BIM技術在三維異形曲面結構施工中的應用★

葛燕鋒 陳 龍

(1.北方工業大學土木工程學院，北京 100144； 2.北京興電國際工程管理有限公司，北京 100048)

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BIM技術在三維異形曲面結構施工中的應用★

葛燕鋒1,2陳 龍1

(1.北方工業大學土木工程學院，北京 100144； 2.北京興電國際工程管理有限公司，北京 100048)

介紹了BIM的概念及其對建筑行業帶來的影響，并以某文化中心項目為例，分析了建立該建筑異形結構BIM模型的方法，從模板定位安裝、可視化技術交底、虛擬施工三方面，闡述了BIM技術在該結構施工中的應用，有利于提高我國建筑業的信息化水平。

BIM技術，異形結構，曲梁模型，模板

0 引言

BIM,即建筑信息模型(Building Information Modeling),是在CAD技術基礎上發展起來的一種全新的建筑信息管理理念，其內涵可以概括為以下幾點：1)BIM包含建筑項目的海量信息，能夠數字化表達建筑的物理和功能特征。2)BIM相當于一個中央數據庫，能夠為各建設參與方提供信息共享服務。3)BIM通過分享建筑項目的信息，為該建筑項目在規劃、設計、施工、運營階段等全生命周期內的決策提供可靠的依據。4)BIM作為一個建筑信息數據庫，在建設項目的全生命周期內，各個專業可以從中導入、提取、變更和更改信息，為各個專業參與工程建設提供信息支持，促進各專業間的協同工作。

CAD技術的發展讓建筑工程師甩掉了圖板，大大提高了設計效率，引起了建筑業的一次革命，而現如今BIM技術的興起將引起建筑業的另一次革命，大大促進建筑信息化的發展，如圖1所示。BIM技術由于具有信息完備性、可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性等特點，在國內外很多工程項目中已廣泛應用，并取得良好的效果。

隨著人們審美水平的提高和建筑技術的不斷發展，越來越多的異形建筑拔地而起，如何解決異形結構的施工問題、準確表達設計思想，這給施工企業帶來了嚴峻的挑戰。BIM技術的應用在我國尚處于起步階段，在異形結構施工中的應用還在摸索階段。

本文結合某市文化中心項目，針對該工程中的三維異形曲面結構進行BIM應用研究。

1 工程概況

某文化中心項目建筑高度42 m，地下3層，建筑面積18 131.42 m2，地上8層，建筑面積23 101.21 m2，總建筑面積41 232.63 m2。

本工程結構復雜，在2層～5層有兩塊大面積異形曲面板將空間分隔開，曲面板造型奇特，彎曲曲率無規則可尋，在5層以上，有很多斜柱直通屋頂，形成錐形中筒，如圖2所示。

2 建立異形結構BIM模型

建模采用的是Autodesk Revit Structure 2016軟件，結合CAD圖紙，保證所建的模型與設計圖紙完全吻合，不出現多余或缺失構件等情況。標準層模型的建立比較簡單，本文就不再贅述，主要針對該三維異形曲面結構建模展開研究。

2.1 建立標高軸網

在建模之前，為了順利建模，我們選擇構造樣板。一般建模時我們先在立面視圖中定好標高，再在平面視圖中建立軸網，需注意的是，所有的標高以及軸網都要和CAD圖紙嚴格對應，避免后續建模出現偏差。建好的標高和軸網如圖3所示。

2.2 建立曲梁模型

由于2層～5層曲梁無標準層，曲率變化無規則可尋，所以用常規結構梁直接繪制的方法在這里不適用，為了達到高度擬合的效果，這里建模方法是先將曲梁剖面圖導入Revit中，利用CAD圖紙中的剖切面位置關系精確定位，再在Revit中利用樣條曲線工具沿著剖面圖中的曲梁邊界擬合，建立平滑的曲梁模型，建成的曲梁模型如圖4所示。

2.3 建立曲面板模型

該曲面板附著在不規則的曲梁上，表面走勢自由，亦無規律可循。本異形結構板建模采用的是內建體量的方法，分塊建模。在建成的曲梁邊界上繪制模型線以創建概念體量，用屋頂工具將體量轉為實體屋頂結構，再對屋頂賦予樓板屬性，即建成異形曲面板，內建體量以及樓板模型如圖5所示。

