基于BIM技术的复杂钢结构施工应用研究--中国期刊网

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基于BIM技术的复杂钢结构施工应用研究

发表时间：2021/6/1 来源：《基层建设》2021年第2期作者：刘龙飞张起铭高鹏张洋

[导读] 摘要：现阶段，由于科技的发展，越来越多的新兴技术运用在了各个项目的施工中。

        中国建筑第八工程局有限公司上海市 200122
        摘要：现阶段，由于科技的发展，越来越多的新兴技术运用在了各个项目的施工中。特别是钢材的大量生产以及使用，对建筑项目的有序推进以及效率的提高，有着非常重要的作用。而本文主要从成都某音乐广场在建设过程中，涉及到的钢结构工程，关于BIM技术在钢结构施工中的具体应用做相应的阐述。在具体施工中，涉及到的相关节点复杂程度较高，加之使用的钢结构构件种类呈现多样性，造型也具有独特性，施工较为困难。BIM技术运用，从钢结构的建模环节到后期的施工管理等各个方面承担着重要作用，进行简要论述，从而有效解决在钢结构安装时，遇到的线性控制、定位、吊装以及安全施工等方面的问题，使钢结构的作业效率大幅提升，使项目可按时、按质完成，保障项目进度。
        关键词：钢结构施工；BIM技术；应用分析
        1、工程概况
        某音乐广场项目在建成之后，主要适用于人民群众的娱乐、休闲，从而形成成都市的地标式公园，主题是露天形式的音乐广场。在项目中，其主舞台的构成部分，主要由双曲拱支抛物面单层索网与月牙形式的看台这两个独立的单元结构组成。在看台部分，其上部结构所使用的钢结构罩棚其形式呈现月牙状，而构件主要是由管桁架构成。换而言之，由杆件彼此在两端用铰链进行连接而形成的结构类型。其主要作用是承受轴向的压力或拉力，并将材料所具有的强度充分利用，特别是在面临跨度较大的结构时，对比实腹梁结构，可节省更多的材料，还可使材料本身的刚度增强，并减轻自重。而罩棚的两端需做接地处理，中间部位的高度高达49m，跨度则达到了181m。而对应的双曲拱支抛物面所使用的钢箱拱跨度达到了197m，且钢箱要用两个，其高度在45m，两个拱顶之间的间距在90m。而斜拱则需要在地面进行交汇。因此在具体施工时，特别是主舞台的钢结构施工面临的施工难度非常高。
        2、项目难点分析
        在该项目中，所使用的钢箱拱线轴属于悬链线，而对应的拱顶截面属于变截面，每一个厚板空间的对应曲面呈现出较大的差异性。在这个过程中，截面所对应的高度会发生变化。在具体施工的过程中，箱体的内部需每间隔4m左右，就要设置一道T型的隔板，而对应箱体的翼腹板在生产过程中需沿着长度的方向设置纵向形式的加劲肋。而对应的拱脚处，由原本的9条逐渐向拱顶处发生变化，变至7条。而在具体施工中，所使用到的单支钢拱箱的重量则达到了1500t，在进行钢构件的高空精准定位以及分段吊装的施工环节，属于整个项目的难点。而对应的罩棚结构，由封边桁架、双曲网壳结构、三角桁架以及悬挑桁架等构成。同时，桁架所对应的截面变化形式呈现多样性，在对细节处的节点部位进行处理时需进行优化。加之钢结构在受力过程中所具有的特殊性，在完成部分结构的安装时，依然不能成为一个具有较高稳定性的结构。因此，在安装之前，需使用相关的计算机软件，进行模拟安装的顺序，避免在进行罩棚的结构安装时发生结构失稳以及大位移、变形的情况。
        3、BIM技术的应用分析
        3.1三维建模
        在这个过程中，主要是依据设计图纸的相关信息，进行构建整个项目的人员体系。在前期做好对相关设计图的信息分析，再由对应的建模人员将钢结构中所有涉及到的相关信息，输入到BIM模型中，比如，罩棚桁架所涉及到的管桁架，球节点以及预埋板件等相关信息。并且严格按照相应的操作流程进行模型的建构。从而实现设计总体部署的深化，使其可以更好的服务于施工现场的安装以及施工进度推进，在这个过程中需要综合考量现场加工构件的能力、构件的吊装、构件的安装分段以及材料的采购等各个方面。
        3.2节点深化
        在该项目中，涉及到的钢结构本身的体量，不是特别大。然而，涉及到的节点形式不仅多，同时具有较高的复杂性。在进行罩棚结构的安装时，主要体现在支座、相关杆件以及球节点，各类型的桁架连接节点等上。

