摘 要：以景山学校通州校区工程为依托，应用BIM技术对实验楼进行复杂节点及构件可视化模拟，扫除施工障碍。指导材料采购及工厂加工，实现图纸自动化生成与更新、同时模拟复杂结构施工过程，实现了加工生产实时信息交互，为工程建设提质增效。
关键词：钢结构；异型；圆环桁架；建筑信息模型
1 工程概况
景山学校通州校区规模较大，是建国以来东西城新建的单体规模最大的学校，工程采用钢结构装配式安装。实验楼为直径47m的圆环钢桁架结构（见图1），本单体位于小学部、初中部和图书馆三楼之间，桁架上弦顶标高为13.75m，下弦顶标高为8.45m，最大跨度40.7m，最大吊装重量40.12t。桁架由主桁架、内环桁架、外环桁架及连接钢梁组成，主、次梁为箱型构件、H型构件，采用栓焊刚接、最大焊接板厚为44mm，总体采用桁架下方设置支撑柱进行原位拼装的施工方法，完成754件构件吊装，用钢量1401t。
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图1 实验楼效果图及三维模型
2 工程难点
（1）工期紧、任务重
作为民生工程实验楼图纸不全，并且要在2020年交付甲方，施工难度大、任务重。
（2）结构复杂，安装难度大
实验楼结构形式复杂，节点多。圆环桁架构件的制作、定位安装等是工程中的难点。
（3）信息交叉多，协调难度大
设计与施工、总包与分包、现场与工厂等的信息交换和沟通难度大，加大了工程管理与协调难度。
（4）质量标准高
该工程的质量目标为“中国钢结构金奖”，创“中国建设工程鲁班奖”。工程在北京市150项重点工程中位列第七，也是副中心115项重点项目之一，受到市区各级政府高度重视。
（5）环保要求高
工程绿色施工目标为绿色建筑二星级建筑、创北京市绿色施工示范工程。施工中产生的扬尘、光污染、噪声污染等加大了环境保护的难度。
以上难点使得工程管理难度进一步提高，严重制约学校建设的进度。基于BIM信息技术在钢结构工程中的强大优势，针对工程难点进行综合应用，促进了协同作业和精准施工，从而既能保证项目质量和安全，又能确保工程顺利移交。
3 BIM技术在异型多边圆环桁架预制加工中的综合应用
3.1建立整体三维模型
传统工作模式中的二维表达取决于施工人员对平面图纸的转换能力，而应用BIM技术能够对大型复杂的钢结构构件进行信息模型处理和参数化分析，更直观更高效。利用Tekla Structure软件对结构进行三维建模，准确掌握各构件的位置关系、连接方式等，把各构件的工程信息都建立到BIM模型中（见图1），如圆环桁架结构的组成构件、构件螺栓孔孔径、构件材质、零构件BIM编号、筛选条件等信息参数。空间状态下从局部到整体，工程所有的参数信息在模型中一目了然。如遇设计变更时，相关参数变动的同时模型也会随之自动匹配，方便了设计优化、方案调整、安装施工以及后期的运营维护。
3.2建立复杂节点构件模拟
该工程复杂节点较为突出的是实验楼的圆环桁架结构，呈三角形的主桁与三根约40t钢柱进行连接，连接钢梁从下到上连接。传统的平面工作模式难以精确地完成如此复杂的施工，利用BIM技术进行三维模拟（见图2），既可助管理人员了解复杂结构的空间形态，又可为施工安装提供技术支持。此外，BIM提供了各连接节点的详细模型，相应信息族块更具体，将其真实地反映在模型中。其次对需要进行有限元分析的复杂的整体拼接构件或节点，可以将其单独导出使用，从而避免繁琐的有限元二次建模。
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图2 复杂节点及构件模拟
3.3图纸的便捷输出
出图是工程中比较繁琐耗时的一项内容，传统的出图方式一旦遇到大量修改及设计变更时需耗费较长的时间来重新绘图或改图。BIM技术的应用是模型先行，本工程实验楼在Tekla BIMsight平台中随着三维BIM的完善而自动生成图纸（见图3），工作人员简单调试图面即可。本工程实验楼模型共计输出428张构件图、15张施工图纸。遇到需要结构调整时，图纸随着模型的修缮而自动更新，更新的图纸与图面显示更改信息，使得图纸的检查和修正更具针对性。
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图3 图纸生成示意图及材料信息清单
3.4工程量统计及提料加工
在工程异形结构形式中采用传统的算量方法不仅耗时颇多且并不准确。通过在BIM中直接以报表的形式生成项目工程量统计表，参数化模型能保证统计表与模型量之间的高度统一；同时在不同筛选条件下分批分类地提料，极大方便造价预算工作并提高了准确性。材料的用量及构件形式、尺寸、质量等参数化信息都以报表的形式输出（见图3），相比于传统的统计方式更捷高效。
工厂加工经过信息模型使得加工难度降低，同时利用计算机数控技术与BIM进行数据链接，利用Tekla Structure的板材套料功能指导加工，既减少了误差和错误率,又实现了智能化管理，提高了效率与收益。
3.5施工模拟
通过施工模拟审核技术路线的可行性，分析关键节点措施，完善施工方案，保证效率与安全。其包括施工过程的三维模拟及施工进度的四维模拟控制。例如在BIM中对圆环桁架结构进行模拟安装（见图6），逐步进行主桁架、内环桁架、外环桁架及连接钢梁的安装。在安装前模拟坐标标识，为实际安装做好准备，解决传统方式中难以发现及预控的难题。按进度计划控制关键时间节点，对整个工程进度管理和控制，即形成施工进度的四维模拟。
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图4 圆环桁架安装过程模拟
结 语：
景山学校通州校区工程运用了BIM技术在钢结构领域的特性与优势，过程中不但降低了异型圆环桁架深化设计和加工难度，而且通过数字化增强了加工准确性与便捷度，同时缩减了图纸更新和调整时间，且保证了预算量和实际量的准确性。既提高了工程的整体工作效率，又避免了因结构布置不当而引起的现场返工，最终保证了工期且节约了成本。
参考文献：
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