建筑斜屋面結構的BIM技術應用及施工研究
——以三明市西江悅A3地塊商住樓為例

郭芳炳

(福建一建集團有限公司 福建三明 365001)

0 引言

BIM技術計算機應用軟件在工程項目中應用后，工作效率和經濟效益顯著提高。開工前BIM技術模擬建造大大減少了工程紕漏和返工率，更有利于控制施工進度與成本。在工程各階段管理中應用，能精確直觀反映項目進展情況，可提早策劃針對性強且有效的措施方案，使項目管理事半功倍、效益明顯。本文就BIM技術在斜屋面復雜結構施工中的應用探索為例，為類似工程施工及項目管理提供參考。

1 基本概況

本工程為城市商住樓建筑，其中6#樓、7#樓、8#樓共有一層地下室，考慮到周邊環境道路的高程及屋面防滲漏功能，地下室及住宅樓屋面設計為斜板屋面結構，結構上部進行防水、綠化、道路或鋪裝面層。 地下室主體結構由框架柱、地下室外墻、剪力墻及地下室梁板組成，地下室結構屋面為斜板屋面，有多個坡度：1.11%、1.55%、1.5%，車道口屋面坡度6.977%。三棟主樓為框剪結構，屋面設計為多坡向復雜斜屋面結構，坡度為1.5%～2%，如圖1所示。設計斜屋面結構主要對結構防滲漏功能有很大作用，減少屋面因排水不暢而造成積水產生的滲漏，從而提高屋面鋼筋混凝土結構的耐久性能，保證使用性能。斜屋面結構存在多個坡度及坡向，標高較多，結構復雜，施工難度較大。施工前采用BIM技術[1]模擬建造，可以直觀看到復雜的斜屋面建筑結構三維實體模型，并模擬施工。在施工中將出現的問題，應在施工前及時處理，從而提高施工質量和效率。

圖1 樓棟屋面斜頂板結構找坡

2 BIM技術施工應用

2.1 斜屋面結構BIM技術施工應用流程

項目管理應用BIM技術系統進行項目整體策劃管理，能使項目管理和施工更加簡潔有序并高效。復雜的斜屋面結構施工前，先使用BIM技術軟件建模，用BIM模型核對復雜斜屋面結構的圖紙，模擬并掌握建造過程中的難點、重點及圖紙紕漏；參照建模的成果、施工動畫，進行施工策劃，根據施工計劃進行管理。

2.2 BIM技術解決施工難點

多坡向結構斜坡板施工難度較大，施工需要精心策劃，精確進行施工測量控制及組織實施。斜頂板屋面模板安裝施工中的標高、尺寸及位置控制，是施工中結構成型質量控制的關鍵。采用BIM技術模擬建造斜屋面建筑實體模型，可以讓2D的設計圖紙[2]直觀展現三維實體視圖，如圖2所示。技術人員可根據需要查看建筑實體的細部構造及組合關系，及時發現各種可能出現的設計圖紙問題[2]，及施工中應注意的事項。

圖2 住宅樓層結構找坡屋面BIM建模圖示

該工程室外周邊環境為坡向地形及首層各房間使用功能的不同，設計主樓及店面范圍內地下室結構頂板標高較多，6#樓、7#樓、8#樓各主樓建筑+0.000 m高程不同，主體板面形成高低坎面，主樓外地下室頂板(斜板屋面)為多坡度多坡向斜板，穿插交錯、結構復雜。施工前用BIM技術軟件模擬建造，直觀顯示建筑實體結構細節。技術人員根據需要操作可看到各構件的材料、標高、尺寸和相對位置。查看模擬動畫施工，可發現按照設計圖紙施工時，工藝上可能存在的問題，就可在施工前對應設計圖紙及施工工藝進行技術及施工順序調整。如不同頂板標高處梁頂、梁低標高與頂板標高的對應關系，以及梁與梁、梁與柱等各構件的對應關系。技術人員根據需要查看三維視圖，更為直觀解決眾多細部節點及施工圖中存在的沖突、錯誤及紕漏。這種工作效率，在單獨核對平面設計圖紙上，是難以達到的。

地下室斜屋面頂板與主樓區不同標高頂板穿插組成一個復雜的高低坎結構，交接處可能會存在梁高度不能滿足高低坎板塊連接尺寸要求的問題。技術人員應用BIM技術直觀看到模型中梁與板連接空缺，或者梁與梁連接空缺部位，如圖3所示?？筛鶕┕すに?、標準規范或設計大樣節點構造處理，BIM技術可根據實際試行調整梁頂標高。在三維視圖中，可直觀看出是否滿足要求。設計文件中有處理該節點構造的大樣圖，按大樣圖處理連接，設計文件中沒有處理方案也無標準規范的，應聯系設計單位另行出圖或變更文件處理。應用BIM技術可以提前解決設計或施工存在的問題，如圖4所示。

圖3 構件連接空缺

圖4 構件連接空缺已調整

2.3 BIM技術在模板施工中的應用

斜屋面結構標高多、尺寸復雜，模板工程施工難度大，模板安裝成為斜屋面結構精確成型的重點和難點。BIM技術在解決復雜結構的施工困難高效直觀，各種功能BIM技術軟件各有所長，可應用于工程建設各工種、各專業。先進的BIM技術軟件讓工程建設事半功倍，產生良好的經濟效益。

