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数字化建造技术在机场装饰工程的应用研究

2025-02-16 36 上传者：管理员

摘要：在乌鲁木齐国际机场T4航站楼金属屋面吊顶装饰工程中，使用文献与理论分析、模型分析和实例验证法，在对项目需求进行分析、参考大型机场建设装饰工程先进案例的基础上，以业主目标为核心，结合项目实际情况以智能化数字测量仪、数字信息建模软件Rhino为工具，具体实施BIM技术建模技术、智能化测量技术、参数化快速建造技术设计，实现建筑工程施工的数字化表达，探讨了基于BIM系统的数字化建造技术在机场装饰工程的应用可行性及操作方法，解决了传统建筑装饰二维图纸表述不清、生产效率低下、项目全过程联动性不强等问题。

关键词：
参数化
工人技术水平
建筑信息模型
建筑装饰工程
装饰设计
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人工智能化､数字科技化正潜移默化地改变人们的生活习惯,将大量颠覆传统工业类型｡在建筑行业发展的过程中已经凸显传统制造行业生产效率低､对工人技术水平依赖性强､项目全过程沟通协作不强､项目管理决策缺少科学评定依据等问题,为突破传统建造弱点,推动建筑业向信息化､科技化､智能化高质量发展,因此基于BIM系统参数化设计､数字建造技术在项目中的应用与研究具有重要意义｡

1、BIM参数化设计工作流程

结合项目实际情况与特点,对项目投资方案分析报告､设计任务书､业主需求分析,考虑在该项目装饰设计过程中全程进行BIM模型参数化设计应用,设立BIM参数化设计管理流程,制定可实施方案,全方位确保BIM模型的应用与实施,在深化设计阶段为具体设计方案推演､技术经济指标分析､建筑施工方案策划提供空间研究与理性分析依据｡在项目前期,使用全站仪对现场结构进行三维扫描测量分析,BIM建模推演优化方案;在项目中期,通过参数化设计､可视化模拟进行深化设计､完善细节等工作;在项目后期,结合BIM模型及过程数据辅助竣工交付及成本核算[1]｡

2、乌鲁木齐国际机场T4航站楼BIM参数化应用与实践

依据项目特点,以建立三维模型为基础,制定BIM实施方案,形成BIM的信息化管理机制｡其主要目的是实现业主目标､对模型进行推演优化､论证项目可实现性,并通过可视化交底､碰撞检查､深化设计等BIM技术应用,实现全面提升管理水平､经济资源最优化､生产智能化[2-3]｡

2.1项目工程简介及特点分析

本工程位于乌鲁木齐国际机场北区,项目工程总面积26000m2,指廊主体结构为钢筋混凝土框架,见图1(作者拍摄)｡屋顶为钢管混凝土柱支撑的单向实腹变截面钢梁｡其中室内金属屋面吊顶部分主要材质为0.8mm厚漫反射冲孔瓦楞板,具有很好的隔音降噪功能｡本设计项目范围为E区精装修屋面吊顶深化设计,为机场至登机口的出发层,依据本项目特点,参考其他项目优秀案例做法并结合项目实际,形成了一套基于BIM技术数字化建造技术工程应用方案,以突破以下项目难点:1)现场构造复杂,结构为单向实腹变截面钢梁,钢梁间距较大,装饰结构基层无稳定结构受力点｡2)装饰造型复杂,装饰造型为流畅曲线贯穿整个装饰面,整体装饰面板需内外整体对缝,面板整体斜度难以把控｡3)设计单位众多,各专业分批次出图,图纸检查碰撞任务较重｡4)参建单位众多,各部门沟通协调难度较大｡5)现场各专业交叉施工,操作面积有限且装饰面板较大,项目对施工质量要求较高,施工难度较高｡

图1现场结构图

2.2深化设计模型推演

金属屋面吊顶造型以曲线飘带为造型,以设计单元中心对称重复构成｡各个重复单元向中心聚拢,中部设透明采光天窗,界面形态为曲面,色调以白色为主,白色铝合金蜂窝板密拼,木纹铝板为曲线贯穿整体造型,凸显出流畅的造型曲线｡根据原设计方案意向,从形式､构造和施工工艺方面对整体造型进行方案优化｡

