BIM技術(shù)在裝配式管廊設(shè)計中的應(yīng)用

(重慶科技學院，重慶 401331)

引言

國內(nèi)目前對于BIM技術(shù)在管廊上的應(yīng)用，主要集中于管廊的全過程管理，以其生命周期為主線，建立關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)模型[5]，承載管廊數(shù)據(jù)信息。對于裝配式管廊的設(shè)計，大都還是依靠傳統(tǒng)的二維圖紙，信息傳遞效率較低[6]，容易在交接過程中出現(xiàn)問題。

本文以具體裝配式管廊工程為依托，梳理了BIM技術(shù)在裝配式管廊設(shè)計階段的應(yīng)用。通過對裝配式管廊模型的建立，研究其構(gòu)件的拆分和節(jié)點的設(shè)計，對管廊設(shè)計進行優(yōu)化，保證管廊的設(shè)計質(zhì)量[7]。

1 BIM應(yīng)用特點

管廊工程在總體上和線路工程相似，工程跨度大，和地形的關(guān)系密切。對于裝配式管廊而言，除了具有線路工程的特性之外，還具有節(jié)點工程的特性，需著重考慮標段之間的連接節(jié)點。因此，在裝配式管廊工程中的BIM應(yīng)用，應(yīng)處理好管廊的線路特性和節(jié)點特性。利用BIM數(shù)據(jù)化的特性，通過對標高軸網(wǎng)的微調(diào)，使其貼合實際工程，承載工程走向、高程變化等信息。同時，利用BIM可視化的特點，通過對復雜節(jié)點進行三維建模，對管廊工程的設(shè)計進行優(yōu)化。

2 工程概況

某裝配式管廊工程作為全國首批地下綜合管廊試點工程，承擔國家高質(zhì)量試點建設(shè)任務(wù)。項目要求其裝配率需達到90%以上，且必須配套相應(yīng)BIM技術(shù)。本項目位于交通主要干道，車流量密集，周圍已有建筑較多，總體設(shè)計難度較大。管廊走向為由西向東，總體地勢平緩，無明顯轉(zhuǎn)彎或起伏處，地層巖性主要為第四系，含水層埋深較淺，最淺處為7.8m，且單位涌水量大。管廊里程樁號K3+447.5～K6+191.6，長約2.744km。

管廊的整體結(jié)構(gòu)為單層單倉式，采用預制疊合板進行拼裝，具體包括疊合式雙層外墻板、疊合式頂板和底板。在其長度方向由標準段和節(jié)點段組成，參照實際路線，對管廊模型進行標高和弧度調(diào)整，如圖1所示。

圖1 管廊模型

3 BIM技術(shù)在項目中的應(yīng)用

3.1 BIM應(yīng)用特點

基于本項目的PPP模式，要求項目貫徹BIM技術(shù)的應(yīng)用。以BIM技術(shù)為推力，提高項目設(shè)計的質(zhì)量和可視化程度。

由于本工程為全裝配式管廊，在設(shè)計時需著重對構(gòu)件節(jié)點處進行設(shè)計。傳統(tǒng)二維設(shè)計在節(jié)點處理上采用細部詳圖來表現(xiàn)，對于本工程而言，節(jié)點處理繁瑣，質(zhì)量要求高，無法通過二維設(shè)計進行立體展示，因此需采用BIM三維設(shè)計方式。同時，BIM技術(shù)可貫穿項目的全生命周期，在后期項目的施工、運維管理各方面都可借助于BIM設(shè)計模型進行二次深化，有助于提高施工進度和質(zhì)量，降低施工成本。

3.2 模型搭建

目前常用的建模軟件有Dassault的Caitia、Robert McNeel的犀牛Rhino、Bentley的Architecture、Autodesk的Revit、3DMax等。由于Revit的族創(chuàng)建功能簡單易操作，并且在任意視圖的操作都會同步到整體模型，模型信息的一致性高。因此，在本項目中，采用Revit軟件進行建模。

本項目總體工程量較大，外部環(huán)境較為復雜，因此在模型搭建之前，對施工場地信息進行收集整理，參照工程總體規(guī)劃要求，制定設(shè)計方案。在本工程中，總體的建模流程為樣板選擇→標高確定→軸網(wǎng)繪制→創(chuàng)建墻體→插入鋼筋→放置內(nèi)部構(gòu)件→細部完善。

[25]Allen W. Wood, Karl Marx, 2nd edition,New York:Routledge, 2004，pp.182-183.

