BIM技術(shù)在核心筒桁架層施工中的應(yīng)用

張 爽 樊冬冬 陳執(zhí)鑫

（中建三局第一建設(shè)工程有限責(zé)任公司，武漢 430000）

1 項(xiàng)目概況

蘭州鴻運(yùn)金茂項(xiàng)目位于蘭州市核心地區(qū)，總建筑面積37.8萬㎡，包括兩棟超高層辦公樓， A塔51層，B塔31層，商業(yè)裙樓8層。A塔建筑高度285m，B塔建筑高度169.6m，為目前甘肅地區(qū)在建的第一高樓。

A塔樓核心筒設(shè)有兩道伸臂環(huán)帶桁架層，桁架層鋼結(jié)構(gòu)總重約 470t，鋼構(gòu)件主要材質(zhì)為 Q390GJGZ25，板厚為70mm。核心筒桁架層層高6.4m，核心筒墻厚0.9m，砼等級C60。

2 桁架層施工重難點(diǎn)

圖1 核心筒環(huán)帶鋼結(jié)構(gòu)

核心筒內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)為環(huán)帶桁架（如圖1所示），上下弦鋼梁、牛腿、腹桿影響縱筋、水平筋和拉結(jié)筋的正常綁扎，鋼筋施工是難點(diǎn)。

核心筒采用頂模體系進(jìn)行施工，原設(shè)計(jì)角柱牛腿分段長度較長，頂模軌道梁等是否影響鋼結(jié)構(gòu)吊裝，頂模頂升是否被鋼結(jié)構(gòu)影響是重點(diǎn)。

桁架層施工涉及到鋼筋、模板，鋼結(jié)構(gòu)吊裝，頂模頂升，各工序之間的相互協(xié)調(diào)，保證順利施工是重點(diǎn)。

3 基于BIM的應(yīng)用思路

為解決桁架層施工過程中的重難點(diǎn)問題，保證現(xiàn)場順利施工，與傳統(tǒng)二維圖紙分析相比，在桁架層施工前，梳理基于BIM的應(yīng)用思路（如圖2所示），包括搭建BIM模型，進(jìn)行相應(yīng)碰撞分析、工序分析、吊裝及頂升分析，根據(jù)分析結(jié)果提交設(shè)計(jì)院深化，同時(shí)進(jìn)行深化調(diào)整，采用相應(yīng)措施，對整個(gè)施工過程進(jìn)行推演，合理的安排施工工序并做好交底。

圖2 應(yīng)用思路

4 桁架層深化設(shè)計(jì)

（1）利用 tekla軟件進(jìn)行桁架層鋼結(jié)構(gòu)深化（如圖3所示），原深化時(shí)主要為鋼結(jié)構(gòu)單專業(yè)深化，未能有效同土建以及頂模體系結(jié)合。

圖3 鋼結(jié)構(gòu)深化

（2）利用revit軟件根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行鋼筋建模搭建，包括角部模型節(jié)點(diǎn)（如圖 4所示）以及整體鋼筋模型（如圖5所示）。一是檢查自身鋼筋排布是否存在不合理，二是下一步同鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行碰撞檢查，優(yōu)化鋼筋排布及形式。

圖4 角部鋼筋節(jié)點(diǎn)模型

圖5 整體鋼筋模型

圖6 頂模模型整合

（3）將頂模模型與核心筒模型及鋼結(jié)構(gòu)模型整合（如圖6所示），以便下一步鋼構(gòu)吊裝模擬及頂模頂升模擬，分析在頂模頂升過程中是否會(huì)存在碰撞，頂模平臺(tái)是否影響鋼結(jié)構(gòu)安裝等問題。

5 遇到的問題及優(yōu)化

在上述模型深化、搭建完成后，將鋼結(jié)構(gòu)模型及核心筒鋼筋模型進(jìn)行整合，運(yùn)行碰撞分析，發(fā)現(xiàn)兩者之間的沖突，同時(shí)模擬頂模頂升，鋼結(jié)構(gòu)吊裝，發(fā)現(xiàn)工序之間存在的問題。根據(jù)分析結(jié)果提出優(yōu)化解決辦法。

（1）鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)腹桿等沖突

鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)之間共發(fā)現(xiàn)911項(xiàng)碰撞（如圖7所示），主要包括暗柱水平拉筋被鋼構(gòu)件阻斷、豎向縱筋與栓釘相碰撞、內(nèi)排縱筋遇到腹桿無法通過等等。