2.3数字化三维信息结合实际

乌鲁木齐国际机场北区金属屋面吊顶现场结构高度最高可达13.3m,属于超高吊顶,使用传统测量方式难以满足测量需求｡因此构建精密控制网,使用数字化测量技术利用全站仪对现场结构进行360°全方位数据采集､扫描打点,通过点云处理软件将数据导出,对基础数据进行加工分析并形成可视化表达报告,基于实测数据建立模型对现场构造进行模拟,依据倒模模型三维模拟现场实际结构情况,为现场实际施工提供判断依据｡

2.4数字化模型推演与应用

传统二维方式的装饰设计在方案确定后再进行建模模拟,缺少信息沟通管理平台,致使项目信息在管理阶段存在断层､重要信息资料丢失及消息传递准确性误差等情况,难以充分提高BIM信息利用率[4-5]｡结合项目特点根据项目实际,利用BIM技术构建单元式快速建造施工方案,并提出“三统一”数字化设计思路,以提高项目施工效果,即统一排版､统一下料､统一施工,推行模块化安装,使用单元整合式安装｡以科技技术辅助,BIM等级以LOD400为标准进行部件精细化建模,构造BIM信息模型,装饰工程在深化设计部分通过正向建模主要完成以下几个方面的工作:

1)多专业碰撞分析｡为提高工作效率,多专业协同合作,通过远程交付系统,与机电单位､外装深化单位､照明单位､消防单位等进行合模检查图纸碰撞,对检查碰撞口进行分析调整,同时对室内外精装范围收口方案进行模拟分析,保证出图质量[6-8]｡

2)关键节点结构分析｡基于屋顶基层为钢管混凝土柱支撑的单向实腹变截面钢梁､乌鲁木齐季节性温差较大,钢梁存在下沉及收缩､T4机场全构造与装饰面板分割单位基数为1039mm､侧部铝板荷载较重及缺少基础受力点等情况,根据现场构造复杂特点,将吊顶层次简化,提出主龙骨大面积单方向吊挂､侧部铝板焊接､铆接结合方式固定等方案｡为及时发现收口构造问题并提前干预,利用三维模型对现场结构进行1∶1还原后,对收口构造节点进行精细化模拟分析,通过模拟试验节点施工的可操作性和可实施性,详见图2(作者自绘)｡

图2关键节点BIM模型模拟

3)基层龙骨参数化排布｡由于结构网架的特殊性以及装饰面板要求平整､统一性,结构连接点必须精准定位并保证多维度收口平整｡通过对节点构造分析,构造节点基层采用竖向钢方管与工字钢焊接至结构,横向钢管数字化摆布以1039mm为单位矩形阵列排布,配合吊杆微调高度,铝板侧面收口搭接｡针对飘带曲线样式铝板造型,采用轻钢龙骨局部压弯的方案以弯弧形式搭建基层｡同时应用BIM三维模型进行施工模拟推演施工条件,并进行结构计算检测受力点稳固性,保证钢结构的稳定性以及结构基层的合理性,详见图3(作者自绘)｡

图3装饰面板BIM模型模拟及现场装饰构建模拟

4)装饰面板参数化排版｡本项目吊顶木纹铝板造型呈流线型､飘带状构造较为复杂,铝板排版相对困难,下料尺寸难以把握｡由于存在大量异面曲形,在板块分割时既需考虑材料加工特点以保证加工精准度,避免施工累计误差造成的资源浪费,又要保证曲线造型的流畅性,体现设计效果｡根据现场构建模型进行三维排版,使用网格定位分析构件尺寸及位置,以轴线为单位建构模块,进行定量变量分析｡

5)参数化出具加工图纸｡利用Rhino&Grasshop⁃per参数化建模后,将模型数据信息作为方案设计与生产加工构件的连接纽带,数据可直接提取以供材料加工单位使用,以便于提高部件生产效率和加工精度[9-13]｡利用BIM参数化控制技术,对下料面板进行自动尺寸统计､编号,保证生产的高效性｡材料生产加工单位也能够利用模型输出的整体信息数据进行集约化生产加工｡

