Tekla在裝配式鋼結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用研究進展

（黎明職業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，福建 泉州362000）

裝配式鋼結(jié)構(gòu)因施工速度快、工業(yè)化程度高，輕質(zhì)高強，抗震性能好，且具有現(xiàn)場濕作業(yè)少、大跨度、造型千變?nèi)f化及綠色可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)勢而被推廣，但是鋼構(gòu)設(shè)計、施工、運維等依然有缺陷，如在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計中：造型多變導(dǎo)致節(jié)點繁多且復(fù)雜，構(gòu)配件的設(shè)計和施工上的碰撞；施工安裝過程中的偏差以及施工預(yù)算與成本差別較大等現(xiàn)象較為普遍?；诖?，需要BIM技術(shù)與裝配式鋼構(gòu)結(jié)合?；贐IM 技術(shù)的軟件常使用Tekla Structures、Autodesk Revit、PKPM、Navisworks等工具軟件。鋼構(gòu)工程的深化設(shè)計主要采用的是tekla。深化設(shè)計在構(gòu)件的加工、制作和安裝工作中起到了重要的指導(dǎo)作用，能夠把工地和加工過程中的問題充分反映出來，使建筑工程師及結(jié)構(gòu)工程能夠及時采取措施給予解決，使工程進度與質(zhì)量不要受到影響，以避免產(chǎn)生經(jīng)濟上的損失。

一、國內(nèi)外發(fā)展歷程

BIM 的應(yīng)用開始于美國，2002年REVIT公司正式提出了BIM概念。2003年美國率先提出BIM計劃，2007年發(fā)布BIM標(biāo)準(zhǔn)，并要求大型工程項目使用BIM技術(shù)。2008年底，BSA已有IFC標(biāo)準(zhǔn)等系列標(biāo)準(zhǔn)。2010年美國俄亥俄州政府通過了BIM協(xié)議。同年，日本也開始推廣和應(yīng)用BIM技術(shù)。同年，韓國發(fā)布BIM路線圖，稱在2016年在公共建筑中全面采用BIM。2011年英國發(fā)布建設(shè)戰(zhàn)略，計劃在2016年前完成BIM協(xié)同。德國、法國BIM的應(yīng)用率都已達到了45%左右。

國內(nèi)BIM技術(shù)應(yīng)用較晚，鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域是我國首先應(yīng)用BIM技術(shù)的建筑領(lǐng)域，而Tekla也是我國最早采用BIM技術(shù)的軟件之一。Tekla于2000年引入中國，2003年我國建設(shè)部才印《2003-2008年全國建筑業(yè)信息化發(fā)展規(guī)劃綱要》，2004年哈爾濱工業(yè)大學(xué)成立首個BIM實驗室，并舉辦了BIM國際論壇。2011年我國BIM標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布，萬達、龍湖等開發(fā)商也提出了BIM技術(shù)的發(fā)展要求，典型工程有上海中心和上海迪士尼；2014年北京、上海等市也各自提出BIM發(fā)展規(guī)劃與目標(biāo)。BIM技術(shù)是未來趨勢，但目前我國在BIM技術(shù)上的應(yīng)用才剛開始。

二、TEKLA應(yīng)用現(xiàn)狀

Tekla Structures是全球通用且廣泛應(yīng)用的一款鋼構(gòu)深化設(shè)計軟件?？蓡斡脩艋蚨嘤脩敉瑫r創(chuàng)建鋼構(gòu)3D模型，可導(dǎo)出鋼構(gòu)施工詳圖和各種報表，如零件圖、材料清單等，可導(dǎo)出CNC文件用于數(shù)控機床指導(dǎo)下料和制作；可優(yōu)化設(shè)計等。

