BIM 技術在大跨度鋼結構中的應用研究

吳威濱

（中建四局第六建筑工程有限公司，安徽 合肥 230001）

近年來，上海新博覽中心、上海南站、南京奧體中心等一大批大跨度鋼結構項目建成，大跨度鋼結構在我國進入了一個蓬勃發展的時期。鋼結構工程的特點在于設計施工一體化，在建設中面臨以下幾個難點：（1）制造工藝及連接節點復雜，深化設計出現誤差概率大；（2）鋼結構2d 圖紙信息傳遞損失；（3）現場安裝管理不確定因素多，現場施工方案復雜。本文以某大跨度鋼結構體育館屋蓋網架系統為例，通過建立該網架結構的BIM 三維模型，針對復雜節點連接、構件碰撞檢測、預知構件清單管理和現場施工管理等方面進行了三維可視化模擬，對BIM 技術在大跨度鋼結構工程中的應用進行了初步探索。

1 工程應用

1.1 工程概況

本文研究對象大跨度鋼結構屋蓋網架，網架高度為6m，面積為10866.24 ㎡，由12 榀縱向桁架和14 榀橫向桁架組成。其中縱向桁架包含五種類型，桁架高度為6m，跨度為117.6m。橫向桁架包含七種類型，桁架高度為6m，跨度為92.4m。

1.2 模型建立

本項目采用Autodesk Revit 2014 軟件進數據化建模。本項目研究對象具有工程體量大、構件類型多、結構復雜等特點，根據圖紙特點并結合建模軟件分析，制定建模方案：（1）創建各細部構件族庫；（2）對各類型桁架進行成榀組裝；（3）建立項目所需軸網，進行整體組裝。

在BIM 建模過程中總結出設計技巧：（1）為方便管理，創建項目樣板時，規定各類必要參數的設定，并規范命名；（2）創建構件族時，設立精準參照線及視圖的各項參數，保證構件族的專業性和準確性，提高設計效率。

基于BIM 技術實踐研究，對某大跨度鋼結構體育館屋蓋網架系統進行精細化建模。為項目后繼節點模型和模型碰撞研究確立了技術基礎。Revit 屋蓋網架模型如圖1。

1.3 節點連接模擬

圖1 Revit 屋蓋網架模型

鋼結構節點連接是鋼結構工程的設計施工難點，對整體結構安全起著至關重要的作用，因此，必須保證節點連接的可靠性與精確性。對于大型鋼結構而言，其節點連接形式復雜多樣，桿件交叉連接較多，傳統二維設計圖紙節點詳圖信息有缺失，給工廠加工制造以及現場安裝帶來了困難。通過建立BIM 三維節點模型，能有效解決這一難題。

以吊頂與桁架下弦連接點為例，進行節點連接模擬。創建好的節點模型導入Autodesd Navisworks Manage 2014 軟件當中，運用Timeliner 功能對節點4d管理，從而實現節點的施工模擬過程。通過BIM 模型建立鋼結構節點模型，可以提高圖紙的可視化與模擬性，有助于構件生產方對構件的理解，通過節點連接的模擬，也可以輔助施工人員正確的安裝構件、組裝節點。節點的施工模擬圖如圖2。

圖2 節點的施工模擬

1.4 構件碰撞檢測

大跨度鋼結構工程中，由于涉及構件眾多，同類型不同尺寸的構件多達千種以上，其設計、生產、施工需要嚴格按照尺寸要求、位置要求進行生產和安裝。運用BIM 技術，將創建好的模型導入Autodesd Navisworks Manage2014 中，運用Clash Detective 功能，對模型進行碰撞校險檢查，查找各項碰撞列表，通過應用BIM 技術進行碰撞校驗能直觀地發現圖紙中的錯誤，包括與尺寸相關的錯誤、與位置關系有關的錯誤、與標高有關的錯誤及與管道有關的錯誤。通過碰撞檢查能更為直觀、更為快速、更為全面地發現模型的錯誤，減少人工手動檢所造成的紕漏，并且應用BIM 技術完成碰撞測試之后，能自動生成文本、html 格式的報告。通過三維模型的創建和碰撞分析，能及早地預測和發現大跨鋼結構中的錯誤，避免因錯誤而帶來巨額的損失。Revit 碰撞檢驗渲染圖如圖3。

1.5 預制構件清單管理

圖3 Revit 碰撞檢驗渲染圖

大跨度鋼結構構件種類繁多，生產構件的生產商能否及時掌握構件的類型和尺寸，設計方能否提供構件的精確度和數量的準確性，直接影響工程的質量和工期。所以大跨度鋼結構的清單管理尤為重要。基于BIM 模型進行清單管理，能夠及時獲取項目所需要的構件清單，通過對應的尺寸資料能確保構件生產的準確性，為順利施工提供保障。

1.6 施工模擬

大跨度鋼結構施工由于各種不確定的因素，實際施工情況一般很難跟施工計劃保持一致。運用BIM 技術，將整體桁架系統模型導入Autodesd Navisworks Manag 2014 使用Timeliner，進行4D 施工模擬，可清晰地反映施工過程和施工進度，從而對項目糾偏提供技術支撐。

應用BIM 技術進行施工模擬，主要體現在三個方面：（1）對施工環境進行模擬，使整個模擬環境更為真實；（2）引進時間維度，可以對建筑結構的整個施工進行可視化模擬與分析，對工序進行定義，實時調整進度，制定施工計劃；（3）可優化施工方案。管理者通過可以依據不同時間間段了解施工進度，可觀察不同時段的工程結構的施工進展和某一構件的詳細施工狀況，制定多種施工方案，對多種方案的可施性進行比較，為施工方案的優化提供支持。Revit 施工模擬圖如圖4。

圖4 Revit 施工模擬

2 結語

本文以某大跨度鋼結構體育館屋蓋系統為例，利用BIM 技術對結構進行三維建模，并運用其三維可視化特點實現了該結構的節點連接模擬、構件碰撞檢測以及施工模擬。結果表明：（1）通過BIM 模型能有效發現結構碰撞點，及時調整設計，提高施工效率；（2）利用BIM 技術對工程的復雜節點進行三維可視化交底，并進行施工模擬，指導現場施工；（3）BIM 技術能對工程預制構件清單提供有效計算和管理；（4）應用BIM 技術對施工現場的進行模擬管理，為項目管理中心提供管理決策。