BIM技术在钢结构中的应用

GXF360 2017-06-16

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BIM技术在钢结构中的应用

尚超宏　苗兴光

(中建二局安装工程有限公司廊坊钢结构分公司，河北廊坊　065000)

摘　要：通过在通用电气医疗中国研发试产运营科技园项目中所运用的BIM技术，着重介绍了Tekla软件在该项目中的钢结构深化设计流程、设计依据、深化中遇到的重点难点等；阐述了BIM技术对于钢结构深化设计的重要性。

关键词：钢结构；加工厂；深化设计；BIM； Tekla

DOI:10.13206/j.gjg201607025

1　工程概况

通用电气医疗中国研发试产运营科技园位于北京经济技术开发区65街区65M6地块，其南北长约284 m，东西长约177.2 m，总用地面积约50 113.1 m2。项目总建筑面积74 200 m2，其中地上58 400 m2，地下15 800 m2(图1)。本项目主要功能为实验、研发、运营。地下结构共一层，作为车库使用；地上建筑由研发运营楼与实验楼组成；其中研发运营楼6层，建筑高度为28.80 m；实验楼5层，建筑高度为28.80 m。建筑结构安全等级为二级，结构设计使用年限为50年。

图1　通用电气医疗研发试产运营科技园项目

结构体系为框架-剪力墙结构；基础形式梁式筏板基础；局部地基采用CFG桩进行处理。

2　BIM技术的重要性

目前，国内大部分超高层建筑，大型工业建筑都以钢结构、钢管混凝土及钢骨混凝土结构为主，该项目采用了钢骨混凝土结构，不仅能保证结构稳定，而且施工方便，降低成本，符合我国绿色建筑发展要求。由于钢结构的零件和构件都是在工厂内由大型设备进行加工生产，设备体积大，设施成套，不能随时移动，所以要确保工厂下料和制作构件的精确度，就需要使用Tekla Stuctures软件进行详图深化设计，让设计图纸表达得更清楚，材料采购更合理，以便于加工制作。

2.1　Tekla Stuctures对钢骨混凝土结构的影响

该项目建筑钢混结构和钢筋连接复杂，而且所有的设计资料都是平面的，在深化设计过程中，如果不能很好地解决这一系列问题，不仅会给制作和安装带来麻烦，还会造成间接的经济损失。运用Tekla软件，可以将二维的设计资料在三维模型中进行表达，不仅能准确反映设计资料已包含的所有信息，还能及时发现其中存在信息缺少、标高位置不对以及加工厂制造困难等问题。

2.2　Tekla BIM Sight对工程的影响

Tekla BIM Sight是Tekla为建造行业提供的专业的建筑信息建模程序，可以将不同专业所建造的三维模型通过此软件合并在一个模型中，以达到审核模型和检查碰撞的作用，从而达到优化施工流程的目的。整个项目中的碰撞问题在发生之前就能预先确定，事前进行解决，节省事后的工程签证，缩短工程工期，同时也可在三维模型的基础上做到较为精准的成本核算。在现场施工中，也可使用该软件做到层层过滤、剖面剪切、透视观察模型的室内结构形式。该软件有强大的兼容性能，通过各专业的模型合并，在现场更直观、更迅速地了解会议中所讨论的项目重点位置的施工情况。

3　BIM技术在该项目中的应用

3.1　项目深化设计中的重点、难点

3.1.1　钢混结构的特点

钢混结构是型钢和混凝土的混合结构，包括外围钢框架或型钢混凝土、钢管混凝土框架与钢筋混凝土核心筒所组成的框架-核心筒结构，以及由外围钢框架或型钢混凝土、钢管混凝土框筒与钢筋混凝土核心筒所组成的筒中筒结构。

3.1.2　建模阶段的重点、难点

该项目在深化设计时要考虑整体钢结构的建模准确度，完整性；重点在于因构件分段定位，要进行接口设计，焊缝收缩量量化补偿；图纸还要与现场焊接的配合，如坡口方向、连接板设计等。钢混结构钢筋布置复杂，钢结构与混凝土钢筋需要组合建模,是该工程深化设计的最难点，如图2所示。

图2　复杂的钢筋结构

3.1.3　BIM技术在钢混结构中的应用

复杂的结构只靠人脑去想象是比较困难的，BIM技术的特点之一就是提供了可视化的思路，将以往线条式的构件图纸转化成三维的立体实物展示出来，在该项目中设计图与立体实物模型相结合，通过模型可看到每个细节，包括主构件样子、钢筋的位置、套筒的角度等，将复杂的钢筋结构进行良好的展示。

1)由于此项目是钢骨柱与钢骨梁连接结构，首先应考虑到钢骨柱本身纵筋的分布情况。通过BIM可视化特点，观察实体模型，当钢骨柱的纵筋将要贯穿钢骨梁时，在钢骨梁的上、下两端各做一块板来固定钢骨柱的纵筋，如图3所示。

图3　纵筋与钢骨梁相交

2)要考虑钢骨柱本身的箍筋在穿过钢骨梁的范围内需要加密，所以要在加密范围内进行补强，如图4所示。

图4　穿孔补强

3)当弱轴方向的上铁和下铁穿过钢骨柱时，一排铁要进行补强，二排铁应用搭筋板进行焊接，如图5所示。

图5　上铁补强和搭筋板焊接

3.2　项目钢结构整体深化设计流程

3.2.1　项目深化设计依据

项目深化设计部分将根据业主提供的招标文件、答疑补充文件、技术要求和设计蓝图为依据，结合工厂制作条件、运输条件，考虑现场拼装、安装方案、设计分区及土建条件进行钢结构部分的图纸深化。深化设计图是作为指导本工程工厂加工制作和现场拼装、安装的施工详图。

