BIM技術在勁性混凝土鋼筋復雜節點中的應用

■ 叢楠 溫國威 孫喜亮

BIM技術在勁性混凝土鋼筋復雜節點中的應用

■ 叢楠 溫國威 孫喜亮

大型公共建筑結構復雜，包含大量勁性混凝土結構，節點處鋼筋密集復雜，深化難度大。描述BIM技術在烏魯木齊新客站勁性混凝土鋼筋復雜節點中的應用以及取得的成果，并通過與傳統二維圖紙深化進行比較，體現采用BIM技術進行三維建模對勁性混凝土鋼筋復雜節點深化設計的優勢，為同類工程在此類問題上的解決提供借鑒。

BIM技術；建模；復雜節點；深化設計；勁性混凝土

BIM作為數字技術，可以解決建筑工程在軟件中的描述問題，使設計人員和工程技術人員能夠對各種建筑信息做出正確的應對，并為協同工作提供堅實的基礎。BIM技術在我國正處于起步階段，目前已在一些大型項目中展開應用，部分應用取得了良好的效果，得到了廣泛的認可。在中國建筑業協會發布的《施工企業BIM應用研究報告2012》調查結果中顯示，BIM對施工階段技術提升最大的4個價值為：輔助施工深化設計或生成施工深化設計圖紙；利用BIM技術對施工工序的模擬和分析；基于BIM模型的錯漏碰缺檢查；基于BIM模型的實時溝通方式。

1 工程概況

烏魯木齊新客站工程為蘭新高鐵的重要樞紐，位于烏魯木齊市沙依巴克區。站房總建筑面積99 982 m2，高架落客平臺投影面積5 822 m2，雨棚投影面積59 490 m2，建筑高度40．9 m，地下1層（局部2層），地上2層（局部4層），站房主體結構（除屋蓋部分）采用現澆框架結構體系，因站房有層間高度大、跨度大的特點，設計時采用了大量的勁性混凝土結構。結合BIM技術的優點，同時考慮到工程的實體規模和施工難度，烏魯木齊新客站項目決定引入BIM技術對項目進行全生命周期的管理，在工程施工前，使用建立了三維模型達到節點可視化。施工階段作用明顯，在鋼結構、鋼筋、裝飾裝修深化設計，機電管線綜合布置等方面應用取得了一定的成果。

選取運用BIM軟件Autodesk Revit解決勁性混凝土鋼筋復雜節點深化設計這一應用點，通過具體深化設計案例實踐和體會，探討BIM技術在解決施工問題中所體現的作用（見圖1）。

2 傳統勁性混凝土結構鋼筋復雜節點深化設計問題

2.1 深化設計配合

勁性混凝土節點深化設計大多需要土建工程師以及鋼結構工程師共同進行，由土建鋼筋工長對鋼筋進行深化設計，鋼結構工程師對鋼構件進行深化設計，受專業所限，在深化設計過程中往往對其他相關專業考慮不周全，現場施工時鋼結構與鋼筋接泊會出現偏差，增加施工難度，影響施工質量。

2.2 穿筋孔位置

十字鋼骨柱在與梁相交處設置有牛腿擔筋板，擔筋板處設置穿筋孔以保證柱主筋的通過，因此，擔筋板上的穿筋孔限制了柱主筋的定位。依靠傳統二維圖紙深化設計時對梁、柱節點處鋼筋的相對位置關系不能做到準確把握，無法準確定位穿筋孔的位置，不能保障梁筋、柱筋相交時無碰撞通過。

2.3 勁性混凝土梁、柱相交節點

本工程勁性混凝土梁與柱相交，梁鋼筋在節點與鋼柱相交時存在3種設計形式。一是鋼筋與鋼管柱采用接泊器連接；二是鋼筋穿過鋼管柱穿筋洞通長設置；三是鋼筋繞過鋼管柱，形成加掖的形式。鋼管柱在深化設計過程中分別在上層和下層分別設置接泊器和穿筋洞，剩余鋼筋繞柱設置。但鋼柱可焊接泊器位置有限，開洞受到力學限制，加掖寬度也受到設計限制，實際施工過程中3種形式都對鋼筋通過數量有限制，本工程又存在鋼筋數量多、直徑大的特點，深化設計時就需要綜合考慮鋼筋與鋼筋間的位置關系以及鋼筋與鋼柱相交時每種形式的數量分配，進行合理排布。而依靠傳統二維圖紙深化設計這種形式復雜、鋼筋密集的節點難度很大，深化設計結果在實際施工時難以操作。

3 BIM技術在新客站勁性混凝土鋼筋復雜節點應用

3.1 穿筋孔準確定位

圖2（a）所示KZ4在C1KL16方向為13根直徑25 mm鋼筋（HRB400）。以鋼筋在構件中等間距布置原則對此節點進行建模，建模完成后對梁柱鋼筋進行碰撞檢查，對產生碰撞的鋼筋位置進行調整，確定梁柱主筋的排布定位（見圖2（b）），從而確定擔筋板穿筋孔的位置。最后由模型生成二維圖紙（見圖2（c）），標注尺寸，指導鋼構件加工。

