)而為后續(xù)做資料參考，鋼框架柱與斜撐節(jié)點(diǎn)如圖1所示。在智能安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用中，需要有效將BIM技術(shù)和新技術(shù)進(jìn)行融合，能夠滿足鋼結(jié)構(gòu)。三維可視化、載荷與環(huán)境、結(jié)構(gòu)局部和整體、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)的全過程監(jiān)測(cè)需求。借助網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)能夠?qū)⑹┕r(shí)施工質(zhì)量、進(jìn)度和安全等相關(guān)數(shù)據(jù)有效顯示在三維模型上，僅需要點(diǎn)擊相關(guān)攝像頭便可以顯示相關(guān)監(jiān)測(cè)內(nèi)容。這種視頻接口能夠滿足安全管理和BIM模型構(gòu)建的三維管理需求。在鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝以及施工管理中應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)需要有效選擇優(yōu)質(zhì)的方案，滿足標(biāo)準(zhǔn)化和工業(yè)化要求，保障工期的同時(shí)，給運(yùn)維階段提供數(shù)據(jù)支撐。

4.2.2綠色施工

綠色施工管理主要以環(huán)境保護(hù)、節(jié)材節(jié)料、資源利用和能源利用等為主。其中，環(huán)境保護(hù)要求項(xiàng)目建設(shè)時(shí)對(duì)PM2.5、PM10、溫度和噪音等進(jìn)行記錄，并將BIM智慧施工管理平臺(tái)接入到相關(guān)監(jiān)測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)中，采用云計(jì)算技術(shù)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和留存，且借助平臺(tái)將噴淋、廣播、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，滿足噴淋降溫降塵需求，養(yǎng)護(hù)主體結(jié)構(gòu)[2]。而在節(jié)材節(jié)料中，需要量化和分析鋼結(jié)構(gòu)和混凝土等工程量，結(jié)合智慧工地平臺(tái)進(jìn)行分析數(shù)據(jù)，有效調(diào)配機(jī)械和針對(duì)性編制材料計(jì)劃，通過分析施工進(jìn)度和庫存等情況來合理采購材料，降低庫存率。而在資源和能源利用方面，需要借助能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來采集和監(jiān)測(cè)工地水表的有關(guān)數(shù)據(jù)，降低能源消耗和水資源浪費(fèi)。此外，需要有效利用空氣能熱泵節(jié)能環(huán)保、智能控制的特性，并借助空調(diào)機(jī)控制熱水用量。在土地資源的保護(hù)方面，需要借助BIM技術(shù)有效創(chuàng)建三維場(chǎng)地布置模型，對(duì)其采用動(dòng)態(tài)管理，集中布置和規(guī)劃功能分區(qū)，有效借助平面圖展現(xiàn)設(shè)施、排水以及機(jī)械設(shè)備和材料等占地情況，減少臨時(shí)拆改，而在道路規(guī)劃中需要借助擬建道路為施工服務(wù)，通過模擬的方式對(duì)車輛和設(shè)備等進(jìn)出場(chǎng)進(jìn)行模擬，滿足場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸需求。此外，需要借助勞務(wù)實(shí)名制管理系統(tǒng)——物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，有效形成相應(yīng)的智能終端設(shè)備，進(jìn)而以信息化的方式管理現(xiàn)場(chǎng)勞務(wù)人員，滿足對(duì)人員進(jìn)行實(shí)名登記、考勤管理、工資監(jiān)管和安全教育等統(tǒng)計(jì)和分析需求，并結(jié)合計(jì)劃編制合理安排施工人員。