利用相同的方法，在曲梁其他分塊建立樓板，最后建成的樓板如圖6所示，整個結構模型如圖7所示。

3 BIM在該異形結構施工中的應用

3.1 模板定位及安裝

由于本工程三維異形曲面板的造型復雜，并有斜柱、弧形梁、曲面板多種復雜構件，模板的定位與安裝就成為本工程施工的一大難點。本結構要求為清水混凝土，所以模板的拼接對于最后澆筑效果起關鍵作用。

應用BIM技術，在Revit中建立模板模型，且分模數對整個模板進行排布模擬，對于每塊模板都可以在Revit中生成三維坐標點，現場施工人員就可以根據坐標點利用全站儀將模板角點位置定位到2層樓板上，再用鉛錘儀向上引測，確定拼接位置，保證拼接精度。

3.2 可視化技術交底

文化中心項目為大型公共建筑，結構形式極其復雜，特別是2層～5層的三維異形曲面結構。該異形結構曲梁交錯，5層以上還有很多斜柱，構件間的連接情況復雜，CAD圖紙難以直觀地表達各構件的具體情況以及相互關系，但是BIM技術可以很好的解決這一問題。利用Revit軟件建立的BIM模型可以進行可視化技術交底，在模型中可以獲取構件尺寸信息，各構件間的連接形態也可以很直觀的表達出來。對于一些較復雜的節點，設計單位可能沒有考慮到施工實際情況，設計出的配筋過于密集，在本結構中，四號核心筒邊上型鋼梁與斜柱節點就出現了這種情況，按照CAD原先的配筋設計施工就會出現無法穿插鋼筋、影響混凝土振搗等問題，項目部BIM工程師通過Tekla軟件建立鋼結構BIM模型，進行了節點優化設計，在不影響受力的情況下方便施工，縮短工期，保證施工質量。

3.3 虛擬施工

在項目管理中，傳統進度計劃編制方式一般有兩種：橫道圖和雙代號網絡計劃圖，但是這兩種方式都不能很好表達工程的動態施工變化過程，難以表述各種工序施工進度的空間和時間關系，也就無法分配施工現場場地和資源。BIM技術可以借助Microsoft Project軟件在Navisworks Manage中模擬動態的施工過程，檢驗已有的施工方案和進度計劃，并根據模擬時出現的問題進行施工方案的調整，同時也可以讓工程技術人員對本項目的施工方案和進度安排有個更為詳盡的了解。

4 結語

對于一些復雜的異形結構，常規CAD二維圖紙難以準確指導工程施工，在本工程中，利用Revit軟件建立復雜異形結構模型，并給出BIM在異形結構模板定位、施工模擬、可視化技術交底等方面的應用，體現出了BIM技術在異形結構施工中的應用價值。實踐證明，BIM技術將大大提高建筑行業的生產效率、保證生產質量，我國建筑業信息化水平也將隨著BIM技術的廣泛應用更上一層臺階。

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The application of BIM technology in 3D anisotropic curved surface structure construction★

Ge Yanfeng1,2Chen Long1

(1.CivilEngineeringSchool,NorthChinaUniversityofTechnology,Beijing100144,China;2.BeijingXingdianInternationalEngineeringManagementLimitedCompany,Beijing100048,China)

This paper introduced the concept of BIM technology and its influence to construction industry, and taking a cultural center project as an example, analyzed the method for establishing the architecture anisotropic structure BIM model, from the template location installation, visualization technology disclosure, virtual construction three aspects, elaborated the application of BIM technology in the structure construction, conducive to improve the information level of China’s construction industry.

BIM technology, anisotropic structure, curved beam model, template

1009-6825(2017)11-0033-03

2017-01-20★:北京高等學校高水平人才交叉培養“實培計劃”畢業設計(創業類)(2016年度)資助

葛燕鋒(1964- )，男，副教授，國家一級建造師; 陳 龍(1994- )，男，在讀本科生

TU745

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