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比如，在部分桁架结构上，需要相连接的位置最多的管连接达到了7根管，且6种不同规格。而钢箱拱，则主要体现在隔板大小，相对应的截面加劲条布置数量等，都需要随着截面的变化而发生相应的变化。加之在不同部位所对应的拱杆布置、膜夹以及安装的角度都呈现出高度的不一致。若采用原本的二维图纸，在具体施工时，相关的技术或者操作人员，无法清晰准确、理解到各个构件之间的结构形式以及相对位置，而利用BIM模型，能够对三维节点进行深化，有效的解决该问题。同时，对应的技术人员也可有效的使用BIM模型，对作业人员进行技术交底工作，在面对图纸不清晰的问题时，可以针对其中的某一个节点位置做更加深入的理解和研究，避免在施工现场出现较高的错误率。使相关拼接人员、其他操作人员以及技术人员的工作效率大幅提高。
        3.3图纸制作
        在该项目中，特别是主舞台的钢结构形式非常复杂，同时不属于标准型式的结构。对比传统形式的出图模式，BIM技术由于本身所具有的出图模式，可利用之前构建好的模型，将构建图、分支图以及零件图进行导出，再由对应的出图人员根据出图标准以及施工现场的加工需要，调整图纸的尺寸、视图以及标注。还可以针对在结构设计过程中，关于设计变更情况，进行模型参数的修改与变更，再导出相应的设计图纸，这种方式可有效的避免在图纸上直接进行修改，减少了出图时间，避免了较高的出错率，减少主观因素的影响。
        3.4施工应用
        BIM技术在进行复杂钢结构的施工中，可以充分发挥其时效性，对安装过程中关于相关构件的安装精度问题做有效解决，特别是对于罩棚结构以及双曲拱之抛物面钢箱拱的施工进度做有效控制。在具体安装过程中，不仅可以使安装的精度得到保障，还可以使现场的安装效率、施工的安全得以保障。在进行钢拱箱的安装过程中，可以从截面尺寸、施工环境、标高、质量、安装角度以及操作的便利性等多个方面入手。在安装时，为了保证在进行钢拱箱施工时，方便焊接，可以率先在BIM模型中进行放样处理，设置好相应的上人爬梯。
        同时，在进行钢构件的吊装过程中，也可以使用BIM技术作为辅助工具，准确的把握构件重心以及质量，确保在吊装施工中的顺利进行。由于复杂形式的钢结构，很难利用重心确定法以及常规的质量法，确定好构件重心位置的相关参数。但是，利用BIM软件的相关重心查询功能，可在短时间内快速找到吊装构件时，涉及到的重心位置、构件质量以及总面积的确定，确保在吊装过程中的合理性、安全性。由于在进行罩棚桁架结构的安装时，因结构的受力具有特殊性，加之造型的独特性，在进行安装时，务必要按照相应的安装顺序才可保证罩棚桁架结构的稳定性。在其安装过程中，对其稳定性产生影响的因素包含了工期影响、施工环境、变形控制、结构稳定性等影响因素，利用BIM技术，有效的模拟在具体施工中所假设的各个方案，从而全方位清楚的掌握在进行结构的安装过程中对应的空间位置、安装顺序以及角度。最终选择具有科学性、可实施性的操作方案。在进行罩棚结构的安装时，可大体按照先两边，后中间的操作顺序。从而提前确定好安装的先后顺序以及施工进度的规划与控制，确保整个进度的顺利推进。
        4、结语
        在项目中，特别是复杂形式的钢结构中，使用BIM技术，利用其本身所具有的优势，可帮助现场项目的管理人员有效的把控安装时的局部难点、细节、结构特征，通过相应的数据对比，更好的对现场作业人员进行技术指导。特别是施工方案的模拟功能，可将施工方案进行恰当、合理的调整，使整个钢结构施工的安全顺利进行，且贯穿了整个钢结构的施工，使施工安装精度、稳定性、安全性得到显著提升，保障了工作效率，对钢结构工程的发展产生至关重要的作用。
        参考文献：
        [1]高翔，姜友荣，李国明，郭浩.基于BIM技术的复杂钢结构施工应用研究[J].施工技术，2019，48（24）：12-15.
        [2]陈清娟，郑史敏，贺成龙．BIM技术应用现状综述［J］.价值工程，2016（14）：22-24．
        [3]梁建军，冯国军，蒋绮琛，等．BIM技术在复杂异形钢结构项目中的应用［J］．施工技术，2018，47（15）：35-38．