BⅠM在預應力密肋空心樓蓋的碰撞研究

邱建忠，祖曉東

（1.中交第二航務工程局有限公司，武漢 430000；2.中交二航局第三工程有限公司，江蘇 鎮江 212000）

隨著我國建筑業的發展，預應力混凝土技術被愈來愈廣泛地應用。預應力混凝土是采用預應力鋼筋在混凝土結構受荷前施加一定應力。利用預應力鋼筋具有一定的彈性回縮能力來使混凝土性能得到提高，材料的性能可以得到充分發揮，促使結構在荷載作用時達到最優狀態。由于施工工序少、施工快速、可減少建筑結構柱、增大跨度、提高使用空間及減輕結構自重等優點，不僅在大跨度建筑結構上，在高層建筑及一些功能建筑中也采用預應力混凝土技術[1]。現代建筑對自重、空間和層高、間隔及抗震性能等要求更多元化，單一的樓蓋體系已經不能滿足需要，各種新型的樓蓋體系應運而生[2]。其中密肋樓蓋適用于對跨度大及梁高要求較高的情況，密肋樓蓋主要組成內容包括現澆頂板、底板及現澆橫縱肋梁、暗梁等。

建筑結構受到的水平力需要有相應構件進行傳遞及抵抗，樓蓋作為水平受力構件，在沒有支撐結構柱支撐的時候，鋼筋混凝土結構的抗拉能力較弱，通過在梁內設置預應力筋，在一定程度上提高鋼筋混凝土的抗拉力和承載力，保證鋼筋混凝土結構的穩定性。在預應力混凝土樓板蓋施工過程中，預應力筋的施工是一個比較復雜的過程，特別對于大跨度密肋樓蓋結構，肋梁寬度小而且布置空心箱鋼筋密集并且橫、縱2個方向均布設預應力筋，不同方向預應力鋼筋及鋼筋骨架之間相互交錯，施工中定位困難如果發生定位偏差，返工困難從而影響整個工期，增加成本。

由此可見，對于密肋樓蓋中預應力筋位置精準度的要求，無疑對施工控制提出了更大的挑戰。為此，本文以寶清縣文化創意中心項目為背景，對樓蓋的預應力筋精準布置進行研究。通過在施工前期創建整體模型及預應力鋼筋模型進行分析，精準模擬設計圖中預應力鋼筋位置，分析橫、縱梁之間交叉點位置預應力鋼筋碰撞情況，進一步提出解決方案，保證現場施工精準度。

1 工程概況

寶清縣文化創意中心項目位于黑龍江省雙鴨山市寶清縣，主要包含報告廳、文化館及圖書館、博物館和消防泵房4個部分。其中報告廳采用的現澆預應力混凝土密肋空心樓蓋體系。如圖1所示，該雙向密肋樓蓋厚度為1.5 m，部分區域為1.0 m，其中底板厚0.7 m，頂板厚0.8 m，平面尺寸為31.2 m×34.2 m，如圖2所示，設置橫、縱共5道有粘結預應力暗梁，在橫、縱向肋梁下部設置2根設置預應力鋼筋，預應力鋼筋采用直徑為15.2 mm的低松弛鋼絞線，施工中在兩端進行張拉。填充箱采用鋼質空心箱，箱體平面尺寸為0.6 m×0.6 m、0.6 m×0.3 m 2種規格。

圖1 空心樓蓋標準斷面圖

圖2 預應力鋼筋立面布置圖（單位：m）

2 BⅠM模型建立

基于Revit軟件，建立建筑精細化模型包括混凝土結構、鋼筋、預應力鋼筋等，BⅠM精細化模型能夠精確建立鋼筋及預應力鋼束布置位置，并對鋼筋進行碰撞檢查，避免施工過程中發生位置沖突[3-4]。

2.1 主體結構模型建立

主體結構模型搭設主要步驟為：①根據設計圖建立軸網及標高線，然后把整理好的CAD文件導入軟件，導入CAD時需注意與軸網單位是否一致；②選擇合適的族樣板，創建不同族文件；③創建構件族的實體形狀；④設置族的尺寸、約束、材質等參數；⑤逐步建立各種構件族并形成族庫；⑥選擇建筑項目樣板，創建建筑項目文件；⑦載入族構件，創建族模型；⑧根據軸網精準定位，放置族實例，完成主體結構模型的創建。主體結構三維模型如圖3所示。

圖3 主體結構三維模型

2.2 鋼筋模型建立

Revit對于梁、板、柱與墻這一類結構構件，可以對其進行鋼筋模型的繪制。鋼筋繪制主要步驟為：①繪制剖面視圖；②選擇結構中鋼筋面板的“鋼筋”按鈕；③在剖面圖中對鋼筋路徑進行繪制。鋼筋三維模型如圖4所示。

圖4 鋼筋三維模型

2.3 預應力鋼筋模型建立

該項目施工體量大，雙向均布預應力筋錯綜復雜，在施工前期對預應力筋的排布進行合理的設計、規劃。通過BⅠM技術所構建的預應力筋模型內包含了預應力的尺寸、長度等信息參數，基于BⅠM技術的整個模型構建過程就是一個參數化設計過程，對模型內的基本單元參數進行調整完成對模型的構件的修改，對設計方案進行驗證、修改。預應力鋼筋模型建立主要步驟為：提取報告廳作為關鍵區域，創建預應力鋼筋族，載入項目中進行放置。預應力鋼筋三維模型如圖5所示。

