BIM技術在核心筒桁架層施工中的應用

張 爽 樊冬冬 陳執鑫

（中建三局第一建設工程有限責任公司，武漢 430000）

1 項目概況

蘭州鴻運金茂項目位于蘭州市核心地區，總建筑面積37.8萬㎡，包括兩棟超高層辦公樓， A塔51層，B塔31層，商業裙樓8層。A塔建筑高度285m，B塔建筑高度169.6m，為目前甘肅地區在建的第一高樓。

A塔樓核心筒設有兩道伸臂環帶桁架層，桁架層鋼結構總重約 470t，鋼構件主要材質為 Q390GJGZ25，板厚為70mm。核心筒桁架層層高6.4m，核心筒墻厚0.9m，砼等級C60。

2 桁架層施工重難點

圖1 核心筒環帶鋼結構

核心筒內鋼結構為環帶桁架（如圖1所示），上下弦鋼梁、牛腿、腹桿影響縱筋、水平筋和拉結筋的正常綁扎，鋼筋施工是難點。

核心筒采用頂模體系進行施工，原設計角柱牛腿分段長度較長，頂模軌道梁等是否影響鋼結構吊裝，頂模頂升是否被鋼結構影響是重點。

桁架層施工涉及到鋼筋、模板，鋼結構吊裝，頂模頂升，各工序之間的相互協調，保證順利施工是重點。

3 基于BIM的應用思路

為解決桁架層施工過程中的重難點問題，保證現場順利施工，與傳統二維圖紙分析相比，在桁架層施工前，梳理基于BIM的應用思路（如圖2所示），包括搭建BIM模型，進行相應碰撞分析、工序分析、吊裝及頂升分析，根據分析結果提交設計院深化，同時進行深化調整，采用相應措施，對整個施工過程進行推演，合理的安排施工工序并做好交底。

圖2 應用思路

4 桁架層深化設計

（1）利用 tekla軟件進行桁架層鋼結構深化（如圖3所示），原深化時主要為鋼結構單專業深化，未能有效同土建以及頂模體系結合。

圖3 鋼結構深化

（2）利用revit軟件根據原設計圖紙進行鋼筋建模搭建，包括角部模型節點（如圖 4所示）以及整體鋼筋模型（如圖5所示）。一是檢查自身鋼筋排布是否存在不合理，二是下一步同鋼結構進行碰撞檢查，優化鋼筋排布及形式。

圖4 角部鋼筋節點模型

圖5 整體鋼筋模型

圖6 頂模模型整合

（3）將頂模模型與核心筒模型及鋼結構模型整合（如圖6所示），以便下一步鋼構吊裝模擬及頂模頂升模擬，分析在頂模頂升過程中是否會存在碰撞，頂模平臺是否影響鋼結構安裝等問題。

5 遇到的問題及優化

在上述模型深化、搭建完成后，將鋼結構模型及核心筒鋼筋模型進行整合，運行碰撞分析，發現兩者之間的沖突，同時模擬頂模頂升，鋼結構吊裝，發現工序之間存在的問題。根據分析結果提出優化解決辦法。

（1）鋼筋與鋼結構腹桿等沖突

鋼筋與鋼結構之間共發現911項碰撞（如圖7所示），主要包括暗柱水平拉筋被鋼構件阻斷、豎向縱筋與栓釘相碰撞、內排縱筋遇到腹桿無法通過等等。

圖7 鋼筋與鋼結構碰撞沖突

根據碰撞結果，將碰撞報告，各部位之間的三維關系，優化方案等提供給設計院，設計院審核后進行相應設計修改，滿足施工要求（如圖8所示）。設置相應鋼筋連接器，箍筋進行適當調整等等。

圖8 鋼筋優化

（2）鋼結構與頂模平臺沖突

通過吊裝模擬分析發現，原設計牛腿無法順利通過頂模平臺吊裝就位，擬修改牛腿節點，適當減少出廠時牛腿長度，剩余部分在現場進行焊接（如圖9所示）,將該工況進行施工模擬提交設計院，進行論證分析。

在模擬的過程中發現牛腿和頂模軌道梁有100mm間隙可以保證頂模正常頂升，根據此模擬對比，來調整牛腿，最大程度保證出廠時的長度，減少現場焊接。

圖9 鋼結構牛腿優化

在上項牛腿優化過程中，因為牛腿分割長度有限，基本長度需保證，但垂直吊裝有難度，在模擬中多次調整角部鋼結構吊裝方向，進行與頂模的碰撞分析，最終調整到一個合適角度，能夠保證角柱牛腿順利吊裝（如圖 10所示），同時最大程度保證牛腿初始長度。

圖10 角部鋼結構吊裝

（3）頂模頂升與鋼結構腹桿沖突

在頂模頂升模擬過程中，發現頂模支撐牛腿提升到上一個標高時，與鋼結構斜腹桿影響，牛腿無法正常放在支撐梁上如圖11（a）所示）。

根據分析結果，因頂模爬升支撐需要，鋼結構斜腹桿無法調整，故最終選擇調整連梁高度如圖11（b）所示，保證牛腿上方的最小凈高。通過頂模牛腿升出模擬，以能滿足頂升要求為準，使連梁高度減少的程度盡可能小如圖11（c）所示）。同時原有連梁高度范圍內預埋套筒，后期再進行施工。

圖11 頂模頂升優化

（4）施工工序關系

桁架層施工時，如下層鋼筋已施工上來，在鋼結構吊裝模擬中，發現會影響下弦桿安裝；故鋼筋施工至下弦桿時，需待鋼結構先行施工。

根據模擬鋼結構吊裝順序，在完成一面鋼結構吊裝焊接后，可插入該段的鋼筋施工。

6 結語

（1）將設計、鋼結構制作、鋼結構安裝、土建之間的協調三維化、直觀化，通過施工模擬，提前發現問題并解決，避免了施工過程中出現紕漏。相比傳統作業方式，在溝通上高效，節約雙方之間溝通時間約5天。

（2）通過模擬，明確及優化了施工工序，提前處理了施工中發生的問題。因桁架層的特殊性，涉及到鋼結構、頂模，若鋼構在吊裝過程中再發現碰撞問題，頂模頂升到一半再發現牛腿無法升出，將會極大程度的影響工期，相比傳統方式，采用BIM技術提前深化模擬更能直觀全面的發現問題。提前整個核心筒桁架層施工工期約2天。

（3）在核心筒桁架層施工過程中，提前采用多樣化BIM技術，綜合對重點施工部位從設計方面，到施工工序方面，全面應用，為順利施工提供保障，為其他工程桁架層施工提供了應用思路及指導，其技術實施路線在遇到其他重要分部分項工程時也可以進行參考。