2020年山西省BIM技术应用优秀案例——装配式+BIM技术研究与应用

山西省BIM技术创新联盟

2021年06月09日 09:05

2020年山西省BIM技术应用优秀案例

装配式+BIM技术研究与应用

山西四建集团有限公司

为指导和推进全省建筑信息模型（BIM）技术应用工作，推广优秀应用项目，全面提升我省建筑业数字化、智能化水平，由山西省住建厅组织，山西省BIM技术创新联盟承办的2020年BIM技术应用优秀案例遴选会最终评选出24个优秀案例，为了更好的宣传推广优秀案例，根据统一安排，山西省BIM技术创新联盟将会以公众号为平台逐步发布。

公司简介

山西四建集团是山西省属国有大型建筑企业，成立于1950年10月，曾以“建八四”（建工部八局四公司）享誉表里山河三晋大地， 1995年11月改制为山西四建集团有限公司，是建设部和山西省建立现代企业制度的首批试点企业。集团注册资金10亿元，年营业收入100亿元以上，公司为山西首家拥有“双特双甲”级资质的本土企业，也是全国省属第四家拥有双特级资质的企业。是工程建设领域首家荣获由山西省人民政府授予“山西省质量奖”的单位。目前已形成房建、市政为主业，地产、海外、钢构、道桥、设计、装饰、地基、消防、管道、水利、智能、物资、劳务、设备、监理、咨询、物业、保安等专业版块为补充的“一业为主，多业并举”的建筑产业链。公司坚持精品发展战略，截至2020年，创建了538项国优、部优、省市优良工程，总量稳居山西之首。

工程概况

【项目简介】

山西基因诊断及药物研发基地是由山西四建集团采用EPC全产业链模式总承包，即设计-采购-施工一体化，是积极响应国家政策号召和实现转型发展的一项代表性工程，也是山西省首个装配式钢结构高层公共建筑，装配率达AA级、设计为77.7%；绿色建筑达二星；也是首个引入“健康建筑”、“海绵城市”设计理念的公共建筑。本工程位于龙城大街与平阳路交界处,总建筑面积51346.96m2,建筑高度82.40m，由东楼、西楼、裙房及地下车库组成，以研发、办公、会议、公寓为主。东楼地上14层、西楼地上19层，裙房地上2层，地库地下2层。

【重难点分析】

1、本工程基坑地下水系丰富，土质复杂，基坑范围内存在市政排水沟，周边有防洪渠，地下基础构造复杂，电梯井、承台、集水井交错排布，测量定位难。

2、主体非承重围墙体采用ALC板条墙，ALC板用量达10000立方米，连接节点复杂、下料排布困难。

3、本工程采用钢结构装配式体系，钢结构全部由自有加工厂预制。需进行装配化单元拆分，形成工厂制作单元系列及安全可靠的新型连接节点系列，为实现标准化设计、工厂化生产、装配化施工奠定基础。

4、可拆装配式钢筋桁架楼承板的深化加工

本工程楼层周边为锯齿波浪形，造型美观，但同时对可拆装配式钢筋桁架楼承板的深化加工提出了更高的要求。

5、机电装配式构件的拆分与加工

机电管线预制装配构件的拆分、模型深化及细化设计均需权衡综合因素，以争取构件标准化、模块化，增大共模率，构件的拆分和加工都有较高要求。

6、多专业衔接和配合难

本工程涉及土建、钢结构、装饰、机电安装、智能、防水等专业，分包单位众多，各专业之间的协调配合、沟通难度大，施工过程管理困难。

【应用亮点及创新点】

1、设计施工采购一体化（EPC）

项目采用EPC+数字化生产建造模式，施工与采购团队提前介入设计阶段进行优化，实现项目的统筹规划和协同运作。基于BIM的设计施工一体化有效的降低了施工过程中的不确定性。