3.2.2　Tekla Structures软件

Tekla Structures软件作为三维BIM设计软件，不仅可以生成项目中所需要的各种图纸及报表，而且还可以将模型信息与其他软件实现共享，减少设计过程中的工作量及错误发生的概率；Tekla Structures软件可以贯穿整个结构设计及建造过程，利用软件间的接口可以实现将计算模型导入到Tekla Structures软件中进行详细设计图纸的生成，节点的创建，加工设计图纸及各种报表的生成，结构模型深化完成后还可以将其导入到其他三维软件中与其他专业模型做碰撞校核等功能。

3.2.3　项目深化设计流程

1)运用Tekla软件建立轴线。

仔细审阅设计图纸，按图纸要求运用Tekla在模型中建立统一的轴网；根据构件规格在软件中建立规格库；定义构件前缀号，以便软件在自动编号时能合理的区分各构件，使工厂加工和现场安装更合理方便，更省时省工，如图6所示。

图6　局部轴线示意

2)精确建模阶段。

Tekla 3D模型包含了设计、制造、安装的全部需求，所有的图面与报告完全整合在模型中产生一致的输出文件，与以前的设计系统相比，Tekla可以获得更高的效率与更好的结果，让设计者可以在更短的时间内做出更正确的设计。根据施工图、构件运输条件、现场安装条件及工艺等方面对各构件进行合理分段、对节点进行人工装配。图7为运用Tekla软件搭建的模型。

图7　模型搭建

3)模型校核阶段。

在此项目中，钢筋混凝土构件与各构件交错连接，结构复杂，如果到施工现场才发现安装困难，无论是运回工厂返工或者是现场调整修改都会造成工期延误，也会因人工及材料的浪费导致工程成本的增加。通过Tekla软件本身包含的碰撞检测功能，可以方便快捷地检测出碰撞对象的位置，由专人对模型的准确性、节点的合理性及加工工艺等各方面进行校核；运用软件中的校核功能对整体模型进行校核，防止构件之间相互碰撞，如图8所示。

a—校核前;b—修改后。
图8　钢筋碰撞

4)构件编号阶段。

模型校核后，通过Tekla软件的编号功能对模型中的构件进行编号，软件将根据预先设置的构件名称进行编号归并，把同一种规格的构件编号统一编为一类，把相同的构件合并编号，编号的归类和合并更有利于工厂对构件的批量加工，从而减少工厂的加工时间。

5)构件出图阶段。

通过模型Tekla能够自动对模型中的构件、节点自动生成初步零件图、构件图以及施工布置图；然后对图纸中的尺寸标注、焊缝标注、构件方向定位及图纸排版等方面进行修改调整，力求深化图纸准确、简洁、清楚、美观。由于所有信息都存储在模型内，且与模型紧密关联，因此当工程发生设计变更时，只需对模型进行修改，各种与之关联的图纸文件和数据文件均会相应地自动更新，很好地解决了工程多次变更版本所带来的一系列难题。

6)工程量清单及报表。

在以往的深化设计中，在深化设计图纸完成后，经工艺部门排版套料，才能形成准确的材料清单进行采购和加工。通过Tekla根据模型自动生成工程量清单和报表，对材料的使用做精细化控制，避免材料浪费；为招投标，进度款支付、结算等提供工程量支撑；可快速统计和查询各专业工程量。

7)工程进度管理。

把计划施工时间、实际施工时间与模型相结合，及时发现施工进度偏差，优化工程进度计划。具体工作包括：进度计划与模型的衔接，细化到具体楼层、施工段、专业等；进度计划与实际现场进度对比，直观反映进度偏差情况，如图11所示。

5　结束语

BIM技术不仅让管理人员快速了解项目的建筑功能、结构空间和设计意图，而且，其任意的模型剖切及旋转功能，使得复杂工程结构一目了然。通过BIM技术，可在模型的建立过程中，将图纸中的所有信息反映到模型中，并结合自身经验判定模型中的节点是否合理，现场施工是否能实现，从而将图纸问题和施工难题在建模阶段就予以解决，使后期施工的流畅性和经济性得到有效保证。

图11　工程进度管理

参考文献

[1]　魏群，伊伟波，刘尚蔚.BIM技术中的数字图形信息融合集成系统研究进展[C]//中国建筑金属结构协会钢结构分会年会和建筑钢结构专家委员会学术年会论文集.萧山：2014.

[2]　刘爽. 建筑信息系统(BIM)的应用[J]. 建筑学报， 2008(2):100-101.

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[4]　刘照球，李云贵.建筑信息模型的发展及其在设计中的应用[J].建筑科学，2009,25(1):96-99,108.

[5]　沈峰，曹洁华. BIM在钢结构加工制造中的应用[C]//第3届工程建设计算机应用创新论坛论文集.上海：2011:343-34.

APPLICATION OF BIM TECHNOLOGY IN STEEL STRUCTURE

Shang Chaohong　Miao Xingguang

(The Second Bureau Installation Engineering Co. Ltd， Langfang Steel Plant， Langfang 065000， China)

ABSTRACT：BIM technology was applied in the project of General electric medical Chinese trial operation technology park. This paper focused on the application of Tekla software in the project of steel structure in-depth design flow, design consideration, and the key points and difficulties of in-depth design and so on. The significance of BIM Technology for the in-depth design of steel structure was also elaborated.