（一）實際工程應(yīng)用

Tekla軟件作為我國最早引入的BIM技術(shù)軟件之一，其在實際工程中的應(yīng)用還是比較成熟，很多大型公共建筑都采用tekla軟件進行深化設(shè)計，如上海中心，廣州歌劇院等。解永鑫探討了tekla技術(shù)在青島世界園藝博覽會主題館項目上的應(yīng)用，該項目鋼構(gòu)件數(shù)量達三千多件，且種類繁雜，施工管理中若手工統(tǒng)計進出場計劃及安裝清單，不僅工作量大且工作效率低下，使用tekla軟件能對工程進行實時更新的4D動態(tài)管理。周偉等主要分析tekla軟件在體育館鋼屋蓋的深化設(shè)計，該項目造型獨特，在深化設(shè)計時模型直接由原有CAD三維線框模型導(dǎo)入，對檁條檁托等節(jié)點細部進行深化設(shè)計及碰撞檢查，并導(dǎo)出后期施工所需數(shù)據(jù)。尚超宏等利用tekla軟件對北京某鋼混結(jié)構(gòu)科技園進行深化設(shè)計，該項目是鋼混結(jié)構(gòu)，且鋼筋和鋼構(gòu)各構(gòu)件相互交錯，節(jié)點復(fù)雜，使用了tekla軟件進行設(shè)計能很好地解決這一技術(shù)難點，在設(shè)計初期就解決了構(gòu)件碰撞問題，且能及時對模型進行糾正校核并自動更新結(jié)果文件，另外基于該軟件還可自動生成工程量清單和報表。仇云峰等主要分析tekla軟件在重慶復(fù)地金融中心項目各階段的重要作用，該工程項目重要存在構(gòu)件交錯、連接節(jié)點復(fù)雜，大量接口設(shè)計及型鋼和鋼筋組合建模的問題，分析表明應(yīng)用基于BIM技術(shù)的tekla軟件進行設(shè)計，便于解決該復(fù)雜鋼構(gòu)在設(shè)計階段節(jié)點的碰撞檢查，多次設(shè)計變更出圖難題，加工階段的構(gòu)件自動編號及自動生成清單報表，施工階段利用在tekla軟件中建立起重機模型進行施工吊裝模擬及利用軟件對不同進度構(gòu)件不同顏色的標(biāo)識來進行進度控制。楊松等利用tekla21.0版本對中國電科電子科技園2號樓項目進行深化設(shè)計，該項目為大跨度環(huán)形桁架支撐鋼框架，跨度大、構(gòu)件數(shù)量多，利用軟件能提高繁復(fù)的深化設(shè)計工作效率及精準(zhǔn)出圖。朱蕾主要研究tekla軟件在高層鋼框架的深化設(shè)計應(yīng)用，該工程為地下3層，地上15層的鋼框架支撐結(jié)構(gòu)，該項目在建模之初采用多用戶模式，實施同一時間多人分工建模，且深化設(shè)計過程中考慮工廠制作加工及后期運輸和安裝問題，在于工廠溝通基礎(chǔ)上進行tekla的深化設(shè)計。

可見目前tekla在實際工程中的應(yīng)用主要在于深化設(shè)計、碰撞檢查、出清單報表及加工圖。

（二）軟件二次開發(fā)與拓展應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著工程形式的復(fù)雜和多樣化，tekla軟件中的節(jié)點越來越不能滿足所有工程的要求，因此越來越多的工程人員致力于進行tekla軟件的二次開發(fā)，以適應(yīng)復(fù)雜多樣的節(jié)點形式。使用編程訪問Tekla節(jié)點對象有2種方式：一是進程內(nèi)宏程序，適用于中小型項目。二是進程外程序，大部分二次開發(fā)都是進程外程序。

