BIM技術(shù)在復(fù)雜屋蓋體系中的應(yīng)用

□文/王建勛 亓立剛 楊明 楊永 崔愛珍

BIM技術(shù)在復(fù)雜屋蓋體系中的應(yīng)用

□文/王建勛 亓立剛 楊明 楊永 崔愛珍

文章依托天津市濱海新區(qū)于家堡金融區(qū)起步區(qū)03-04地塊工程，介紹了建筑信息化模型（BIM）技術(shù)在大跨度、多屋脊開啟式屋面體系深化設(shè)計(jì)、構(gòu)件制作和施工安裝中的應(yīng)用。該屋蓋造型復(fù)雜，施工難度大，除屋蓋管桁架結(jié)構(gòu)體系外，包含了金屬屋面、直立鎖邊系統(tǒng)、擦裝機(jī)系統(tǒng)、虹吸雨水系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)。

多屋脊；開啟屋面；信息化；BIM；深化設(shè)計(jì)

1　工程概況

于家堡金融區(qū)起步區(qū)03-04地塊工程屋蓋的整體造型呈∞形，屋蓋形狀非常復(fù)雜，最大高度達(dá)62m，跨中最大厚度達(dá)7.5m，端部為懸挑結(jié)構(gòu)，高度逐漸變?yōu)榱恪?/p>

為滿足建筑造型與受力合理性的要求，采用雙向桁架體系，將2個(gè)塔樓連接為整體，利用8個(gè)核心筒和內(nèi)環(huán)框架柱作為豎向支撐，使大跨度懸挑屋蓋形成穩(wěn)定的連體結(jié)構(gòu)。屋蓋部分包含了直立鎖邊系統(tǒng)、擦窗機(jī)系統(tǒng)、虹吸雨水系統(tǒng)、開啟式屋蓋系統(tǒng)、泛光照明系統(tǒng)、服務(wù)走廊、客用走廊次結(jié)構(gòu)，如何合理的穿插屋面各個(gè)系統(tǒng)的施工，保證每個(gè)系統(tǒng)的施工質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)建筑的使用功能和效果是本工程的重中之重。

2　工程重難點(diǎn)分析

1）該工程為多屋脊、多曲面的建筑造型，在屋蓋結(jié)構(gòu)施工期間，對(duì)構(gòu)件的加工制作和現(xiàn)場(chǎng)的安裝精度要求高。

2）多界面交接區(qū)域節(jié)點(diǎn)處理復(fù)雜，如何保證屋面的防水性能和抗風(fēng)壓性能的構(gòu)造要求是至關(guān)重要的。

3）在保證屋面各系統(tǒng)的使用功能的前提下，如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的建筑效果。

4）屋面的變更及方案的修改較多，擦窗機(jī)軌道的位置、開啟式屋蓋的形式、排水天溝的構(gòu)造要求等，在深化設(shè)計(jì)階段進(jìn)行多次調(diào)整，如何將方案的調(diào)整快速直觀體現(xiàn)出來，保證各項(xiàng)工作連續(xù)有效的進(jìn)行，是確保施工工期的關(guān)鍵所在。

3　BIM模型的搭建

本工程屋面施工困難重重。首先，屋面造型獨(dú)特、功能復(fù)雜，其次，在優(yōu)美靈動(dòng)的造型下，屋面部分由二維曲面或三維曲面組成，精確設(shè)計(jì)難度巨大。再次，由于該工程為地標(biāo)性建筑的特殊性，工程設(shè)計(jì)不僅涵蓋了公共建筑的所有專業(yè)，尤其屋面部分還包含了開啟式網(wǎng)球館、游泳館，協(xié)同配合難度巨大。因此，屋面施工前期經(jīng)過分析決定應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。

目前來講大部分工程前期技術(shù)資料中并不能提供較為完善的三維模型，為進(jìn)一步有效地組織管理，就要求施工單位深化設(shè)計(jì)階段能夠通過已知的技術(shù)資料進(jìn)行模型的搭建，這就是常說的逆向工程模型搭建。

本工程屋面并沒有原始的設(shè)計(jì)模型，而且屋面造型極其復(fù)雜，又包含了多個(gè)系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的鋼結(jié)構(gòu)坐標(biāo)點(diǎn)以及建筑的外輪廓線進(jìn)行屋面鋼結(jié)構(gòu)模型及屋面建筑模型的搭建，確定天溝、檐口、屋脊、格柵、幕墻的空間位置與屋面鋼桁架的相對(duì)位置關(guān)系。這個(gè)環(huán)節(jié)是非常重要的，是需要完美的將結(jié)構(gòu)造型、建筑效果設(shè)計(jì)意圖體現(xiàn)在三維模型上，之后的碰撞檢查、多專業(yè)協(xié)同等工作都是在這個(gè)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

