BIM技術(shù)在三維異形曲面結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用★

葛燕鋒 陳 龍

(1.北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京 100144； 2.北京興電國際工程管理有限公司，北京 100048)

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BIM技術(shù)在三維異形曲面結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用★

葛燕鋒1,2陳 龍1

(1.北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京 100144； 2.北京興電國際工程管理有限公司，北京 100048)

介紹了BIM的概念及其對(duì)建筑行業(yè)帶來的影響，并以某文化中心項(xiàng)目為例，分析了建立該建筑異形結(jié)構(gòu)BIM模型的方法，從模板定位安裝、可視化技術(shù)交底、虛擬施工三方面，闡述了BIM技術(shù)在該結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用，有利于提高我國建筑業(yè)的信息化水平。

BIM技術(shù)，異形結(jié)構(gòu)，曲梁模型，模板

0 引言

BIM,即建筑信息模型(Building Information Modeling),是在CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種全新的建筑信息管理理念，其內(nèi)涵可以概括為以下幾點(diǎn)：1)BIM包含建筑項(xiàng)目的海量信息，能夠數(shù)字化表達(dá)建筑的物理和功能特征。2)BIM相當(dāng)于一個(gè)中央數(shù)據(jù)庫，能夠?yàn)楦鹘ㄔO(shè)參與方提供信息共享服務(wù)。3)BIM通過分享建筑項(xiàng)目的信息，為該建筑項(xiàng)目在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營階段等全生命周期內(nèi)的決策提供可靠的依據(jù)。4)BIM作為一個(gè)建筑信息數(shù)據(jù)庫，在建設(shè)項(xiàng)目的全生命周期內(nèi)，各個(gè)專業(yè)可以從中導(dǎo)入、提取、變更和更改信息，為各個(gè)專業(yè)參與工程建設(shè)提供信息支持，促進(jìn)各專業(yè)間的協(xié)同工作。

CAD技術(shù)的發(fā)展讓建筑工程師甩掉了圖板，大大提高了設(shè)計(jì)效率，引起了建筑業(yè)的一次革命，而現(xiàn)如今BIM技術(shù)的興起將引起建筑業(yè)的另一次革命，大大促進(jìn)建筑信息化的發(fā)展，如圖1所示。BIM技術(shù)由于具有信息完備性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特點(diǎn)，在國內(nèi)外很多工程項(xiàng)目中已廣泛應(yīng)用，并取得良好的效果。

隨著人們審美水平的提高和建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的異形建筑拔地而起，如何解決異形結(jié)構(gòu)的施工問題、準(zhǔn)確表達(dá)設(shè)計(jì)思想，這給施工企業(yè)帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。BIM技術(shù)的應(yīng)用在我國尚處于起步階段，在異形結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用還在摸索階段。

本文結(jié)合某市文化中心項(xiàng)目，針對(duì)該工程中的三維異形曲面結(jié)構(gòu)進(jìn)行BIM應(yīng)用研究。

1 工程概況

某文化中心項(xiàng)目建筑高度42 m，地下3層，建筑面積18 131.42 m2，地上8層，建筑面積23 101.21 m2，總建筑面積41 232.63 m2。

本工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在2層～5層有兩塊大面積異形曲面板將空間分隔開，曲面板造型奇特，彎曲曲率無規(guī)則可尋，在5層以上，有很多斜柱直通屋頂，形成錐形中筒，如圖2所示。

2 建立異形結(jié)構(gòu)BIM模型

建模采用的是Autodesk Revit Structure 2016軟件，結(jié)合CAD圖紙，保證所建的模型與設(shè)計(jì)圖紙完全吻合，不出現(xiàn)多余或缺失構(gòu)件等情況。標(biāo)準(zhǔn)層模型的建立比較簡單，本文就不再贅述，主要針對(duì)該三維異形曲面結(jié)構(gòu)建模展開研究。

2.1 建立標(biāo)高軸網(wǎng)

在建模之前，為了順利建模，我們選擇構(gòu)造樣板。一般建模時(shí)我們先在立面視圖中定好標(biāo)高，再在平面視圖中建立軸網(wǎng)，需注意的是，所有的標(biāo)高以及軸網(wǎng)都要和CAD圖紙嚴(yán)格對(duì)應(yīng)，避免后續(xù)建模出現(xiàn)偏差。建好的標(biāo)高和軸網(wǎng)如圖3所示。

2.2 建立曲梁模型

由于2層～5層曲梁無標(biāo)準(zhǔn)層，曲率變化無規(guī)則可尋，所以用常規(guī)結(jié)構(gòu)梁直接繪制的方法在這里不適用，為了達(dá)到高度擬合的效果，這里建模方法是先將曲梁剖面圖導(dǎo)入Revit中，利用CAD圖紙中的剖切面位置關(guān)系精確定位，再在Revit中利用樣條曲線工具沿著剖面圖中的曲梁邊界擬合，建立平滑的曲梁模型，建成的曲梁模型如圖4所示。

2.3 建立曲面板模型

該曲面板附著在不規(guī)則的曲梁上，表面走勢自由，亦無規(guī)律可循。本異形結(jié)構(gòu)板建模采用的是內(nèi)建體量的方法，分塊建模。在建成的曲梁邊界上繪制模型線以創(chuàng)建概念體量，用屋頂工具將體量轉(zhuǎn)為實(shí)體屋頂結(jié)構(gòu)，再對(duì)屋頂賦予樓板屬性，即建成異形曲面板，內(nèi)建體量以及樓板模型如圖5所示。