圖7 鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)碰撞沖突

根據(jù)碰撞結(jié)果，將碰撞報(bào)告，各部位之間的三維關(guān)系，優(yōu)化方案等提供給設(shè)計(jì)院，設(shè)計(jì)院審核后進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)修改，滿足施工要求（如圖8所示）。設(shè)置相應(yīng)鋼筋連接器，箍筋進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整等等。

圖8 鋼筋優(yōu)化

（2）鋼結(jié)構(gòu)與頂模平臺(tái)沖突

通過吊裝模擬分析發(fā)現(xiàn)，原設(shè)計(jì)牛腿無法順利通過頂模平臺(tái)吊裝就位，擬修改牛腿節(jié)點(diǎn)，適當(dāng)減少出廠時(shí)牛腿長度，剩余部分在現(xiàn)場進(jìn)行焊接（如圖9所示）,將該工況進(jìn)行施工模擬提交設(shè)計(jì)院，進(jìn)行論證分析。

在模擬的過程中發(fā)現(xiàn)牛腿和頂模軌道梁有100mm間隙可以保證頂模正常頂升，根據(jù)此模擬對比，來調(diào)整牛腿，最大程度保證出廠時(shí)的長度，減少現(xiàn)場焊接。

圖9 鋼結(jié)構(gòu)牛腿優(yōu)化

在上項(xiàng)牛腿優(yōu)化過程中，因?yàn)榕Ｍ确指铋L度有限，基本長度需保證，但垂直吊裝有難度，在模擬中多次調(diào)整角部鋼結(jié)構(gòu)吊裝方向，進(jìn)行與頂模的碰撞分析，最終調(diào)整到一個(gè)合適角度，能夠保證角柱牛腿順利吊裝（如圖 10所示），同時(shí)最大程度保證牛腿初始長度。

圖10 角部鋼結(jié)構(gòu)吊裝

（3）頂模頂升與鋼結(jié)構(gòu)腹桿沖突

在頂模頂升模擬過程中，發(fā)現(xiàn)頂模支撐牛腿提升到上一個(gè)標(biāo)高時(shí)，與鋼結(jié)構(gòu)斜腹桿影響，牛腿無法正常放在支撐梁上如圖11（a）所示）。

根據(jù)分析結(jié)果，因頂模爬升支撐需要，鋼結(jié)構(gòu)斜腹桿無法調(diào)整，故最終選擇調(diào)整連梁高度如圖11（b）所示，保證牛腿上方的最小凈高。通過頂模牛腿升出模擬，以能滿足頂升要求為準(zhǔn)，使連梁高度減少的程度盡可能小如圖11（c）所示）。同時(shí)原有連梁高度范圍內(nèi)預(yù)埋套筒，后期再進(jìn)行施工。

圖11 頂模頂升優(yōu)化

（4）施工工序關(guān)系

桁架層施工時(shí)，如下層鋼筋已施工上來，在鋼結(jié)構(gòu)吊裝模擬中，發(fā)現(xiàn)會(huì)影響下弦桿安裝；故鋼筋施工至下弦桿時(shí)，需待鋼結(jié)構(gòu)先行施工。

根據(jù)模擬鋼結(jié)構(gòu)吊裝順序，在完成一面鋼結(jié)構(gòu)吊裝焊接后，可插入該段的鋼筋施工。

6 結(jié)語

（1）將設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)制作、鋼結(jié)構(gòu)安裝、土建之間的協(xié)調(diào)三維化、直觀化，通過施工模擬，提前發(fā)現(xiàn)問題并解決，避免了施工過程中出現(xiàn)紕漏。相比傳統(tǒng)作業(yè)方式，在溝通上高效，節(jié)約雙方之間溝通時(shí)間約5天。

（2）通過模擬，明確及優(yōu)化了施工工序，提前處理了施工中發(fā)生的問題。因桁架層的特殊性，涉及到鋼結(jié)構(gòu)、頂模，若鋼構(gòu)在吊裝過程中再發(fā)現(xiàn)碰撞問題，頂模頂升到一半再發(fā)現(xiàn)牛腿無法升出，將會(huì)極大程度的影響工期，相比傳統(tǒng)方式，采用BIM技術(shù)提前深化模擬更能直觀全面的發(fā)現(xiàn)問題。提前整個(gè)核心筒桁架層施工工期約2天。

（3）在核心筒桁架層施工過程中，提前采用多樣化BIM技術(shù)，綜合對重點(diǎn)施工部位從設(shè)計(jì)方面，到施工工序方面，全面應(yīng)用，為順利施工提供保障，為其他工程桁架層施工提供了應(yīng)用思路及指導(dǎo)，其技術(shù)實(shí)施路線在遇到其他重要分部分項(xiàng)工程時(shí)也可以進(jìn)行參考。