中国建筑第五工程局有限公司 湖南省长沙市 413000
摘要：本项目无梁楼盖是一种不设梁、双曲弧形屋面板直接支承在型钢混凝土柱上的板柱结构体系。由于板厚较厚，楼面载荷较大，需设置柱帽以降低楼板的弯矩值及冲切力。因此弧形屋面板及不规则柱帽的模板拼装及支架搭设成为最大的难题。本文主要利用BIM技术对屋面模板拼装成型曲面进行拟合，将支模架立杆在平面中排列，并利用布尔运算在模型中计算立杆高度。利用多边形建模近似拟合不规则柱帽外轮廓曲面，拆分后在平面中展开，以此进行柱帽配模。
关键词：BIM，无梁楼盖，双曲弧形，柱帽
1绪论
1.1研究背景及意义
电子信息技术的发展，为建筑设计提供了更好的平台，使得如今建筑设计的多样性、非线性与不规则性等需求逐步提高，传统的绘图已经无法满足建筑项目形体的需求。而此时施工图中无法标注出整个建筑的数据，很难凭借二维图纸进行施工。
对双曲弧形无梁楼盖模型进行绘制，通过模型对屋面支模架立杆排布、模板标高定位、特殊构件的支模方式进行系统分析与数据处理，最终绘制出施工图。这种方法可以很好的解决目前双曲面不易放样，异形构件配模难度大的问题。
1.2研究现状
针对双曲弧形屋面及不规则构件，一般的思路为利用BIM技术对模型进行放样，将施工中需要的关键数据在模型中输出以指导现场施工。
李鹏辉等在袁隆平水稻博物馆项目中利用BIM技术在模型上提取各特征点的三维坐标数据用于解决双曲屋面测量数据难的问题。卢俊在浦东机场项目中利用Rhino插件进行参数化建模并可输出任一点的标高数据以指导施工。李兵生等在新疆益民大厦工程中利用BIM进行深化设计，把三维曲面效果图转化为二维施工图并创新使用了弯曲钢丝匹配法控制浇筑标高及成型质量。姚璐利用BIM软件对杯形柱帽样板进行建模，可进行更直观立体的交底与质量控制。
1.3工程概况
南昌华侨城欢乐象湖商业一期A#位于江西省南昌市西湖区，建筑面积3101.59m2，设计基础为桩、承台基础，结构形式为型钢混凝土框架结构。屋面为型钢混凝土无梁上人种植屋面，采用倒锥体柱帽与柱连接。
2研究内容
2.1大跨度无梁弧形屋面施工重难点
本工程大跨度无梁弧形屋面可近似看做双曲面，但此双曲面为非参数化曲面，无法直接通过函数拟合计算出任一点的坐标，因此施工中所需标高数据获取成为亟需解决的问题。
由于此无梁楼盖跨度较大，必须采用柱帽进行加强。设计柱帽为双曲锥形，曲率较大，部分为不规则椎形。相较于一般的四棱锥杯形柱帽，施工难度大大增加。
2.2BIM技术于双曲弧形屋面施工中的应用
首先将屋面板底曲面提取，然后在模型中确定支模架平面排布，并在该位置绘制立杆。立杆可近似成直线段，直线穿过曲面，再通过布尔运算截取屋面板下直线段，根据此段直线长度即可确定该立杆处屋面板的标高。利用这个原理可以绘制出每根支模架立杆，再根据立杆标高使用钢管沿同一方向弯曲，另一方向使用木枋作为小梁，最终使用模板拼合出曲面。如图2.1。
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图2.1 立杆排布及标高
钢管使用弯曲机进行预弯，然后根据立杆标高使用扣件连接，最终搭设出模板支架。由于木枋不可弯曲，在铺设木枋时可沿等高线方向以减小木枋因无法弯折造成的精度降低。在曲率较大处采用短木枋铺设防止“化曲为直”产生的误差过大。如图2.2。
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图2.2 支模架顶端断面大样
2.3 BIM技术于异形柱帽配模中的应用
本工程楼盖跨度较大，柱顶与屋面连接多采用锥形柱帽，且多个形状不规则。如图2.3所示。