2、基于BIM技术的高抗震性快装钢结构体系（SCBB-SCD）深化设计

与同济大学开展产学研合作，创新研发出钢框架—自复位耗能中心支撑体系，整体刚度大，抗侧力能力强，标准层有效面积占比达91.6%。构件采用钢管混凝土柱、窄翼缘H形梁，楼板采用压型金属钢筋桁架板。梁柱节点采用栓焊连接，局部设计采用了适用于闭口截面柱的高预紧力单边锁紧螺栓，首次在省内实现了框架节点全装配、免焊接；与同济大学合作研发的高强钢环簧自复位耗能阻尼器首次在国内建筑上使用，可根据层间变形订制伸长率，实现八度地震与风载作用下结构自复位、消震减能的效果，阻尼器终身免更换；开展钢构件防腐技术研发，提高部品部件防腐时效。

3、基于BIM技术的数字化加工

应用TEKLA软件创建三维模型，开发专用参数化节点，化零为整，以统一标准进行深化表达；生成零件图后采用ProNest自动套料技术，并与数控等离子下料设备直接对接，降低了排版人员的工作量，提高了零件下料精度，降低异形构件的损耗，实现精准下料。

4、基于BIM技术的设备机房泵组模块化、管井立管模块化、管井分集水器整体式模块化、走廊全管段设计预制施工技术、预制角钢及C型钢综合支吊架深化、金属风管非标准件及异形件预制技术，实现了机电管线全装配技术。

BIM组织与应用环境

【技术目标】

通过应用BIM技术解决“正负零处钢结构与钢筋绑扎”技术难题；通过深化设计、施工工艺模拟、施工组织优化、有限元分析优化施工过程，提高技术管理水平，保证复杂工艺、技术落地。

【进度管理目标】

通过对项目总体进度的总体把握，对项目交叉、并行工作任务进行三维可视化施工进度模拟及信息协同。辅助项目进度的分析与优化。

【质量管理目标】

通过BIM模型辅助图纸质量把控，提前发现图纸问题，减少现场的修改及返工，提高工程质量。利用BIM模型对现场进行技术交底，提高工程质量的预判及监督能力。施工过程通过对桥梁实体与模型比对，控制施工质量。

【科技创新目标】

通过BIM与工厂化预制加工结合，实现建模-深化-制作-安装流水线施工。BIM+三维扫描的应用研究。探索BIM价值点的应用。进行成果总结并进行推广应用。

【团队组织】

【软硬件环境】

1、BIM应用软件

2、硬件配置

【建模标准依据】

山西四建集团建筑信息模型实施方案-晋四建函[2015]96号；《建筑信息模型应用统一标准》GB/T 51212-2016；《建筑信息模型施工应用标准》GB/T 51235-2017；上海市建筑信息模型技术应用指南；湖南省建筑信息模型施工应用指南；安徽省建筑信息模型（BIM）技术应用指南。

【应用策略】

1、在实施中，所有参与单位人员统一由总包负责，提供食宿、办公场所，设立了单独的BIM技术办公室，硬件由各参与单位解决。

2、本工程的结构体系由山西四建与同济大学共同研发合作，钢框架—自复位耗能中心支撑体系，整体刚度大，抗侧力能力强，标准层有效面积较常规框架混凝土结构提高5%。

BIM应用

【建模】

传统施工中对图纸的核查、实施都是点对点进行沟通，各专业没有系统、整体性把握。存在专业之间施工矛盾。那么通过建立统一的模型就可以共用一模进行协同办公。

【基于BIM技术的图纸会审、碰撞检测】

根据原设计图纸建立初步模型，各专业进行碰撞，截止目前土建与钢结构碰撞问题257条，土建与机电碰撞问题213条；建模过程共发现：土建26条、机电图纸问题22条，钢结构问题14条。与设计院共同组织多次三方会审，综合建筑、结构、机电对BIM模型协调、优化。

【基于BIM技术的土方开挖模拟】

本工程基坑标高层次多，交错复杂，放线难度大。基于BIM模型，优化工序，模拟土方开挖，精准坐标定位，实现可视化交底，指导性强、加快施工进度。现场管理人员可直接按照优化的模型定位点进行放线，与大面积开挖或按照图纸开挖节约工期20天。

