BIM 技術(shù)在大跨度鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究

吳威濱

（中建四局第六建筑工程有限公司，安徽 合肥 230001）

近年來，上海新博覽中心、上海南站、南京奧體中心等一大批大跨度鋼結(jié)構(gòu)項目建成，大跨度鋼結(jié)構(gòu)在我國進入了一個蓬勃發(fā)展的時期。鋼結(jié)構(gòu)工程的特點在于設(shè)計施工一體化，在建設(shè)中面臨以下幾個難點：（1）制造工藝及連接節(jié)點復(fù)雜，深化設(shè)計出現(xiàn)誤差概率大；（2）鋼結(jié)構(gòu)2d 圖紙信息傳遞損失；（3）現(xiàn)場安裝管理不確定因素多，現(xiàn)場施工方案復(fù)雜。本文以某大跨度鋼結(jié)構(gòu)體育館屋蓋網(wǎng)架系統(tǒng)為例，通過建立該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的BIM 三維模型，針對復(fù)雜節(jié)點連接、構(gòu)件碰撞檢測、預(yù)知構(gòu)件清單管理和現(xiàn)場施工管理等方面進行了三維可視化模擬，對BIM 技術(shù)在大跨度鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用進行了初步探索。

1 工程應(yīng)用

1.1 工程概況

本文研究對象大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋網(wǎng)架，網(wǎng)架高度為6m，面積為10866.24 ㎡，由12 榀縱向桁架和14 榀橫向桁架組成。其中縱向桁架包含五種類型，桁架高度為6m，跨度為117.6m。橫向桁架包含七種類型，桁架高度為6m，跨度為92.4m。

1.2 模型建立

本項目采用Autodesk Revit 2014 軟件進數(shù)據(jù)化建模。本項目研究對象具有工程體量大、構(gòu)件類型多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，根據(jù)圖紙?zhí)攸c并結(jié)合建模軟件分析，制定建模方案：（1）創(chuàng)建各細部構(gòu)件族庫；（2）對各類型桁架進行成榀組裝；（3）建立項目所需軸網(wǎng)，進行整體組裝。

在BIM 建模過程中總結(jié)出設(shè)計技巧：（1）為方便管理，創(chuàng)建項目樣板時，規(guī)定各類必要參數(shù)的設(shè)定，并規(guī)范命名；（2）創(chuàng)建構(gòu)件族時，設(shè)立精準參照線及視圖的各項參數(shù)，保證構(gòu)件族的專業(yè)性和準確性，提高設(shè)計效率。

基于BIM 技術(shù)實踐研究，對某大跨度鋼結(jié)構(gòu)體育館屋蓋網(wǎng)架系統(tǒng)進行精細化建模。為項目后繼節(jié)點模型和模型碰撞研究確立了技術(shù)基礎(chǔ)。Revit 屋蓋網(wǎng)架模型如圖1。

1.3 節(jié)點連接模擬

圖1 Revit 屋蓋網(wǎng)架模型

鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點連接是鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計施工難點，對整體結(jié)構(gòu)安全起著至關(guān)重要的作用，因此，必須保證節(jié)點連接的可靠性與精確性。對于大型鋼結(jié)構(gòu)而言，其節(jié)點連接形式復(fù)雜多樣，桿件交叉連接較多，傳統(tǒng)二維設(shè)計圖紙節(jié)點詳圖信息有缺失，給工廠加工制造以及現(xiàn)場安裝帶來了困難。通過建立BIM 三維節(jié)點模型，能有效解決這一難題。

以吊頂與桁架下弦連接點為例，進行節(jié)點連接模擬。創(chuàng)建好的節(jié)點模型導(dǎo)入Autodesd Navisworks Manage 2014 軟件當中，運用Timeliner 功能對節(jié)點4d管理，從而實現(xiàn)節(jié)點的施工模擬過程。通過BIM 模型建立鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點模型，可以提高圖紙的可視化與模擬性，有助于構(gòu)件生產(chǎn)方對構(gòu)件的理解，通過節(jié)點連接的模擬，也可以輔助施工人員正確的安裝構(gòu)件、組裝節(jié)點。節(jié)點的施工模擬圖如圖2。

