BIM技術在鋼結構工業建筑改造中的應用

鄧 凌

（中煤科工集團南京設計研究院有限公司，江蘇 南京 210031）

1 工業建筑改造實例

以某煤礦企業工業建筑實例作為本次研究對象，依據《建筑抗震設計規范》(GB 50011-2010)附錄A.0.21-2，本區的抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為 0.05g（第二組）。本工程設計服務年限為 50年。本礦井地面工程總的設計原則為：“安全、經濟、美觀、實用”。主要由提升、通風、壓風系統及與排矸系統組成。

1）主要的建、構筑物主要包括1＃、2＃主斜井聯合井口房，2#副斜井井口房，矸石翻車機房，連接各建、構筑物之間的皮帶輸送機棧橋等。主、 副斜井口房、矸石翻車機房、轉載點等均采用鋼筋混凝土框架結構，基礎根據場地情況采用人工挖孔樁或柱下獨立基礎；皮帶輸送機棧橋主要采用鋼桁架、鋼筋混凝土支架的結構形式，根據棧橋高度的不同基礎采用鋼筋混凝土獨立基礎、條形基礎和筏板基礎。

2）其它主要包括通風機配電間、壓風機房、瓦斯抽放泵站。壓風機房、瓦斯抽放泵站等采用鋼筋混凝土框架或排架結構，柱下單獨基礎或條形基礎；其余建筑物和構筑物一般均為磚混結構，毛石條形基礎。

3）皮帶輸送機棧橋總長 157m。說明：彩鋼夾芯板為單層彩色壓型鋼板，所有磚墻外墻厚度均為240mm）。

2 建筑改造的基本思路

1）需要對工業建筑原有的結構形態進行正確的認識，通過對既有結構的深入分析，明確原建筑中哪些構件是能夠被拆除，哪些構件是能夠被保留的，以及哪些構件需要做加固處理。以上處理途徑不同的構件都需要預先進行分類并做科學合理的描述。

2）需要著重解決在既有的建筑結構當中，有哪些部分需要新增相應的框架梁結構以及柱體結構，同時還需要處理在結構連接方面存在的問題。

3）需要確保在改造方案實施后的建筑結構能夠滿足抗震設計規范方面的相關要求。為了達到這一要求，就需要整體進行計算，將基友結構與新增結構合并起來進行處理，同時對原有結構構件的承載力情況進行科學的判定。

4）要選擇合理且科學的施工方案以及施工流程。考慮到煤礦企業工業建筑的特殊性，在建筑工期方面往往有比較嚴格的的要求，因此在設計時需要對施工順序以及施工方案進行靈活的考慮與設置，確保改造方案的可行性。

3 建筑改造流程分析

BⅠM 技術從實質上來說是三維模型技術的拓展與延伸，在傳統三維模型設計的基礎之上，BⅠM 技術實現了多個專業在同一平臺上的協同設計。本案例分析中所使用的BⅠM技術為Revit所提供的設計軟件。設計的第一步在于查詢分析本建筑原有的結構竣工圖，將圖紙中的相關內容納入Revit軟件當中（如圖1所示），然后分別納入第一次以及第二次改造后整體結構的三維模型圖。

除這一內容以外，BⅠM 軟件設計期間還需要實現工作集以及可見性方面的特點，這一特點決定了同一項目除了可以由多人完成以外，還可以實現改造期間相關構件的分類需求。在Revit中，劃分好工作集后，就可以建立結構構件了，在哪個工作集下工作，建立的結構構件就歸到哪個工作集內。然后根據不同的工作集，設好可見性，就可以實現不同的圖紙表達。

需要重視的是：在對建筑結構進行一次改造的過程當中，建筑原有結構當中的部分構件需要被拆除，拆除的方案需要被反映在另一圖紙當中并表達給施工單位。從BⅠM分析的角度上來說，由于已經錄入了全部的結構構件，且已經按照工作集做好了分類，因此提取這些構件并在圖紙上標識是非常簡單的。在進入可拆除階段后，除了需要進行部分構件的拆除以外，還需要完成對各個樓層的新建工作，在此期間可以通過設置二次改造可見性的方式，得到在二次改造前需要完成拆除的內容（如圖2所示）。

圖1 ：既有結構三維模型圖

圖2 ：二次改造后結構三維模型圖

在此基礎之上，利用Revit和輔助軟件的互通功能，可以將建好的模型傳入輔助軟件進行當中進行結構計算。計算結果顯示，原有混凝土柱配筋不足，須進行加固。

4 應用“BIM” 技術進行工業建筑鋼結構改造項目優勢

1）高效性— ——協調最優改造方案，顯著提升工程改造效率在工業建筑改造的鋼結構設計前期方案和初步設計階段，運用BⅠM技術可以協調建筑師、 結構以及設備等各專業工程師，并在BⅠM模型中進行各專業沖突以及碰撞檢驗， 靈活提供可實現的備選方案。

2）經濟性— ——控制工程造價，擴展鋼結構工業建筑改造工程應用前景“BⅠM”平臺建立了與成本相關數據的時間、空間、工序的5D維度關系，優化人力資源配比，可將工作分解后利用項目調度系統優化鋼結構安裝方案，統籌完善工業建筑改造的成本控制，在清晰表達造價關系的同時提供精確的成本信息，使實際成本數據得到高效處理分析，從而有效地控制鋼結構工業建筑改造成本較高這一實踐短板，擴展應用前景。

3）便捷性— ——同步更改二維圖紙，降低結構二次設計難度利用BⅠM模型，三維建筑構件及方案的更改都可以在二維設計圖紙中進行同步更新．模型可自動生成同步的各層平面結構圖與剖面圖，快速完善導出2D結構條件圖， 制作鋼結構的裝配節點詳圖。各視圖下的修改內容在關聯的配筋、大樣圖中自動更新，大大降低了設計變更以及細節更改帶來的結構二次設計難度。

4）直觀性— ——參數化搭建裝配，可視化模擬四維模型BⅠM依托三維參數化軟件CAT ⅠA及相關二次開發技術，可以模擬建立與工程相應的節點系統，自動批量地進行鋼結構節點模型的創建，進而將鋼結構構件與節點模型結合，搭建完整鋼結構BⅠM模型，實現四維立體可視化。

5 結束語

BⅠM 技術實質上是一個涵蓋有建筑全生命周期中相關信息數據的大型數據庫，BⅠM 技術的應用為真正意義上的實現建筑工程全生命周期建設管理提供了非常可靠的技術性支持與保障。本次研究中結合實際案例，圍繞BⅠM技術在鋼結構工業建筑改造中的操作要點進行了分析與探討，希望能夠使BⅠM技術在建筑改造領域中的應用經驗得到進一步的累積。