3.2 勁性混凝土梁、柱相交節點

烏魯木齊新客站站臺層C1KL37節點處上層鋼筋為31根直徑36 mm（HRB400），三排設置（13/13/5），下層鋼筋為26根直徑36 mm（HRB400），兩排設置（10/16）；C1KL7上層鋼筋為24根36 mm（HRB400），三排設置（10/10/4），下層鋼筋為26根直徑36 mm（HRB 400），兩排設置（10/16）；KZ13B主筋為68根直徑25 mm鋼筋（HRB400）。

建立BIM模型后，對鋼筋進行排布，為保證鋼筋全數穿過，經過數次調整，得到最終模型（見圖3（a）），確定C1KL37上層鋼筋6根與接泊器連接，13根由穿筋洞穿過（一側7根，一側6根），12根分兩邊從鋼柱旁繞過，下層鋼筋6根與接泊器連接，12根由穿筋洞穿過，8根分兩邊從鋼柱旁繞過；C1KL7上層鋼筋4根與接泊器連接，12根由穿筋洞穿過，8根分兩邊從鋼柱旁繞過，下層鋼筋排布同C1KL37下層鋼筋排布。由BIM模型形成剖面圖（見圖3（b））方便現場攜帶，指導現場施工。

3.3 發現節點問題，優化節點設計

圖4（a）為本工程北站房地下擋土墻一部分，依據平面圖紙建立BIM模型（見圖4（b）），由BIM模型可以看出墻水平筋一側可通長設置，另一側水平筋因鋼柱限制只能錨固于柱內，其中在十字鋼骨柱處有足夠的空間進行彎錨錨固，但在圓鋼管柱一側沒有足夠空間進行錨固，因此在圓鋼管柱設置接泊器（見圖4（c））。

兩柱間間距6 800 mm，小于一根鋼筋原材9 000 mm，按鋼筋工長深化設計結果，下料表兩鋼柱間為一根整料，按料表將鋼筋錄入模型，從模型可以看出此墻鋼筋密集，彎錨端墻柱節點空間狹小，而鋼筋與接泊器連接時會帶動彎錨端轉動，依此可以推斷出一端彎錨，另一端與接泊器連接的鋼筋在此節點在實際施工中無法操作的。為解決這個問題，在模型中每根水平筋截斷為兩段，斷點處加正反絲扣直螺紋套筒，在實際操作中先將直鋼筋與接泊器連接，再將有彎頭鋼筋與直鋼筋用正反絲扣直螺紋套筒連接。

4 結論

BIM模型對比傳統二維圖紙在勁性混凝土復雜節點深化設計主要優點有：（1）具有強大的三維設計功能節點可視化，表達直觀，解放深化設計人員的想象力；（2）提供了良好的合作平臺，使各專業間的合作簡單化，做到了信息共享、協同工作；（3）可以在深化設計階段檢查鋼筋碰撞等問題，利于在施工前發現問題，解決問題，避免返工整改等問題；（4）深化設計準確，可以指導加工；（5）可以在三維模型和二維圖紙間進行轉換，能適應傳統看圖模式。

在應用過程中發現基于BIM模型進行深化設計在目前工作中存在一些不足：（1）BIM建模技術在我國仍處于起步階段，建模大多需要借助專業咨詢公司的參與；（2）BIM模型軟件對計算機硬件要求高。

通過以上優缺點分析總結可以看出，就目前國內建筑行業現狀而言，對于結構復雜的工程，BIM技術在深化設計節點、提前解決施工問題產生的資金節省較為可觀，應用效果明顯，對工程的安全質量提供了良好的保障；對于體量較大、結構復雜的工程而言，選擇BIM建模來對勁性混凝土鋼筋節點進行深化設計，是一種切實可行、效果良好、具有一定收益的選擇。其不足之處就是前期投入了一定的咨詢費用和計算機硬件費用，如果施工單位自有一批具有掌握BIM技術的管理人員，硬件設施在項目間周轉使用，這種不足可以消除。要利用好BIM技術來解決施工問題，施工單位應從企業層面上重視BIM技術，大力推廣BIM在施工階段的應用，進行專項資源投入，培養屬于自己企業的BIM專業技術人員、管理人員，把BIM作為一種常態化的技術方法、管理手段，不僅可以提高工作效率，進一步節約成本投入，產生更好的經濟效益，同時也是對企業形象和企業競爭力的提升。

[1] 楊富華，鄒惠芬，唐昊，等． 建筑信息模型（BIM）與傳統CAD的比較分析[C]//第十屆沈陽科學學術年會論文集，2013．

[2] 江宇冠，吳平春，王耀，等． BIM技術在某工程復雜節點鋼筋設計中的應用[J]． 施工技術． 2013，12(24)：93-96．

叢 楠：中建交通建設集團有限公司，助理工程師，北京，100142

溫國威：中建交通建設集團有限公司，助理工程師，北京，100142

孫喜亮：中建交通建設集團有限公司，工程師，北京，100142

責任編輯 楊環

U291.1

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1672-061X（2015）06-0080-04