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图2.3 楼盖及柱帽
首先将单个柱帽模型外轮廓面提取。并将该轮廓面进行分割，以满足施工精度要求为原则，使得误差可通过建筑装饰施工弥补，具体分割方式视柱帽大小及形状而定。本文以某一不规则柱帽为例进行说明。如图2.4。首先将模型中柱帽曲面进行处理，只保留柱到屋面板底部分，即需配模部分。然后将此曲面按结构线进行分割，保证边缘处误差不大于1.5cm，可通过后续抹灰等建筑处理手段处理。此时柱帽曲面为多重曲面，将其导出为网格通过多边形建模软件进一步处理为多边形曲面。如图2.5所示。
由于单块模板不可超过模板原材大小，需根据模板原材尺寸确定超大模板分割线，图中按马牙槎方式分割，增加配模整体连续性，使薄弱部位分散，降低胀模风险。此时柱帽多边形模型为施工模型，可将模板按此切割拼装。单块模板边缘处曲线近似为直线，因此将产生一定误差。模板面分割块数越多，误差越小，但同时也会相应的产生成本增加、施工困难等弊端。
图2.5 柱帽多边形模型
柱帽多边形模型获取后再将其导出，进行UV展开并将各块模板编号绘制配模图，供加工及拼装使用。如图2.6、2.7所示。
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图2.6 柱帽模型UV展开
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图2.7 柱帽配模图
3总结与展望
3.1应用总结
本文总结了大跨度双曲弧形无梁楼盖的施工难点，并基于BIM技术提供了解决双曲弧形放样及异形构件配模问题的思路与方法。
将双曲面在实际施工中拟合，无需定制钢模板，即可现场指导施工，大大降低了材料的浪费。针对异形结构支模，可采用此方法进行放样并指导施工。
使用多边形建模的方式，将柱帽锥曲面近似为棱锥，并将其分割与平面展开，用于指导模板裁切与拼装。此方法可用于异形构件的配模。
3.2评价与展望
本工程无梁楼盖模板支架采用钢管扣件连接，上铺木方作为次梁，但因楼盖为双曲面，使用无法弯折的木方必然会使曲面的拟合精度降低。误差过大时容易引起与钢筋及钢结构施工产生冲突，全部使用短木方又会使模板整体性降低，增加爆模风险。因此对木方的排布存在可优化的空间。
柱帽配模同样是“化曲为直”的思想，因此也存在一定误差，但考虑可通过建筑装饰手段进行处理，该误差对施工影响可忽略。原设计柱帽与柱为平滑倒角连接，若一次成型则需要定制钢模板或采用可弯折模板拼装，这将增加施工难度，与施工成本且成型效果不易控制，因此在结构施工阶段将倒角优化，后续进行建筑装饰处理。
参考文献：
[1]李鹏慧（湖南省第六工程有限公司），张明亮.BIM技术在双曲薄壳屋面施工测量中的应用[J].建筑技术开发，2017，（24）：80-81.
[2]卢俊（上海机施建筑设计咨询有限公司）.Rhino Gasshorpper软件参数化建模在浦东国际机场卫星厅项目双曲屋面中的创新应用[C]/中国图学学会建筑信息模型（BIM）专业委员会/第三届全国BIM学术会议论文集.中国图学学会建筑信息模型（BIM）专业委员会：中国建筑工业出版社数字出版中心，2017：72-78.
[3]李兵生（中建三局集团有限公司），郭钧健，杨向阳，等.新疆益民大厦双曲混混凝土结构屋面施工技术[J].施工技术，2017，46（18）：89-92.
[4]姚璐（北京建工博海建设有限公司）.BIM技术在环形柱帽施工技术的研究与应用[J].建设科技，2017，（03）：49-50