圖5 預應力鋼筋三維模型

3 BⅠM技術應用

通過應用BⅠM技術增強協同設計、凈高碰撞檢查、鋼筋碰撞檢查、空間優化、可視化設計及交底、自動審圖等途徑，BⅠM碰撞檢查技術可排除約90%的圖紙錯誤，減少超過60%的返工，降低超過10%合同價款額。相比傳統2D碰撞審查，其排誤率及審圖效率均有很大提高，從而降低因碰撞造成的成本增加[5-6]。

3.1 碰撞檢測

傳統碰撞檢測需要在2D圖紙中進行，需要由不同專業人員同時在場的情況下進行討論檢查。采用傳統碰撞檢測有3種弊端：①檢測速度慢；②容易出現錯漏；③將2D圖紙在腦海中形成三維模型過于抽象，檢測結果的準確度得不到保證[7]。BⅠM技術不但可以實現三維可視化，而且隨著軟件的不斷發展更新換代目前大部分BⅠM軟件還具有碰撞檢測功能，通過三維可視化更直接地給出碰撞點位置及碰撞相關數據，并可以一鍵生成報告。本文選用Navisworks軟件及CATⅠA軟件2種軟件分別進行碰撞分析。

3.1.1 利用CATⅠA軟件進行碰撞檢測分析

通常BⅠM軟件進行碰撞檢測僅僅考慮物體與物體之間是否發生碰撞，CATⅠA軟件可以選擇3種模式進行碰撞分析：①接觸+碰撞：用于檢查物體之間是否占用相同空間及是否接觸；②間隙+接觸+碰撞：除了檢查物體之間是否占用相同空間及是否接觸之外，還可以檢查物體之間間距是否小于定義間隙；③授權穿透：可以自由設定區域，區域內即使發生碰撞也不予考慮。CATⅠA的碰撞檢測步驟：將預應力鋼筋的Revit模型導入CATⅠA中并分割成若干單元，通過軟件碰撞功能逐一單元進行碰撞分析，采集碰撞數據并得出結果（圖6）。

圖6 CATⅠA碰撞分析結果

3.1.2 利用Navisworks軟件進行碰撞檢測分析

Navisworks軟件的碰撞檢測具有以下幾個特點：①可以由用戶根據自身需要，選擇任意2個不同的模型進行碰撞檢測。②對于一個復雜模型，可以根據需求建立多個測試條件。保存這些測試條件，當用戶更改模型時，可以繼續使用這些測試條件而不用再次建立測試條件。③多種規則：在碰撞檢測中，有一些碰撞是可以忽略的，即用戶認為是可以接受的一些碰撞。Navisworks也為用戶提供了這些規則，方便用戶在進行碰撞檢測前可以選擇將這些規則忽略掉。用戶也可以根據自身需要來制定一些規則。④可以輸出HTML、作為視點、XTL、正文的4種格式的測試報告來滿足用戶需求。⑤返回到原設計軟件：在原設計軟件中安裝Navisworks軟件的插件，用Navisworks打開該軟件模型并做碰撞檢測發現碰撞時，可以通過插件，直接點選Navisworks中的碰撞點就能返回原設計軟件模型的碰撞位置。

Navisworks的碰撞檢測步驟：將預應力鋼筋的Revit模型導入并存為對應格式文件—選定檢測目標設定檢測條件—運行檢測—生成報告—輸出報告—修改模型。分析結果如圖7所示。

圖7 Navisworks碰撞分析結果

3.2 碰撞結果分析

通過碰撞CATⅠA軟件分析預應力鋼筋碰撞情況，得出預應力筋碰撞點共29處，碰撞值最小值為2.61 mm，最大值為91.97 mm。CATⅠA碰撞分析報告如圖8所示。

圖8 CATⅠA碰撞分析報告（截圖）

通過碰撞Navisworks分析，得出預應力筋碰撞點共29處，碰撞值最小值為2.63 mm，最大值為92.15 mm。Navisworks碰撞分析報告如圖9所示。

圖9 Navisworks碰撞分析報告

通過對比2種BⅠM軟件碰撞分析的結果，不難發現預應力筋碰撞點個數相同、碰撞值略有不同。不論采用哪種軟件都可以根據不同位置的碰撞數值，整理報告提供出合理化的優化調整建議，從而形成一套具有及時性、準確性的BⅠM仿真分析應用體系。

4 結論

本文以寶清縣文化創意中心項目為研究對象，通過使用BⅠM技術將建筑結構完整搭建，建立密肋空心樓蓋精準模型，對結構的鋼筋與預應力鋼筋之間進行碰撞檢查，出具詳細碰撞報告、鋼筋優化報告，通過研究得出以下結論。

（1）通過采用BⅠM軟件進行碰撞分析，可以快速、準確地調整結構設計及施工方案。對比傳統檢查碰撞方式，采用BⅠM技術進行碰撞分析提高了工作效率及準確度，大大減少了返工率，節省成本。

（2）對于密肋樓蓋中鋼筋排布密集還設有雙向預應力鋼筋時，以三維模型取代CAD平面圖紙，可以更加清晰、準確地指導加工，結合預應力筋排布模型，并整理出預應力筋排布報告，現場施工人員以便得到更直觀的了解。

（3）采用不同BⅠM軟件對碰撞的分析結果會有細小差別，但是碰撞點數量及碰撞位置基本一致，由此得出采用單一軟件進行分析得出的數據即可以指導施工。CATⅠA軟件碰撞檢測的優勢為對于在密集鋼筋骨架中設置橫、縱向預應力筋不僅僅單純模擬碰撞還可以對鋼筋間隙進行精準調整，便于現場施工控制。Navisworks軟件碰撞檢測的優勢為可以自動生成報告方便快捷。