當設計圖紙導入BIM技術應用軟件，軟件可以基本識別轉化CAD類等設計圖紙。將CAD類設計圖識別轉化為三維實體圖形，核對校正無誤后，完成實體的模擬建造。此時的三維實體圖形的結構尺寸、標高即是擬建建筑結構完成后的實體結構模型。

模擬實體結構完成后，BIM技術應用軟件的模板支架功能，可選擇智能布置或手動布置各構件模板與支架；根據建筑安全規范標準安全檢查功能，復核BIM技術應用軟件設計模板及支架的三維視圖是否符合規范標準及現場可操作性；還可根據需要智能優化或手動調整，直至模板支架設計強度、剛度、穩定性達到標準設計要求，符合建設工程安全文明規范，如圖5所示。

圖5 BIM模板支架設計

BIM技術應用軟件的模板支架設計完畢后，模架設計方案調整方便，可以生成圖紙方案、計算書、配模配架的材料單；也能進行模板設計優化、成果審閱等各種實用功能。模板工程方案設計、材料配置進入智能化和高效率，減少了復雜結構的施工困難，其建模成果極其直觀強大，數據安全可靠，能全面提高方案實施的安全性。

2.4 BIM技術在斜屋面頂板鋼筋工程中的應用

在斜屋面復雜結構頂板中，使用BIM技術鋼筋工程軟件，施工預算、鋼筋翻樣、料單等功能，事半功倍，數據精確效率高。建立結構模型后，分步識別結構各構件的鋼筋標注文字圖層，如圖6所示。即可將實體結構各構件的鋼筋智能布置，自動識別布置主筋、分布筋和構造鋼筋等。部分擁擠、復雜難以識別的結構鋼筋標注文字，使用手動識別功能也可以單獨布置。識別鋼筋后，再與原設計圖檢查核對，BIM技術鋼筋工程軟件有圖紙核查功能，核對無誤后即完成實體鋼筋布置。

圖6 結構中三維鋼筋圖

BIM技術軟件完成實體鋼筋布置后，技術人員可根據需求查看各角度的三維鋼筋模型信息，直觀感受各規格各類型鋼筋在實體中的位置及其關系。根據工作需要，BIM技術軟件可以統計出鋼筋放樣圖樣、鋼筋下料單，可以計算各規格鋼筋數量、重量、接頭數量及分類分層等所需要的數據報表,如表1所示。

表1 鋼筋明細表

BIM技術軟件在斜屋面頂板鋼筋工程中，可以直觀查看復雜構造其實體的三維圖形，可發現設計鋼筋圖紙中可能存在的遺漏事項、失誤等問題。如設計圖中可能出現梁體跨數標注與圖形不符、鋼筋漏標等紕漏，基本數據參數缺失的就無法建模，錯誤的數據建模過程能及時發現。根據建模發現的圖紙缺陷，施工前與設計單位溝通處理，避免因設計圖紙及施工失誤造成的損失，使鋼筋工程施工減少錯漏、返工，提高施工效率、工程質量、安全、進度乃至經濟上都將產生良好的經濟效益。

2.5 BIM技術應用在斜屋面頂板混凝土工程

BIM技術軟件在斜屋面頂板混凝土工程中的應用，主要體現在建立三維建筑結構實體模型后，可在施工前直觀感受到施工完成后的結構形狀?？吹叫睂用娼Y構的復雜形狀及與各構件間的關系，了解施工的難度及重點工作，合理安排施工工藝和順序，避免因無序施工影響工程質量及安全產生。

2.6 BIM技術在斜屋面頂板的施工管理

施工管理是整個工程項目品質的重要基礎，應建立靈活高效、團結精干的項目管理組織機構，加強教育培訓。在結構復雜的工程項目中，管理團隊系統學習應用BIM技術先進軟件，提高管理水平，乃至提高整體施工隊伍素質，可以高效率完成斜屋面頂板等施工復雜結構的工程。

使用BIM技術、CAD等先進的計算機工程應用軟件，對設計圖紙進行相應深化解析模擬建造；采用基于BIM技術的網絡計劃，對勞動力、機具、資金投入、材料采購進行計算策劃。提倡節能、節材、節水、節地和文明環保施工，優選先進技術、先進工藝，對質量、安全、進度、成本有效把控。應用BIM技術先進的系統管理軟件可以更高品質完成項目工程，可以對整個項目管理班子進行系統高效的協調管理。先進的BIM工程技術管理可以涵蓋項目決策階段、實施階段、使用階段等整個過程，項目的策劃、質量、安全、進度、合同、經濟、技術等各職能部門都可納入BIM管理系統統一有序管理，讓管理班子在BIM技術系統上直觀看到項目管理內容及成果，做到數據共享。管理班子熟練掌握BIM管理系統軟件，可以更加高效管理整個工程項目。

3 結語

近年來，隨著BIM技術工程系列軟件的深入應用和行業的推廣，軟件功能及使用體驗不斷改善，先進軟件技術的優點日益彰顯。不斷挖掘軟件輔助施工技術在工程中的應用潛力，使建筑斜屋面結構等較復雜構件在施工中變得更為簡單。建筑產品在施工前模擬建造出實體模型，可以在施工前預先發現建造過程中可能出現的問題及困難。西江悅A3項目應用各種BIM軟件配合施工技術及管理，圖紙會審中與設計溝通處理了89條疑問，施工前處置了后期各種問題與困難，項目進展少了障礙，杜絕了系統性安全和質量事故，節省了質量和安全事故的高昂成本損失，質量和效率明顯提高，經濟效益和社會效益顯著。