基于BIM的水工预制构件标准化施工方法与流程

本发明涉及水工领域，尤其涉及一种基于BIM的水工预制构件标准化施工方法。

背景技术：

目前，水工建筑中应用有大量的预制构件，如工字型块体、四角空心方块、栅栏板、扭王块、三柱体、铁砧体、四角锥体、六角锥体、螺母块、透空式六面体等，这些构件往往在某一水工项目中同时使用而且数量众多，少则几千件多则几万件，一般在拟建工程附近建立临时或固定预制场进行预制。

传统施工中构件数量难以在项目实施前进行精确计算。水工预制构件一般用于工程后期，考虑构件养护周期及现场使用时的施工强度，构件需在预制场地大量堆存，构件生产转堆工作量大，尤其对拥有较小场地的预制场提出了相当高的库存管理难度。也使预制场建立之初就需对各功能区划，生产模拟，转堆效率，堆存能力进行统筹的安排。传统的场地平面布置不能充分反映生产实际情况。

如此多数量的构件需自始至终注意保证每件质量，施工管理难度大。

某些水工构件的三维形态比较复杂，模板的加工难度较大，细部尺寸难以控制，精度较低。某些水工构件的摆放形式复杂，难以用传统的二维图纸进行表达。各工程由于波浪、水深条件不同，即便同一工程，还由于使用部位不同，其所用块体的种类和规格不尽相同，尤其是在两种不同规格的构件过渡部位，无法画出精确的施工图纸，给施工现场的管理及质量要求带来诸多的困难。

技术实现要素：

为了解决以上提到的问题，本发明提供了一种基于BIM的水工预制构件标准化施工方法，包括如下步骤：

S1：利用BIM建模工具进行三维参数化模型的建模，进而据此实施三维图纸的设计；

S2：按照构件的不同将项目单元划分归类；

S3：在具体工程三维模型中布置相应的构件；

S4：基于步骤S3布置后的情况，导出得到构件的排版图、明细表及控制参数，并统计有构件的工程量；所述明细表中至少记录有步骤S2所划分的项目单元的类别；

S5：根据步骤S4统计的工程量以及生产需求，对预制场场地进行BIM建模，并基于此指导预制场的基建；

S6：导出所述三维参数化模型，从而针对构件进行具体的三维设计和结构运算；

S7：利用步骤S5所建模型，模拟构件预制的现场作业的各个阶段；

S8：根据步骤S6三维设计和结构运算的结果、步骤S7模拟的各个阶段，以及步骤S4确立的排版图、明细表和控制参数，实施现场的构件预制；

S9：对构件预制植入包含可追溯的构件的预制质量信息的芯片；

S10：完成构件的预制后，对构件进行吊安施工。

可选的，在所述步骤S3中，还包括对布置的情况进行审核优化的过程。

可选的，在所述步骤S1和S5中，利用REVIT软件进行建模。

可选的，在所述步骤S5中，对预制场进行BIM建模时：

根据生产需求，对预制场关键设备的建模；

根据工程量和生产需求，进行预制场生产功能区域的分布以及构件堆场的建模。

可选的，所述关键设备至少包括起重设备、运输设备、搅拌站；所述的生产功能区域至少包括了原材料堆场、搅拌区域、钢筋加工区域、模板加工区域、生产线和运输道路。

可选的，在所述步骤S5中，通过BIM建模，演示预制场地基建流程及详细节点，并生成预制场基建工程量清单及其基建计划，进而指导预制场的基建工作。

可选的，在所述步骤S7中，包括：通过对现场作业的各个阶段的模拟，对各阶段中工序作业进行碰撞检查。

可选的，在所述步骤S7中，包括：通过对现场作业的各个阶段的模拟，计算构件在预制过程中的用料计划，进而：

在所述步骤S8中，根据用料计划所确定的构件预制成本计划进行构件预制的成本管理，并且据此进行库存管理。

可选的，在所述步骤S10后，还包括质量验收的过程。

本发明利用BIM技术，对项目进行建模，在三维模型中对各构件进行排版，并导出构件的排版图、明细表和相关控制参数等；根据使用计划对预制场场地基建进行三维模拟，尤其注重功能区划；进行构件生产各工序三维模拟及碰撞检查确保施工安全，构件在预制场根据明细表及相关控制参数进行预制并植入可追溯质量信息的芯片，在堆放场地分类集中堆放并运输至施工现场，根据构件排版图或三维模型，进行构件的吊安施工和质量验收。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：

