浙江东南网架股份有限公司 浙江 311209
摘要：现如今，我国是科技迅猛发展的新时期，针对BIM技术发展现状，结合现有钢结构空间网架建模技术的优缺点，提出关于空间网架仿真建模的概念，实现钢结构空间网架BIM仿真建模。通过创建空间网架Ｒevit标准构件库，并引用ＲevitAPI类库在Ｒevit平台上进行二次开发，完成钢结构空间网架的建模。同时，针对MSTCAD数据接口文件进行开发，实现自动化建模。通过Ｒevit参数化建模与Ｒevit二次开发的结合，创新出Ｒevit下钢结构空间网架BIM仿真建模的方法，为今后钢结构空间网架在Ｒevit平台下的建模提供便利。
关键词：钢结构;空间网架;BIM;仿真建模;二次开发
引言
在许多钢结构建筑中，有一个不容忽视的问题：钢结构模型中有些杆件由于装配应力过大，可能在组装的过程中就容易发生破环，甚至造成严重的后果。鉴于此，本文一方面搭建空间网架模型进行实验，实际测量结构构件的装配应力，另一方面，学习专业软件USSCAD，计算理论值进行比较分析。
1特点
1）针对该屋面工程为空间双曲面钢结构网架的特点，运用该技术成功解决了空间节点定位难度大；结构高度大，覆盖范围广，吊装作业难度大；高空焊接作业量大，焊接应力及变形对结构影响大；网架安装支撑体系采用脚手架+标准支撑架组合形式及其拆除卸载分析等技术难点。2）技术含量高，整个安装施工过程充分应用Midas进行了有限元计算，并对工程结构子结构应力进行了分析。3）简单灵活的实现了大跨度和复杂的几何结构造型。施工速度优势明显，不受季节施工影响。4）建筑节能效果明显，节约用材。有效的提高使用空间。开间比混凝土结构提高50%。
2钢结构空间网架BIM仿真建模技术
2.1组装螺栓球节点杆件族
现有空间网架BIM模型并未区分螺栓球节点和焊接球节点，对两种节点也未进行细节处理。BIM建模中几乎所有BIM网架模型均利用幕墙嵌板族样板，结合Ｒevit幕墙功能完成网架模型的建立，所得模型节点与实物完全不同，缺乏BIM“仿真”的要点，无法将模型应有的信息传递到施工、运维阶段，使BIM后期操作变得无力。处在钢结构建模核心地位的Tekla在网架处理上也略显疲惫。空间网架完全符合装配式结构的特点，工厂预拼装成为网架加工制造中的重要环节。利用Ｒevit完成所有网架零件族的建立后需仿照加工车间对网架零件进行拼装。拼装初期笔者提出两种拼装假设:1)利用嵌套将球节点和锥头端部做在一起，利用系统钢管族和嵌套节点完成网架拼接;2)将钢管和锥头等零部件做在一起，建模时期分别放置球和杆件，然后处理杆件和球之间的关系。第一种可通过设置空间角度参数，根据杆件与锥头的空间角度关系变换锥头与螺栓球相对位置，但会导致参数过多且无法保证杆件整体性，同时与工程实际构件预拼装顺序不同。对比两种假设，第二种更符合实际操作。类比ＲevitArchitecture中梁式单元建模方法，经过多样板比对，最终选择“公制结构框架－梁和支撑”族样板作为建立网架杆件族的基板。与梁不同的是，网架杆件端部并没有在插入点，根据节点球径的变化来控制杆端位置。这种人为控制端部位置的方法经笔者多次验证具有实用性，可以为以后此类问题提供参考。上述过程完成了整个网架族库的创建，填补了Ｒevit系统族库中网架族的空白，为将来业内建模提供了共享资源。
2.2吊装构件分段
主拱：以斜拱为界，将主拱桁架分为内外两部分，内部双机抬吊不再分段，最大重量175.1吨，外部等分为两段最大重量92.5吨。副拱：在与斜拱相连部分留1米左右杆件最后与斜拱连接固定，余下单侧拱架按照1:2的比例分为两段，其中较大的一段有一端落地。副拱最大重量56.2吨。构件的分段见“桁架吊装分段图”。斜拱和内圈桁架:以主拱为界分段。吊点位置和吊点数的选择：根据桁架形状，截面，长度，起重机性能等具体情况确定。由于桁架截面为三角形，为了保证分段桁架在吊装过程中的稳定形，空中姿态的可调节性，并防止分段桁架发生变形，采用四个吊点，分别位于距离分段桁架两端1/3处，两侧吊点相距15m左右。
2.3进行实验并读取数据
完成所有的前期工作后，进行结构模型的实际测量了。我们采取了如下步骤：①模型预组装后，平衡应变仪，直到机箱显示所有杆件应变读数均为0或接近0。②按一定的次序顺次拧紧所有的杆件，使其产生装配应力。③设定读数次数和时间间隔，开始采样读数。④.整理分析实验数据。
2.4建模过程
(1)创建Ｒevit自适应构件族首先根据钢网架设计图，对待建模的钢网架结构进行分解，得到不同类型的对象构件，如连接杆件、螺栓球、焊接球、支座等，根据网架的空间结构，杆件及节点球的连接方式，统计各类构件的型号尺寸，针对不同类型的构件确定创建构件族所需要设置的数字参数，使用Ｒevit的自适应族样板创建各类型构件的参数化族模型，确保生成的族能够通过数字进行驱动，进而改变模型的形状，所有类型构件的自适应族形成了可调用的参数化族数据库。(2)数据库准备提取设计图中各节点球的三维空间坐标，记录各节点螺栓球以及连接杆件的数量和几何尺寸等信息，判定节点球和杆件的连接关系，确定上弦杆、下弦杆，将杆件信息与坐标对应，汇总所有信息生成excel文件并保存，得到节点excel建模数据库。(3)生成三维实体模型利用Dynamo的“Excel．ＲeadFromFile”节点进行路径浏览，找到并读取excel建模数据库，通过节点编程程序进行代码运算，快速生成三维空间内由点线组成的空间结构形状。然后调用自适应族数据库，将点转化为螺栓球，线转化为连接杆件，最后生成钢网架三维实体模型。
2.5确定提升方案
钢网架最大安装标高是+18．612m。在进行钢网架方案设计时，充分考虑钢网架的实际大小、重量以及现场施工条件。由于工程的组装工作量比较大，所以，不能采用高空拼装的施工方式，必须尽量减少高空焊接作业，以及吊装设备的吊装难度。同时，也要考虑到施工的安全问题，以及在钢结构安装过程中可能造成的钢结构杆件变形的情况。最终决定采用地面拼装的工作模式，所有的钢结构组装工作都在地面进行，然后通过计算机进行系统建模，分析施工过程中网架的受力情况。这将会极大地降低施工难度，保证施工的安全，以及钢结构自身的安全。
结语
通过对钢结构空间网架BIM仿真建模进行研究，扩展了BIM在钢结构领域的功能，并且完成了空间网架仿真建模，重新诠释了钢结构BIM模型的意义，为今后钢结构BIM网架部分的建模提供参考和理论依据。(1)在Ｒevit原有系统标准族库的基础上完成了对空间网架族库的补充。(2)通过ＲevitAPI对Ｒevit网架建模的二次开发解决了空间网架建模过程中节点处理问题，大大减少了网架建模的工作量，避免了因工作繁杂带来的不必要误差。(3)以空间网架族库和Ｒevit二次开发为基础，通过对MSTCAD接口数据文件的处理，使Ｒevit自动获取网架设计参数从而完成空间网架的自动建模。
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