李康龍主要研究的是tekla在某五星級酒店的三維建模及二次開發(fā)在鋼構(gòu)節(jié)點設(shè)計上的應(yīng)用，該工程項目有600多個鋼構(gòu)復(fù)雜節(jié)點，工作量巨大。通過在NET Framework環(huán)境中實現(xiàn)Tekla節(jié)點的二次開發(fā)，自主開發(fā)了一個梁梁連接鉸接節(jié)點，很好地提高了設(shè)計效率及正確率。萬里主要闡述BIM技術(shù)在鋼構(gòu)整個項目中可以集設(shè)計、制造、安裝與運營為一體的優(yōu)勢，并以實際廠房為例分析tekla在BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計流程中的作用、困難及處理辦法，如Staad/Pro軟件數(shù)據(jù)導(dǎo)入tekla軟件中出錯問題及復(fù)雜節(jié)點碰撞問題等的解決辦法。趙雅等主要研究利用tekla軟件和CAD三維技術(shù)對深圳兩鋼構(gòu)館空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進行深化設(shè)計，該網(wǎng)格難點在于表皮是曲面的，彎扭構(gòu)件較多，且有6000多節(jié)點，1.6萬根桿件，在CAD軟件中先創(chuàng)建三維輪廓點，然后導(dǎo)入tekla軟件中，將兩種軟件相結(jié)合可解決復(fù)雜鋼構(gòu)深化難題。范學(xué)寧等主要研究如何利用包括tekla軟件在內(nèi)的BIM技術(shù)如何與數(shù)字化加工相結(jié)合，即用數(shù)字化加工軟件 SionCAM從BIM模型中提取相關(guān)數(shù)據(jù)，形成全方位數(shù)據(jù)庫，且可實時更新，應(yīng)用于整個工程全生命周期各個階段及助力工程各方協(xié)調(diào)工作。王昆鵬[4]首先利用revit軟件建立如物料堆放區(qū)等施工工地布置及土建3D模型，然后將CAD參考模型導(dǎo)入tekla軟件建立鋼構(gòu)3D模型，生成構(gòu)件圖和報表，最后將revit和tekla軟件創(chuàng)建的3D模型導(dǎo)入Navisworks軟件進行參數(shù)整合，并動畫模擬施工計劃、方案和進度。

綜上，基于tekla軟件的二次開發(fā)有助于tekla軟件處理更為大跨度、復(fù)雜的裝配式鋼構(gòu)工程?；趖ekla的拓展應(yīng)用，有助于由原來的3D技術(shù)應(yīng)用升級為5D技術(shù)應(yīng)用，實現(xiàn)工程全方位數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)工程全過程信息的有效采集、修改、管理、共享及成本控制，便于工程管理及工程各方的協(xié)同，在BIM集成平臺上實施工程全生命周期管理。

（三）存在問題

BIM是一種應(yīng)用于項目方案、深化設(shè)計、工程管理、運維等過程的信息化工具。不是靠一個軟件就能解決，目前tekla軟件應(yīng)用過程中要完美地應(yīng)用BIM技術(shù)，存在的問題如下：

一是BIM技術(shù)要用眾多軟件，這些軟件通過如 IFC或 CIS/2標(biāo)準(zhǔn)等導(dǎo)入與導(dǎo)出，容易出現(xiàn)少量數(shù)據(jù)丟失的問題。因此眾多BIM設(shè)計軟件的接口，包括tekla與鋼構(gòu)廠數(shù)控機床接口還需不斷優(yōu)化改善，減少不必要的校正和調(diào)圖時間。

二是tekla軟件中自帶的適用于國內(nèi)項目的節(jié)點不多，建立復(fù)雜模型所花費的時間還是比較多，雖然有不少研究者對軟件進行二次開發(fā)，但二次開發(fā)出來的技術(shù)并未普及，建議tekla公司多開發(fā)一些節(jié)點或者研究出更多開放的節(jié)點插件，便于實際工程建模。

三是Tekla在鋼構(gòu)工程量清單的統(tǒng)計中也存在不能進行涂裝面積統(tǒng)計等問題，在工程量統(tǒng)計方面有待改善。

四是要實現(xiàn)BIM技術(shù)，最關(guān)鍵的就是進行工程全生命周期的信息整合，而各生命周期運用的軟件一般不同，如在深化設(shè)計階段采用tekla軟件，在施工運維階段用的是Navisworks軟件，缺乏一個統(tǒng)一的BIM平臺,較難進行工程全生命周期信息的整合及利用，也就較難實現(xiàn)項目全過程、全生命周期管理。

三、結(jié)論及展望

目前BIM技術(shù)在裝配式結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用，大都集中在對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，而在裝配式鋼構(gòu)上的應(yīng)用研究不多，事實上裝配式鋼構(gòu)比裝配式混凝土結(jié)構(gòu)更具優(yōu)勢，基于BIM技術(shù)理念的Tekla Structures軟件與實際裝配式鋼構(gòu)工程相結(jié)合，在實際鋼構(gòu)工程深化設(shè)計上還是有很大優(yōu)勢，在加工制作、算量統(tǒng)計、施工管理等方面的應(yīng)用技術(shù)雖有涉及，但是還不夠深入，特別是如何利用tekla軟件結(jié)合其他BIM軟件比較好地進行工程項目全生命周期管理在未來發(fā)展中還有很大的發(fā)展空間。