【基于BIM技术的复杂节点优化】

本工程主楼负一层采用劲型钢柱，梁柱节点型钢与钢筋排布复杂，施工难度大。传统此类绑扎都是按照图纸正常绑扎，那么在节点处就存在钢筋如何绕过型钢、如何穿过型钢的问题，通过优化BIM模型并模拟绑扎，优化施工流程，直观指导施工，达到节省工期、节约成本的目的。

【基于BIM技术的管线综合】

通过对管线的综合优化调整，调整了200处。人工费成本降低5%，材料费成本降低10%。节省工期15%。预计总经济效益约12000元。利用BIM排布合理，降低了施工难度，可避免后期管道翻弯，提升管线标高，大大节约了使用空间。

【基于BIM技术的数字化加工】

创新做法：应用TEKLA软件创建三维模型，开发专用参数化节点，化零为整，以统一标准进行深化表达；生成零件图后采用ProNest自动套料技术，并与数控等离子下料设备直接对接，降低了排版人员的工作量，提高了零件下料精度，降低异形构件的损耗，实现精准下料。

在组装阶段，对组装完成的钢构件及装配部件进行单构件精度模拟分析，应用搭载IN-CHECK检测系统的高精度全站仪，扫描钢构件各连接点的坐标数据，在IN—ANALY系统中进行精度拟合，分析得出焊接间隙，提高构件组装精度；构件出厂前，应用IN—ASSEM多精度虚拟预拼装软件进行楼层构件的虚拟校核，可有效提高结构整体装配精度。

【BIM技术的围护墙、内隔墙装配化】

借助BIM模型，对ALC加气混凝土板条墙进行深化设计，现场无废料、零损耗，按规格提取工程量，规格尺寸自动套料，实现工厂化定制加工，现场干法拼装，实现了快速施工，较传统砌砖节约工期66天。

【基于BIM技术的管井立管模块化施工技术】

该工艺整体施工流程可分为:模具设计→受力计算→预制加工→预拼装组对单元节→现场组装。

应用效果

1、在实施过程中，各参建方利用BIM技术在可视、协调、模拟方面的优势，有效提高深化设计的质量和效率，累计发现问题500余项，大量减少了可能发生的拆改和返工，据初步统计，现场变更数量较同类工程降低70%～80%，节省工期35天，减少成本损失700万元。

2、通过本工作BIM技术的落地实施应用，总结形成了一套较为完善的BIM技术落地实施路径，编写BIM实施策划、各专业建模标准、BIM应用实施方案、BIM深化设计指南、平台应用指南等，在此基础上形成一套可复制的BIM应用体系。

3、根据本工作的BIM应用实施经验，完善了公司BIM管理制度，包括但不限于：BIM技术人才培养办法、企业级BIM应用标准建设、BIM5D试点管理办法、BIM考核办法等。

4、项目创建和积累参数化构件56种，丰富了公司BIM资源库。公司将各个项目收集的族文件整理为企业级BIM族库，共计289个，大大减少了今后项目建模所需时间。

总结

【推广价值】

本项目针对山西基因诊断及药物研发基地项目施工技术开展BIM技术研究与应用，本项目应用总结的13项新技术，成功应用到了12个项目。涉及钢结构专业技术6个项目，机电专业新技术应用6个项目，土建专业应用3个项目，在推广应用期间效果良好。

【经验教训】

1、BIM复合性人才短缺，BIM技术主要的功能是在全专业基于模型的协调性，这就需要BIM的管理者有一定的各专业基础知识，又要具备一定的施工经验，还要对各种BIM相关软件熟悉，这样才能统筹协调各专业的冲突，发挥BIM协调性的最大作用。

2、采用BIM技术后，需要根据新的工作流程重新对项目上各相关岗位、管理层之间的职责进行梳理，形成新的分工。传统的工作模式已经不适用采用于BIM技术后的工作模式，改变传统工作模式，让BIM技术真正与每个人的工作相融合，提升项目管理人员的个人技术能力。

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