1.快速进行构件工程量的精确计算，能根据工程实际情况，快速准确合理布置临时或固定预制场地，并指导基建施工。

2.可见即可得的生产过程模拟能快速地检查安全隐患，各工序的衔接更趋合理，提高生产效率。

3.可视化模型，有助于现场施工技术交底，降低施工组织难度，提高现场工作效率。

4.参数化控制构件模型大小利于模板设计制作，提高构件预制效率及精度。

5.项目信息自动生成，提高工程量计算精度，确保工程进度各阶段材料的准确供应，利于成本管控，质量芯片的植入保证各构件的质量可追溯性。

附图说明

图1是本发明一可选实施例中A型扭王字块构件的示意图；

图2是本发明一可选实施例中模拟A型扭王字块构件的示意图；

图3是本发明一可选实施例中栅栏板构件的示意图；

图4是本发明一可选实施例中六角螺母构件的示意图；

图5是本发明一可选实施例中空心块体构件的示意图。

具体实施方式

以下将结合图1至图5，对本发明提供的基于BIM的水工预制构件标准化施工方法进行详细的描述，其为本发明可选的实施例，可以认为，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。

请综合参考图1至图5，本发明提供了一种基于BIM的水工预制构件标准化施工方法，包括如下步骤：

S1：利用BIM建模工具进行三维参数化模型的建模，进而据此实施三维图纸的设计；

具体来说，可以在REVIT软件中创建构件的三维参数化模型，进一步来说，根据设计图纸创建项目构件的三维族库，在REVIT软件中创建构件的三维参数化实体模型，方便于控制构件的模型的大小及各细部尺寸。

进一步，可以将其区分为熟悉涉及图纸的过程和建立三维参数化模型，即构件BIM模型的过程：

熟悉设计图纸，可以确定项目中要应用的构件种类及规格，明确各构件的形状及相关各细部尺寸等相关信息，确定构件的安放形式。

构件BIM模型的建立，根据设计图纸，在REVIT软件中创建各构件的三维参数化模型，模型必须全面准确地反映构件的相关信息，形成项目独有的三维构件族库。如图1为A型扭王字块示意图，图3为栅栏板示意图，图4为六角螺母块示意图，图5为空心块体示意图。各族的命名要符合施工的要求，达到模型与项目的对应，方便于施工过程中的查看，指导施工。

在构件模型的创建过程中均将构件参数化，具体目的是要使模型可以整体缩放，便于某些没有预制过的构件信息的获取。如扭王字块，其形状比较复杂，在项目使用过程中一般用2吨或7吨等重量为整数的块体，通过构件参数化控制模型体积的变化，有助于获取到非整数重量体块的相关参数，大大提高了这类构件的预制效率及精度。如下表为扭王字块、六角螺母块和空心块的各项参数。确定项目中要应用的构件种类及规格，明确各构件的形状及相关各细部尺寸等相关信息，确定构件的安放形式。

S2：按照构件的不同将项目单元划分归类；便于掌握两种不同规格的构件过渡部位；

进一步具体的实施例中，根据整个项目模型，对应用相同构件的区域进行单元划分，并进行编号。相同单元不仅构件种类应相同，构件规格也应形同，构件的摆放形式也应相同，各项参数均形同的即可归为统一单元体。当某一相同构件大面积摆放的过程中，以关键桩号的位置来划分单元体，尽量将大面积摆放的区域分割为小的单元，便于工程量的划分统计，更便于掌握两种构件的过渡部位模型的摆放形式。