2.5施工阶段数字化应用与实践

2.5.1数字化定位及装配式安装

由于现场条件有限,满堂脚手架难以搭建,且施工安装精确度要求较高,为节省工期提高效率,在深化设计阶段､节点构造过程中配合考虑装配式施工后,在现场施工阶段切实实施,将基层骨架以单元式在地面切割拼装,铝板以单元为模块进行固定吊挂式整体安装,侧部铝板在工厂完成组配,进行单元式模块化吊装｡以现场轴线为依据建立空间三维坐标系,通过BIM模型给出连接点的空间坐标,现场配合全站仪进行精确放线,以空间坐标点为参考进行装饰面复测,规避现场构造复杂而产生的施工风险并切实提高异形造型施工安装精度｡

2.5.2可视化交底

传统施工图纸中二维图形只能表达各构件的投影信息,通过采用线条绘制来表达,但实际构造形式需要自行想象,对识图能力和空间思考能力有一定的要求[14-17]｡而BIM技术提供了可视化表达,将以往线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示,降低了识图､读图能力要求,便于项目施工人员应用｡

可视化即可见,是“所见所得”的形式,本项目在得到北指廊(E区)金属屋面吊顶的结构复测的数据后,根据现场实测数据进行参数化建模,将北指廊的钢结构模型进行数据录入,实现数据的实时查看,并且通过施工模拟和详细节点的三维模型更加形象､直观地展示各结构之间的连接方式､先后顺序以及逻辑关系,全过程使用模型进行推敲方案､模拟实施都更加高效､准确和直观｡项目设计､建造､运营过程中的沟通､讨论､决策都在可视化的状态下进行｡

2.5.3模型信息交付与反馈

一方面将信息模型进行交付后,在项目结算过程中能够为项目商务管理人员提供数据依据,另一方面由于现场存在多单位交叉施工,施工过程中局部仍存在交叉碰撞情况,基于BIM信息管理平台,能够保证施工方与设计方进行有效沟通,施工团队通过现场视频及照片等形式将信息反馈至平台,设计能够第一时间将模型与信息进行对比､研判并模拟,现场进行方案调整指导,有效保证项目施工质量与降低项目施工成本[18-20]｡

3、结语

建筑装饰工程项目应用数字化信息化技术进行快速建造是形势所趋,适合复杂的多单位合作项目｡在项目设计中应用数字化信息化技术能够有效提高设计生产效率,所带来的参数化数据能够有效保证加工零件过程的智能化,安装生产的装配化,从源头解决项目重难点问题,全面提高生产效率｡以乌鲁木齐国际机场金属屋面大吊顶装饰工程为例,通过应用数字化信息化技术及智能化测量技术,构建了BIM模型,并在其过程进行数字化建造应用,论证了在装饰工程项目中BIM数字化技术施工应用的有效性及便捷性,能够全方位地提升项目建造管理水平｡主要研究成果及结论如下:

1)根据项目特点及实际情况,利用Rhino&Grass⁃hopper建立相关构造模型,通过BIM参数化设计,高效解决了设计过程中方案多方推演反复修改､二维图纸表达不清､项目图纸与现场结构､构造冲突问题,化解项目施工过程中的重难点问题,通过利用参数化特点推行智能化建造､装配式施工,提高项目实施过程的有效价值｡

2)项目前期搭建信息管理平台并制定合理管理流程,确保BIM模型应用有效,通过BIM模型应用实现了与各专业模型合并后碰撞检查并三维进行施工模拟,检测了施工构造的可实施性｡在发现现场结构与模型信息误差时,施工单位应及时通过视频或照片形式反馈至信息平台,通过BIM模型与现场实际对比,保证施工方案的有效推进｡最后通过动画渲染对模型进行了三维展示,为数字化建造技术在大型机场装饰工程的具体应用提供了思路｡

3)本文立足于装饰工程设计进行应用研究,仍有很大不足｡一方面对于BIM信息模型的数字化信息挖掘力度不足,对于项目数据信息仅停留在项目工程量统计及材料下单层面,对其他施工决策提供的数据参考和支持依据不足,决策以经验为主,应进一步开拓数字化建造技术在项目决策过程的应用与参考｡另一方面,应用过程中还存在模型数据重复､数据应用较少情况,由于项目仅涉及深化设计方面,对项目实施过程中后期的项目结算､项目验收､项目资料归纳应用考察较少,希望有条件的项目可进一步实施应用｡

参考文献:

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