BIM技術(shù)在涂裝車間裝配式鋼結(jié)構(gòu)正向設(shè)計(jì)中的應(yīng)用*

周凱 縱崗 李營(yíng)

1.鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院/建筑工程學(xué)院 江蘇 鹽城 224005

2.江蘇千和裝配式建筑科技股份公司 江蘇 鹽城 224001

1 國(guó)內(nèi)裝配式鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

經(jīng)行業(yè)調(diào)研和文獻(xiàn)查閱，目前我國(guó)裝配式鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目中BIM技術(shù)應(yīng)用案例已頗多，各個(gè)階段都有應(yīng)用，尤其在鋼構(gòu)件詳圖深化方面BIM應(yīng)用較為突出，但結(jié)合具體項(xiàng)目設(shè)計(jì)，仍存在著諸多不足。例如，絕大多數(shù)國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)水平還停留在二維設(shè)計(jì)層面，他們的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想還未轉(zhuǎn)變，可視化3D校審項(xiàng)目研究不足，BIM正向設(shè)計(jì)研究幾乎沒(méi)有涉及。也有一些國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院雖然名義上提出了裝配式鋼結(jié)構(gòu)正向設(shè)計(jì)說(shuō)法，但實(shí)際操作過(guò)程還是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出二維圖紙，BIM設(shè)計(jì)以所給的二維圖紙進(jìn)行翻模創(chuàng)建三維模型，相當(dāng)于反復(fù)進(jìn)行了從二維到三維的模擬，不是真正意義的BIM正向設(shè)計(jì)[1]。

2 涂裝車間裝配式鋼結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)應(yīng)用思路

涂裝生產(chǎn)車間由于生產(chǎn)線工藝設(shè)備復(fù)雜多樣，建設(shè)工期緊張，裝配式鋼結(jié)構(gòu)是常采用的一種結(jié)構(gòu)形式。為了有效避免設(shè)備與結(jié)構(gòu)之間的碰撞，提高設(shè)計(jì)效率和便于施工管理，在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行三維布局和BIM模型創(chuàng)建，利用SAP2000有限元結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行計(jì)算分析，選定規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，將計(jì)算結(jié)果滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求的計(jì)算模型導(dǎo)出BIM接口數(shù)據(jù)，創(chuàng)建BIM模型。利用Navisworks軟件進(jìn)行碰撞檢查和漫游，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行3D模型校審，將復(fù)雜多樣的工藝設(shè)備管線BIM模型進(jìn)行全專業(yè)整合，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)模型碰撞設(shè)備管線和不合理的部分，按照碰撞檢查報(bào)告、漫游核查視點(diǎn)和內(nèi)部設(shè)計(jì)原則進(jìn)行修改，優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，避免后期引起設(shè)計(jì)變更，造成進(jìn)度滯后。

利用TEKLA鋼結(jié)構(gòu)深化軟件進(jìn)行構(gòu)件深化模型的創(chuàng)建，添加節(jié)點(diǎn)和螺栓，添加附屬構(gòu)件，BIM模型精度達(dá)到LOD400等級(jí)，滿足深化出圖和加工廠加工的深度要求[2]。

3 涂裝車間裝配式鋼結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)踐

3.1 工程概況

本工程基于江蘇常州某地新能源汽車生產(chǎn)涂裝車間的噴房工藝（圖1）工程，采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)。將鋪板和支撐梁進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，整體構(gòu)件都在加工廠加工好后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝，充分利用工業(yè)化特點(diǎn)，有效提高建設(shè)效率，低碳節(jié)能，符合綠色標(biāo)準(zhǔn)的裝配式建筑理念。

圖1 噴房工藝項(xiàng)目

本次工程實(shí)踐基于噴房工藝線，根據(jù)工藝片區(qū)劃分和土建提資，確立結(jié)構(gòu)立柱或反吊布局；根據(jù)平臺(tái)開(kāi)洞提資和功能區(qū)域要求，進(jìn)行平臺(tái)主鋼梁的布局；根據(jù)工藝設(shè)備荷載提資和設(shè)備交界面劃分要求，進(jìn)行平臺(tái)次梁和鋪板的布局?？傮w結(jié)構(gòu)方案的確定思路為：①加強(qiáng)基礎(chǔ)資料收集、調(diào)查，充分進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，找出要因、制定和實(shí)施對(duì)策；②加強(qiáng)方案的前期協(xié)調(diào)及專題報(bào)審工作，少走彎路；③重視降低工程投資、降低設(shè)計(jì)施工難度的重要性[3]。