圖2 節(jié)點的施工模擬

1.4 構(gòu)件碰撞檢測

大跨度鋼結(jié)構(gòu)工程中，由于涉及構(gòu)件眾多，同類型不同尺寸的構(gòu)件多達千種以上，其設(shè)計、生產(chǎn)、施工需要嚴格按照尺寸要求、位置要求進行生產(chǎn)和安裝。運用BIM 技術(shù)，將創(chuàng)建好的模型導(dǎo)入Autodesd Navisworks Manage2014 中，運用Clash Detective 功能，對模型進行碰撞校險檢查，查找各項碰撞列表，通過應(yīng)用BIM 技術(shù)進行碰撞校驗?zāi)苤庇^地發(fā)現(xiàn)圖紙中的錯誤，包括與尺寸相關(guān)的錯誤、與位置關(guān)系有關(guān)的錯誤、與標高有關(guān)的錯誤及與管道有關(guān)的錯誤。通過碰撞檢查能更為直觀、更為快速、更為全面地發(fā)現(xiàn)模型的錯誤，減少人工手動檢所造成的紕漏，并且應(yīng)用BIM 技術(shù)完成碰撞測試之后，能自動生成文本、html 格式的報告。通過三維模型的創(chuàng)建和碰撞分析，能及早地預(yù)測和發(fā)現(xiàn)大跨鋼結(jié)構(gòu)中的錯誤，避免因錯誤而帶來巨額的損失。Revit 碰撞檢驗渲染圖如圖3。

1.5 預(yù)制構(gòu)件清單管理

圖3 Revit 碰撞檢驗渲染圖

大跨度鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件種類繁多，生產(chǎn)構(gòu)件的生產(chǎn)商能否及時掌握構(gòu)件的類型和尺寸，設(shè)計方能否提供構(gòu)件的精確度和數(shù)量的準確性，直接影響工程的質(zhì)量和工期。所以大跨度鋼結(jié)構(gòu)的清單管理尤為重要。基于BIM 模型進行清單管理，能夠及時獲取項目所需要的構(gòu)件清單，通過對應(yīng)的尺寸資料能確保構(gòu)件生產(chǎn)的準確性，為順利施工提供保障。

1.6 施工模擬

大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工由于各種不確定的因素，實際施工情況一般很難跟施工計劃保持一致。運用BIM 技術(shù)，將整體桁架系統(tǒng)模型導(dǎo)入Autodesd Navisworks Manag 2014 使用Timeliner，進行4D 施工模擬，可清晰地反映施工過程和施工進度，從而對項目糾偏提供技術(shù)支撐。

應(yīng)用BIM 技術(shù)進行施工模擬，主要體現(xiàn)在三個方面：（1）對施工環(huán)境進行模擬，使整個模擬環(huán)境更為真實；（2）引進時間維度，可以對建筑結(jié)構(gòu)的整個施工進行可視化模擬與分析，對工序進行定義，實時調(diào)整進度，制定施工計劃；（3）可優(yōu)化施工方案。管理者通過可以依據(jù)不同時間間段了解施工進度，可觀察不同時段的工程結(jié)構(gòu)的施工進展和某一構(gòu)件的詳細施工狀況，制定多種施工方案，對多種方案的可施性進行比較，為施工方案的優(yōu)化提供支持。Revit 施工模擬圖如圖4。

圖4 Revit 施工模擬

2 結(jié)語

本文以某大跨度鋼結(jié)構(gòu)體育館屋蓋系統(tǒng)為例，利用BIM 技術(shù)對結(jié)構(gòu)進行三維建模，并運用其三維可視化特點實現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)的節(jié)點連接模擬、構(gòu)件碰撞檢測以及施工模擬。結(jié)果表明：（1）通過BIM 模型能有效發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)碰撞點，及時調(diào)整設(shè)計，提高施工效率；（2）利用BIM 技術(shù)對工程的復(fù)雜節(jié)點進行三維可視化交底，并進行施工模擬，指導(dǎo)現(xiàn)場施工；（3）BIM 技術(shù)能對工程預(yù)制構(gòu)件清單提供有效計算和管理；（4）應(yīng)用BIM 技術(shù)對施工現(xiàn)場的進行模擬管理，為項目管理中心提供管理決策。