S3：在具体工程三维模型中布置相应的构件；在所述步骤S3中，还包括对布置的情况进行审核优化的过程。

进一步来说，在本发明可选的实施例中，在REVIT软件中进行构件的整体布置，在三维布置过程中实时检查相临构件的搭接情况，确保模型的精度达到一定水平，可以准确指导施工。如扭王字块的规则安放，先创建扭王字块摆放单元，并利用REVIT体量中分割表面并添加图案的功能将扭王字块的单元以一定的规律生成在其摆放区域，大大提高布置效率，如图2为扭王字块的规则安放形式，栅栏板及六角螺母块均可按照此方法快速完成布置。对于扭王字块的不规则安放及空心块体填筑堤心的情况，可以利用3Dmax重力学功能或其他软件模拟重力的功能，模拟出构件于一定高度抛下，随机降落在摆放区域的情况。

审核优化的过程可以理解为：在完成模型的布置后，应针对模型的布置情况进行校核，校核构件的布置是否满足设计的要求，在满足设计要求的前提下，针对特定区域对布置进行优化，如两种构件相接区域的搭接问题，减小模型中构件的重复等。

S4：基于步骤S3布置后的情况，导出得到构件的排版图、明细表及控制参数，并统计有构件的工程量；所述明细表中至少记录有步骤S2所划分的项目单元的类别；结合到具体实施例中，利用REVIT软件的自动成图功能，自动导出构件排版图及构件预制和施工明细表。

各构件的相关参数可参照下表理解：

有关构件排版图，在项目构件完成布置后，利用REVIT自动成图的功能，导出构件的排版图，也可以对项目中的某些特定区域或构件添加标记或注释说明后导出CAD格式的排版图。或利用BIM 360Glue及Fuzor Mobile等可在移动端设备上查看模型的软件直接利用ipad或手机查看模型，指导现场施工和技术交底。

有关构件明细表，对项目构件完成布置后，利用REVIT导出明细表的功能，可以选择某一区域或某几个区域导出构件明细表，统计构件工程量。

S5：根据步骤S4统计的工程量以及生产需求，对预制场场地进行BIM建模，并基于此指导预制场的基建，该方案可利于预制场地总平面的布置，其有益作用可以依据下文的具体建模的对象参照了解；在所述步骤S5中，利用REVIT软件进行建模。

本发明可选的实施例中，在所述步骤S5中，对预制场进行BIM建模时：

根据生产需求，对预制场关键设备的建模；所述关键设备至少包括起重设备、运输设备、搅拌站；所述的生产功能区域至少包括了原材料堆场、搅拌区域、钢筋加工区域、模板加工区域、生产线和运输道路。根据工程量和生产需求，进行预制场生产功能区域的分布以及构件堆场的建模。

可见，结合以上内容，可以理解为，利用REVIT软件创建预制场相关的关键设备的BIM模型，主要包括搅拌站、各类与生产有关的起重设备、运输设备，为场地基建模拟做准备。同时，根据预制构件工程量及现场使用进度要求进行预制场生产计划安排，并在BIM中进行生产工艺布局的模拟，包括功能区划(搅拌区、生产线、堆场等)，使其布置合理，进一步来说，其可以包括生产功能区域(原材料堆场、搅拌区域、钢筋加工区域、模板加工区域、生产线、运输道路)分布、构件堆场及大型机械设备。

本发明可选的实施例中，在所述步骤S5中，通过BIM建模，演示预制场地基建流程及详细节点，并生成预制场基建工程量清单及其基建计划，进而指导预制场的基建工作。可见，本发明通过BIM的过程模拟，演示预制场地基建流程及详细节点，并生成预制场基建工程量清单及基建计划，指导场地的基建工作。具体来说，模拟不同时段尤其是生产高峰时，构件生产、转堆、出运时场地各功能区的衔接，不断优化，减小场地使用面积降低基建投入，自动生产基建工程量。

S6：导出所述三维参数化模型，从而针对构件进行具体的三维设计和结构运算；进一步具体来说，利用在REVIT软件中创建的构件三维模型，导入UG软件中进行构件钢模板的三维设计及结构验算(有限元分析)计算工作，并自动生成制作模板使用材料量。