4.2.3集成三維掃描竣工模型

為了滿足大型鋼結(jié)構(gòu)施工實(shí)現(xiàn)完整的BIM信息模型，需要在竣工階段添加現(xiàn)場(chǎng)細(xì)節(jié)，有效集成竣工數(shù)據(jù)，形成完整信息模型。而BIM技術(shù)應(yīng)用中，需要三維掃描和混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)聯(lián)合，進(jìn)而展現(xiàn)BIM模型和現(xiàn)場(chǎng)狀況之間的差別，進(jìn)而提示驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)以及需要應(yīng)用的修正方法，借助三維掃描技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收進(jìn)行記錄，采用BIM模型的集合作用，構(gòu)建完整的竣工模型，滿足運(yùn)維數(shù)據(jù)積累需求[3]。在BIM和三維掃描虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有效融合的過程中，可以輔助性融入工程質(zhì)量檢查以及快速建模措施來降低返工率，且能夠完整記錄工程現(xiàn)場(chǎng)，完善竣工模型，滿足竣工信息模型的在運(yùn)維階段的工作基礎(chǔ)需求。

4.3少人化智能建造

4.3.1智慧工地平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

對(duì)于大型鋼結(jié)構(gòu)建筑而言，有效應(yīng)用了云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)，此外，還涉及了施工機(jī)器人，同時(shí)需要搭建智能工地管理平臺(tái)，有效對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行管理，保障施工安全、人員安全和施工質(zhì)量及進(jìn)度等信息化管理需求。

4.3.2平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

在平臺(tái)功能設(shè)計(jì)中，涉及了信息查詢?cè)乒芾?、BIM模型輕量化集成、鋼結(jié)構(gòu)施工多方協(xié)同、多維可視化監(jiān)測(cè)以及智能監(jiān)控等相關(guān)模塊，這些模塊的主要功能如下。①信息查詢與管理模塊：滿足資料和組織構(gòu)架查詢和儲(chǔ)存需求。②BIM模型輕量化集成：滿足平臺(tái)中BIM模型瀏覽需要，主要涉及了整體和專業(yè)模型，有效模擬鋼結(jié)構(gòu)拼裝，現(xiàn)場(chǎng)漫游和復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工等相關(guān)模擬。③多維可視化監(jiān)測(cè)：接收現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的有關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并借助云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行處理，進(jìn)而在平臺(tái)中展現(xiàn)相關(guān)分析結(jié)果，對(duì)閾值超限作出報(bào)警處理，滿足管控需要。④鋼結(jié)構(gòu)施工多方協(xié)同管理：此模塊需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)和平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理，進(jìn)而滿足安全、優(yōu)質(zhì)和物資等供應(yīng)需求。⑤智能監(jiān)控模塊：主要對(duì)進(jìn)出場(chǎng)車輛、設(shè)備、人員施工狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，查看現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)，應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)及時(shí)提示違規(guī)現(xiàn)象，比如安全帽的佩戴等都需要借助平臺(tái)進(jìn)行記錄和提示。

4.3.3少人化智能施工

在BIM智慧平臺(tái)管理中，需要借助LoRa或NB-IOT等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過這些技術(shù)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)傳輸，有效將傳感器、智能設(shè)備和控制元件進(jìn)行連接。滿足少人化智能施工需求。而機(jī)器人操控等智能化技術(shù)逐漸普及，能夠替代人工勞動(dòng)，可以將其應(yīng)用在抹灰、砌磚、BIM的幕墻放線以及鋼結(jié)構(gòu)放樣等施工環(huán)節(jié)中[4]。同時(shí)，可以借助RFID技術(shù)來連接平臺(tái)和施工機(jī)器人，使平臺(tái)端能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人智能操控需求，降低施工對(duì)人力的依賴。

5結(jié)語

對(duì)于大型鋼結(jié)構(gòu)建筑而言，在智能建造的過程中需要有效應(yīng)用BIM技術(shù)的可視化和信息化等相關(guān)特點(diǎn)，針對(duì)性搭建信息協(xié)同管理平臺(tái)，這種關(guān)鍵技術(shù)的參與能夠提高信息化程度，優(yōu)化智能管理和提高效率的同時(shí)，降低施工對(duì)人力的依賴性，進(jìn)而有效發(fā)揮BIM智能建造關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)大型鋼結(jié)構(gòu)建筑有效利用智能建造關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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作者:黃磊磊 李敏 單位:中國建筑第二工程局有限公司