大型建筑鋼結構虛擬施工建模關鍵技術研究

闞龍興

（河南六建建筑集團有限公司，河南 洛陽 471000）

由于土地資源不可再生，我國建設部已經在幾年前嚴禁使用粘土磚，而我國鋼材產量近幾年一直是供過于求的情況，這就使得鋼材被更多的使用在建筑上，鋼結構建筑是一種新型的建筑體系，建筑鋼結構有很多優點，主要有：施工時間段，受溫度影響較小，所建房屋使用空間大，施工產生的建筑垃圾少，不污染環境，房屋拆除后可重復利用，抗震性好，易于改造等。正是這各種各樣的原因使得我國建筑鋼結構不斷的發展，但是我國在鋼結構建筑上的相關技術人員并不完備，而鋼結構建筑要求施工過程必須精確，特別是大型建筑鋼結構，這就在一些單位的施工過程中常常發生一些事故，而鋼結構由于本身體積較大，吊裝過程受風力影響較大等因素，也使得大型建筑鋼結構在吊裝過程中事故頻發。隨著計算機技術的不斷發展，越來越多的計算機技術被引入各行各業，建筑也不例外，現在，通過將虛擬的建筑技術應用與大型建筑鋼結構的施工上已經成為了一種新的趨勢。建造技術是大型建筑鋼結構虛擬建造的主要技術之一。虛擬施工的過程中有一個很重要的環節就是鋼的結構建模。

隨著我國的經濟建設，國民素質不斷的提高，人們越來越重視精神文明建設，體育中心，展覽館，博覽中心被越來越多的建設起來，其國模也越來越大。所以鋼結構的大跨度施工在我國也進入了一個快速發展的階段。在國外很早的時候就開始運用鋼結構建筑了，在我國，由于起步較晚，所以鋼結構建筑的難度也較大，近幾年大型鋼結構建筑在施工過程中的事故時有發生，其中鋼結構的吊裝過程難度較大，所以事故發生率也居高不下。例如在深圳一個體育館建造時，施工吊裝過程中使用的腳手架坍塌；湖北的一個體育館在建設中由于在施工過程中分桿件彎曲，最終導致了坍塌。在我國，大型鋼結構吊裝在目前的施工過程中主要由以下幾個問題：

（1）在施工中結構容易失去平衡而最終導致坍塌；

（2）在吊裝過程中，個別部件的強度不足而破換了建筑結構整體的受力。

（3）吊裝大跨度鋼結構的時候容易與周圍發生碰撞。

面對這些問題，傳統的技術和工藝往往達不到要求，通過將計算機技術引入其中，對鋼結構建筑進行虛擬吊裝，同時加入實地參數，就可以有效的解決在現實中所遇到的吊裝困難，同時優化原有的施工方案。

建模指的就是建立模型，是將詩句的數據與理論方法相結合而產生的模型，建模技術主要使用各種平臺、軟件，把實際環境所得到的數據和根據測試所得的結果進行擬合，這種方法就稱為建模技術。建模技術可以仿真建筑施工過程，使建筑施工可以在虛擬技術里對其進行分析檢測。

大型建筑鋼結構虛擬施工建模技術可以總結為一下幾點：

1 參數形式數據驅動建模

大型建筑鋼結構的虛擬施工中，參數形式數據驅動建模主要分為兩種，一是鋼結構的參數形式建模即鋼結構參數，二是施工過程中的機械設備參數建模即機械設備參數。參數形式數據驅動建模技術是使用一種IFC的表達方法來對建筑物的模型進行尺寸上的驅動，使用這種方法必須要求由數據庫支持。參數驅動建模技術可利用大小的不同來自由的對模型虛擬成模型現實進行大小形狀上的改變，還可以創建現場施工的資源庫，通過這些來研究虛擬施工和仿真建筑施工。IFC是一種以建筑為對象的模型標準，IFC標準需要有基礎工業方面的數據庫，他的優點是不管是否專業相投，都可以共享同一軟件、數據，IFC的作用是讓整個業內都可以交換、共享所有數據。參數形式的數據驅動建模過程分4步。首先呦呦一個包括基礎模型的分類，基礎模型的收集，可以整理參數信息資料的基礎模型庫。其次是復合物體建模，即建立單個基礎模型等。三是可以把利用模型重組而產生的復雜的模型進行基礎模型組合的標準間特征庫。最后進行模型數據化驅動。各個平臺之間的相互操作、模型的建立、使用與控制都包含在內。在進行建模的時候要注意優化模型與分割模型，分割模型要參照該建筑所含部位與功能來進行分割，分成幾個建模，也就是把一個整體拆開。優化模型要注意在處理模型時要減少建模，簡化建模的工作。同時還要注意要合理的運用分割模型部件，分割順序，適當調整優化等。

2 鋼構件施工吊裝建模技術

鋼構件施工吊裝建模技術包括了基本的幾何模型參數、限制自由運動參數、工件橫截面參數、節點坐標參數、工程模型性能參數、虛擬過程參數和材料特性參數等。在實際的施工操作中，若是有標準模型則還需要有特定的相關參數描述，使模型庫能形成具有建筑元素、建筑工件、建筑特征等建模。在實際的操作中，要結合現場情況。在使用過程中要注意每個起重鋼構件都是具有幾何模型，這就需要使用到鋼構件施工吊裝建模技術中的基本幾何模型參數，各個工件都具有不同的形狀，鋼構件一般為管狀，所以其橫截面要通過工件橫截面參數表達出來，甚至每個工件都擁有它自己的力學性能，如何在其承受范圍內進行相關吊裝施工，就要考慮其各種性能參數，是要到了該技術中的工程模型性能參數。

3 起重設備建模技術及復雜動作建模技術。

起重設備建模技術主要指利用常見的塔吊、履帶吊、叉車等設備進行的起重模型實現。起重設備最重要的是對相關參數的控制。因為在模擬過程中使用不同的起重設備就需要不同的控制參數。在進行起重施工時，其中設備主要動作有行走、起降、回轉所組成，加上各部分之間的相互制約，所以起重是與運動路徑存在一定的關系。每個運動看似都是簡單的直線運動與圓周運動，但是在實際中卻往往不止一個運動，而是各種運動相疊加組成的復雜運動，這就需要擁有良好的復雜動作建模技術。例如，汽車吊在工作當中是利用鋼纜繩帶動滑輪組一起運動，同時汽車吊的轉塔也在轉動，所以需要建模的時候建立獨立的滑輪節點等，相對的不同的運動也要有不同的運動參數，最終的出一個完全仿真的建模。

在實際建筑施工中，如果使用虛擬施工建模技術，可以很大程度上避免一些事故的發生，在大型建筑鋼結構吊裝中，事故率最高，在施工前使用虛擬施工建模技術先對整個吊裝過程進行仿真虛擬，通過對不同的工件使用相應的起重設備，輸入不同的參數后，模擬吊裝前的鋼構件運輸，吊裝時注意各施工結構的力學性能是否適用，吊裝大跨度鋼構件時的安全隱患，是否會撞擊到周圍實體建筑，所用吊索強度是否足夠，吊裝后的高空作業是否會影響到整體性能等。

結語

通過虛擬施工建模技術對施工方案進行優化，提早發現施工過程中的問題并改善，找到相關的施工注意點等。采用大型建筑鋼結構虛擬施工關鍵技術可大大降低施工作業中的故障率。

[1]張帥.大型建筑鋼結構虛擬施工建模關鍵技術研究[J].中國建筑金屬結構，2013（12）.