S7：利用步骤S5所建模型，模拟构件预制的现场作业的各个阶段；

在本发明可选的实施例中，在所述步骤S7中，包括：

通过对现场作业的各个阶段的模拟，对各阶段中工序作业进行碰撞检查。

通过对现场作业的各个阶段的模拟，计算构件在预制过程中的用料计划，进而：在所述步骤S8中，根据用料计划所确定的构件预制成本计划进行构件预制的成本管理，并且据此进行库存管理。

进一步具体来说，在BIM中模拟预制场各个阶段的现场作业情况，主要检验场地布置的合理性，通过各施工工序作业的碰撞检查，提高场地布置符合安全生产的要求；通过对生产高峰期堆场状态的模拟，更准确地了解预制场的库容能力，指导生产。

此外，根据BIM模型，计算构件在预制施工阶段的人工、材料、设备等的用量计划，根据用量计划自动生成成本计划。以此为依据进行材物料库存管理，指导采购，避免缺货或材料堆积。

S8：根据步骤S6三维设计和结构运算的结果、步骤S7模拟的各个阶段，以及步骤S4确立的排版图、明细表和控制参数，实施现场的构件预制；

综合步骤S6至S8，在实际作业中，构件的预制一律在预制构件厂中进行，按照项目构件明细表中的构件数量进行预制及材料采购，利用REVIT软件导出的控制参数确定构件模型的规格及各细部尺寸导入UG中进行模板的制作。植预制好的构件按编码在堆放场地分类集中堆放，便于构件的出运。通过BIM及构件生产计划自动生成与构件相关的人工、材料、设备计划，以此为依据进行成本管控。通过对预制施工各工序的模拟，检查工序衔接是否合理，通过可见即可得的三维视图检查在施工过程中是否有安全隐患。检查堆场在高峰期的库容状态，确定合理的构件倒运路线。

S9：对构件预制植入包含可追溯的构件的预制质量信息的芯片；可追溯构件生产信息的芯片在预制之前应对工人进行培训和交底，确保预制构件的质量达到设计的要求。

S10：完成构件的预制后，对构件进行吊安施工。

在具体实施过程中，水工构件的吊安一般采用吊机船或者某些水上部分采用汽车吊等进行吊安施工，受水上风浪条件影响，其施工危险程度大，质量难于控制。故在吊安施工前，利用CAD图纸或者三维模型以及相应的交底动画对工人进行交底，在施工过程中应先应用GPS等测量设备进行定位、放线，在等位或放线准确后严格按照布置排版图进行吊安施工，边施工边进行比对校核，确保施工质量。

在本发明可选的实施例中，在所述步骤S1O后，还包括质量验收的过程。进一步具体来说，在质量验收时，芯片可追溯性检查现场构件的吊安位置以及相关构件安放密度与三维模型中的布置情况是否一致，检查在相关构件连接部位是否满足设计及规范要求。

综上所述，本发明利用BIM技术，对项目进行建模，在三维模型中对各构件进行排版，并导出构件的排版图、明细表和相关控制参数等；根据使用计划对预制场场地基建进行三维模拟，尤其注重功能区划；进行构件生产各工序三维模拟及碰撞检查确保施工安全，构件在预制场根据明细表及相关控制参数进行预制并植入可追溯质量信息的芯片，在堆放场地分类集中堆放并运输至施工现场，根据构件排版图或三维模型，进行构件的吊安施工和质量验收。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：

1.快速进行构件工程量的精确计算，能根据工程实际情况，快速准确合理布置临时或固定预制场地，并指导基建施工。

2.可见即可得的生产过程模拟能快速地检查安全隐患，各工序的衔接更趋合理，提高生产效率。

3.可视化模型，有助于现场施工技术交底，降低施工组织难度，提高现场工作效率。

4.参数化控制构件模型大小利于模板设计制作，提高构件预制效率及精度。

5.项目信息自动生成，提高工程量计算精度，确保工程进度各阶段材料的准确供应，利于成本管控，质量芯片的植入保证各构件的质量可追溯性。