3.2 三維布局和BIM模型創(chuàng)建

采用通用有限元軟件SAP2000 V22 進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)準(zhǔn)確模型（圖2）的建立，定義結(jié)構(gòu)材料、賦予截面、定義支座和桿單元釋放、定義荷載工況和創(chuàng)建工況組合，進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析計(jì)算，選定規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖2 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

通過(guò)計(jì)算分析，調(diào)整優(yōu)化不滿足規(guī)范要求的鋼柱、鋼梁，重復(fù)加載計(jì)算直至變形、應(yīng)力比等計(jì)算結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，輸出三維結(jié)構(gòu)模型和柱腳節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)反力。

柱腳節(jié)點(diǎn)需要單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮到上部多類設(shè)備的震動(dòng)和機(jī)器人工作的極限要求，需要將柱腳設(shè)計(jì)成剛接柱腳，確定基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，柱腳鋼底板強(qiáng)度f(wàn)為190.00N/mm2，H鋼柱截面尺寸為HW250×250×14×9.0，根據(jù)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算輸出的節(jié)點(diǎn)內(nèi)力導(dǎo)入PKPM節(jié)點(diǎn)工具箱進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，滿足規(guī)范要求[4]。

3.3 設(shè)備管線BIM協(xié)同碰撞檢查及設(shè)計(jì)調(diào)整

將滿足SAP2000結(jié)構(gòu)有限元分析軟件設(shè)計(jì)計(jì)算要求的鋼結(jié)構(gòu)BIM模型直接導(dǎo)出，接口Navisworks軟件將結(jié)構(gòu)模型按照工藝部門協(xié)同設(shè)計(jì)的坐標(biāo)原點(diǎn)導(dǎo)入，與噴房設(shè)備模型整合，進(jìn)行碰撞檢查，得出碰撞視點(diǎn)進(jìn)行分析，調(diào)整優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算模型，充分保證結(jié)構(gòu)模型的一致性，并解決所產(chǎn)生的所有設(shè)備碰撞點(diǎn)和交界面干涉點(diǎn)，以便保障下一步鋼結(jié)構(gòu)深化模型的準(zhǔn)確性。

3.4 裝配式鋼結(jié)構(gòu)BIM深化模型創(chuàng)建

利用Tekla三維深化軟件進(jìn)行平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)BIM深化模型的創(chuàng)建，利用自主研發(fā)接口程序從調(diào)整優(yōu)化修改好的SAP2000結(jié)構(gòu)計(jì)算模型中導(dǎo)出桿件單元整體，然后導(dǎo)入Tekla三維深化軟件快速化建立鋼結(jié)構(gòu)整體模型，通過(guò)參數(shù)化節(jié)點(diǎn)配置螺栓和附屬欄桿設(shè)施等，完成結(jié)構(gòu)整體深化模型的創(chuàng)建，深化模型（圖3）的精度達(dá)到LOD400等級(jí)，并制定詳細(xì)的鋼結(jié)構(gòu)深化細(xì)部參數(shù)，鋼平臺(tái)滿焊安裝完成后，保證無(wú)異響、變形、開(kāi)裂、凹陷等現(xiàn)象。所有鋼板間拼縫下方都必須有支撐型材，鋼板之間的拼接滿焊處理，拼接縫均勻一致，焊接后打磨處理，保證平整無(wú)明顯突起與凹坑。鋼平臺(tái)及支撐梁做3層防銹漆處理，焊接部位需先打磨平整后，再做防銹同規(guī)格處理。風(fēng)管、水管、壓縮空氣管等穿過(guò)平臺(tái)的開(kāi)孔處設(shè)置50mm高滿焊檔邊。立柱位置需考慮預(yù)埋板排氣孔位置，立柱地板螺栓孔不允許現(xiàn)場(chǎng)切割[5]。

圖3 BIM深化模型

4 結(jié)束語(yǔ)

社會(huì)發(fā)展日新月異，信息化技術(shù)更新頻繁，BIM技術(shù)雖然在我國(guó)建筑業(yè)進(jìn)行了大量的推廣和應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)裝配式鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的正向設(shè)計(jì)階段應(yīng)用，還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到國(guó)外同類項(xiàng)目的成熟階段，數(shù)據(jù)信息的傳遞和共享仍存在不足。但是通過(guò)大量的裝配式鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目案例的運(yùn)用和探索，借鑒國(guó)外成熟的正向設(shè)計(jì)理念，相信隨著BIM技術(shù)在裝配式建筑中的不斷深入研究，最終會(huì)形成一套我國(guó)完整的BIM正向設(shè)計(jì)流程和標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理方式，真正促進(jìn)我國(guó)建筑業(yè)工業(yè)化和信息化改革。