利用相同的方法，在曲梁其他分塊建立樓板，最后建成的樓板如圖6所示，整個(gè)結(jié)構(gòu)模型如圖7所示。

3 BIM在該異形結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

3.1 模板定位及安裝

由于本工程三維異形曲面板的造型復(fù)雜，并有斜柱、弧形梁、曲面板多種復(fù)雜構(gòu)件，模板的定位與安裝就成為本工程施工的一大難點(diǎn)。本結(jié)構(gòu)要求為清水混凝土，所以模板的拼接對(duì)于最后澆筑效果起關(guān)鍵作用。

應(yīng)用BIM技術(shù)，在Revit中建立模板模型，且分模數(shù)對(duì)整個(gè)模板進(jìn)行排布模擬，對(duì)于每塊模板都可以在Revit中生成三維坐標(biāo)點(diǎn)，現(xiàn)場施工人員就可以根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)利用全站儀將模板角點(diǎn)位置定位到2層樓板上，再用鉛錘儀向上引測，確定拼接位置，保證拼接精度。

3.2 可視化技術(shù)交底

文化中心項(xiàng)目為大型公共建筑，結(jié)構(gòu)形式極其復(fù)雜，特別是2層～5層的三維異形曲面結(jié)構(gòu)。該異形結(jié)構(gòu)曲梁交錯(cuò)，5層以上還有很多斜柱，構(gòu)件間的連接情況復(fù)雜，CAD圖紙難以直觀地表達(dá)各構(gòu)件的具體情況以及相互關(guān)系，但是BIM技術(shù)可以很好的解決這一問題。利用Revit軟件建立的BIM模型可以進(jìn)行可視化技術(shù)交底，在模型中可以獲取構(gòu)件尺寸信息，各構(gòu)件間的連接形態(tài)也可以很直觀的表達(dá)出來。對(duì)于一些較復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)單位可能沒有考慮到施工實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出的配筋過于密集，在本結(jié)構(gòu)中，四號(hào)核心筒邊上型鋼梁與斜柱節(jié)點(diǎn)就出現(xiàn)了這種情況，按照CAD原先的配筋設(shè)計(jì)施工就會(huì)出現(xiàn)無法穿插鋼筋、影響混凝土振搗等問題，項(xiàng)目部BIM工程師通過Tekla軟件建立鋼結(jié)構(gòu)BIM模型，進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在不影響受力的情況下方便施工，縮短工期，保證施工質(zhì)量。

3.3 虛擬施工

在項(xiàng)目管理中，傳統(tǒng)進(jìn)度計(jì)劃編制方式一般有兩種：橫道圖和雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖，但是這兩種方式都不能很好表達(dá)工程的動(dòng)態(tài)施工變化過程，難以表述各種工序施工進(jìn)度的空間和時(shí)間關(guān)系，也就無法分配施工現(xiàn)場場地和資源。BIM技術(shù)可以借助Microsoft Project軟件在Navisworks Manage中模擬動(dòng)態(tài)的施工過程，檢驗(yàn)已有的施工方案和進(jìn)度計(jì)劃，并根據(jù)模擬時(shí)出現(xiàn)的問題進(jìn)行施工方案的調(diào)整，同時(shí)也可以讓工程技術(shù)人員對(duì)本項(xiàng)目的施工方案和進(jìn)度安排有個(gè)更為詳盡的了解。

4 結(jié)語

對(duì)于一些復(fù)雜的異形結(jié)構(gòu)，常規(guī)CAD二維圖紙難以準(zhǔn)確指導(dǎo)工程施工，在本工程中，利用Revit軟件建立復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)模型，并給出BIM在異形結(jié)構(gòu)模板定位、施工模擬、可視化技術(shù)交底等方面的應(yīng)用，體現(xiàn)出了BIM技術(shù)在異形結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用價(jià)值。實(shí)踐證明，BIM技術(shù)將大大提高建筑行業(yè)的生產(chǎn)效率、保證生產(chǎn)質(zhì)量，我國建筑業(yè)信息化水平也將隨著BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用更上一層臺(tái)階。

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The application of BIM technology in 3D anisotropic curved surface structure construction★

Ge Yanfeng1,2Chen Long1

(1.CivilEngineeringSchool,NorthChinaUniversityofTechnology,Beijing100144,China;2.BeijingXingdianInternationalEngineeringManagementLimitedCompany,Beijing100048,China)

This paper introduced the concept of BIM technology and its influence to construction industry, and taking a cultural center project as an example, analyzed the method for establishing the architecture anisotropic structure BIM model, from the template location installation, visualization technology disclosure, virtual construction three aspects, elaborated the application of BIM technology in the structure construction, conducive to improve the information level of China’s construction industry.

BIM technology, anisotropic structure, curved beam model, template

1009-6825(2017)11-0033-03

2017-01-20★:北京高等學(xué)校高水平人才交叉培養(yǎng)“實(shí)培計(jì)劃”畢業(yè)設(shè)計(jì)(創(chuàng)業(yè)類)(2016年度)資助

葛燕鋒(1964- )，男，副教授，國家一級(jí)建造師; 陳 龍(1994- )，男，在讀本科生

TU745

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