4　BIM技術(shù)的應(yīng)用

4.1深化設(shè)計(jì)階段各專業(yè)協(xié)同碰撞檢查

工程中各構(gòu)件交錯(cuò)連接，屋蓋鋼結(jié)構(gòu)部分主、次桁架共327榀，桁架間水平系桿共2 700根，現(xiàn)場(chǎng)散裝牛腿5 400根，縱向桁架與水平桁架間布置環(huán)向桁架，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同專業(yè)工程間也有交集。如果到施工現(xiàn)場(chǎng)才發(fā)現(xiàn)因各專業(yè)工程協(xié)調(diào)不當(dāng)導(dǎo)致安裝困難，無論是運(yùn)回工廠返工或者是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整修改都會(huì)造成工期的延誤，也會(huì)因人工及材料的浪費(fèi)導(dǎo)致工程成本的增加。本工程屋面鋼結(jié)構(gòu)采用Tekla Structures軟件本身包含的碰撞檢測(cè)功能，可以方便快捷的檢測(cè)出碰撞對(duì)象的位置及相關(guān)信息。Tekla Structures軟件也有相關(guān)的接口插件，方便與Revit軟件的相互轉(zhuǎn)換。將模型轉(zhuǎn)換成IFC格式文件再與其他專業(yè)的模型文件一起倒入Revit軟件中，可以進(jìn)行不同專業(yè)間的碰撞檢查，兩種軟件的交互使用可以避免模型錯(cuò)誤及專業(yè)沖突引起的返工損失。

在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中是按專業(yè)進(jìn)行分工的，每個(gè)專業(yè)之間依靠碰頭溝通來解決不同專業(yè)的銜接和配合工作，這樣勢(shì)必帶來一定的隨意性和非線性問題的出現(xiàn)，現(xiàn)在通過更加直觀的BIM三維模型，對(duì)不同專業(yè)模型合并，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)及細(xì)部進(jìn)行全方位檢查，暴露不易發(fā)現(xiàn)的深層次問題。通過BIM技術(shù)的碰撞檢查，可以非常直觀的將不同專業(yè)間不統(tǒng)一的位置、沖突的位置顯示出來并通過列表的形式進(jìn)行溝通。本工程主要針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)與屋面專業(yè)進(jìn)行碰撞檢查、機(jī)電安裝專業(yè)與鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)及屋面專業(yè)的碰撞檢查，見圖1-圖3。

圖1　虹吸雨水管路游與結(jié)構(gòu)碰撞分析

圖2　新風(fēng)口建筑聯(lián)想在桁架中的布置

圖3　排風(fēng)管與屋面結(jié)構(gòu)的碰撞分析

4.2現(xiàn)場(chǎng)施工階段的應(yīng)用

1）構(gòu)件下料的準(zhǔn)確性提高和下料周期的大大縮短。通過深化設(shè)計(jì)階段的BIM技術(shù)應(yīng)用，解決多專業(yè)協(xié)同問題。項(xiàng)目實(shí)施階段仍然根據(jù)三維的信息化模型進(jìn)行材料構(gòu)件的下料。通過BIM軟件可以獲得構(gòu)件的加工數(shù)據(jù)，包括定位坐標(biāo)、尺寸大小、彎弧加工所需數(shù)據(jù)及構(gòu)件管理編號(hào)，有了這些精確的數(shù)據(jù)就可以提前提供給材料加工廠，縮短構(gòu)件的加工制作周期，提高構(gòu)件的加工精度。傳統(tǒng)的下料需要測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際尺寸后才能夠下料，運(yùn)用BIM技術(shù)，因?yàn)橐笫┕r(shí)也完全按照BIM三維模型進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，所以材料和加工也完全依據(jù)BIM三維模型進(jìn)行，這樣大大縮短所需要的下料時(shí)間，提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2）在屋蓋桁架施工階段利用BIM技術(shù)。在屋蓋桁架施工過程中，通過BIM技術(shù)進(jìn)行施工措施及安全措施模型的建立，可以有效的進(jìn)行可行性分析。

在每相鄰臨時(shí)支撐托架上端設(shè)置兼作高空通道使用的水平支撐，在水平支撐上鋪設(shè)腳手板同時(shí)在邊側(cè)設(shè)角鋼及安全繩作安全圍護(hù)。除上述支撐外，在臨時(shí)支撐四周設(shè)纜風(fēng)繩，進(jìn)一步保證臨時(shí)支撐的穩(wěn)定，見圖4。

安裝鋼屋蓋分塊嵌補(bǔ)桿件時(shí)，在對(duì)接處采用腳手管搭設(shè)操作平臺(tái)，平臺(tái)上按要求鋪設(shè)走道板，同時(shí)在外圍拉設(shè)安全圍護(hù)繩。腳手架搭設(shè)見圖5。

圖4　高空通道模型

圖5　操作平臺(tái)模型

5　結(jié)語

BIM技術(shù)的管理理念和管理模式在于家堡金融區(qū)起步區(qū)03-04地塊屋面工程中的應(yīng)用，充分利用了現(xiàn)代先進(jìn)的信息化技術(shù)帶來的優(yōu)勢(shì)，使復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系中多專業(yè)、多系統(tǒng)的碰撞問題在深化設(shè)計(jì)階段得以解決，同時(shí)在制造、安裝等環(huán)節(jié)的相互協(xié)調(diào)更加快捷和及時(shí)。但BIM軟件與其他軟件還不能完全實(shí)現(xiàn)對(duì)接，在相互轉(zhuǎn)換導(dǎo)入的過程中還存在部分問題，在BIM運(yùn)用過程中還需其他軟件進(jìn)行輔助調(diào)整。

□亓立剛、楊明、楊永、崔愛珍/中建八局天津分公司。

TU17

C

1008-3197（2016）03-04-02

2015-12-18

王建勛/男，助理工程師，中建八局天津分公司，從事工程技術(shù)管理工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.03.002