建立項目文件，標高依據(jù)墊層、現(xiàn)澆底板、頂板的頂部高度設(shè)立，在標高處繪制參照平面。在標高平面繪制板構(gòu)件，繪制前先選擇族并編輯板類型，包括其結(jié)構(gòu)厚度、圖形填充、材質(zhì)裝飾。選取一管廊單元體進行建模，凈空高度2.8m，凈寬4.2m。在墊層標高平面，選擇板族，類型重命名為“C20素砼墊層”，其厚度設(shè)為500mm，進行繪制。同理，在底板、頂板標高平面繪制底板和頂板，其中預制底板厚為100mm，呈凹槽狀置于墊層之上。疊合墻板繪制于底板標高平面，外側(cè)板向上偏移3.2m，內(nèi)側(cè)板向上偏移2.8m，單板厚度均為100mm，內(nèi)側(cè)與頂板連接。單層預制頂板厚100mm，頂板上部現(xiàn)澆厚度為300mm。

選取板件，建立其剖面視圖，選擇鋼筋選項卡，編輯類型，載入鋼筋族庫，選取具體型號鋼筋，在剖面圖上進行鋼筋繪制?，F(xiàn)澆底板內(nèi)上下兩層縱筋采用5號形狀鋼筋，最小間距100mm繪制，撐筋采用2號形狀鋼筋，間距300mm繪制，分布筋采用1號形狀鋼筋，間距150mm繪制。疊合墻板的每一塊單板，其縱筋為單層鋼筋，采用1號形狀鋼筋，間距100mm繪制，分布筋同底板。板間布置U型不等長連接筋，長端錨入墻板內(nèi)1.8m，短端錨入另一板中650mm。同時板間布置桁架鋼筋，采用5號形狀鋼筋，間距300mm繪制。頂板鋼筋繪制類似于底板。其單元體模型搭建如圖2所示。

圖2 管廊單元體模型

3.3 構(gòu)件拆分及設(shè)計

本項目的裝配式管廊采用板式結(jié)構(gòu)，由疊合板拼裝成管廊單元體，再將單元體在長度方向進行拼裝，形成整體。利用BIM對管廊進行拆分時，要遵守拆分的基本原則，包括其安全性原則、經(jīng)濟性原則、可操作性原則等。首先對受力部分進行拆分，考慮受力的合理性，盡量避免在受力薄弱處拆分。其次，在拆分時應(yīng)盡量統(tǒng)一規(guī)格，實現(xiàn)構(gòu)件的標準化。除此之外，還需考慮預制廠的預制能力和機電管線的相互協(xié)調(diào)，并且要避開預埋物位置。通過綜合考慮之后，對模型進行拆分。

對管廊標準單元體進行拆分時，按照構(gòu)件不同，將其拆分為五類板件，分別為預制底板、現(xiàn)澆底板、疊合墻板、預制頂板、現(xiàn)澆頂板。底板部分拆分為預制底板和現(xiàn)澆底板兩部分。預制底板總體呈槽型，橫向長度為6m，縱向長度為2m，厚為100mm，放置于墊層之上，兩邊距墊層邊緣均為300mm?，F(xiàn)澆底板呈矩形，橫向長度5.6m，縱向長度2m，先在預制底板上進行現(xiàn)澆底板的鋼筋綁扎，待墻板吊裝完成之后，再進行底板澆筑?，F(xiàn)澆底板在廊體內(nèi)部疊合厚度為360mm，在廊體外部疊合厚度為400mm。疊合墻板總厚400mm，其中板腔內(nèi)部寬200mm。疊合墻板的內(nèi)外單板高度不同，形狀不同，但由于墻內(nèi)鋼筋將兩者相連接，在預制廠預制為整體，所以不能將其拆開。頂板部分拆分為單層頂板和現(xiàn)澆頂板。單層頂板搭接在墻板內(nèi)側(cè)板上，通過鋼筋綁扎，連接墻板和頂板?，F(xiàn)澆頂板在預制頂板之上，先在預制頂板上綁扎板筋，隨后澆筑。在縱向方向，管廊的內(nèi)側(cè)單板下部，每隔2m需預留一個600mm*500mm的孔洞，考慮到在預制構(gòu)件時，板的中部開洞操作難度較大，因此將板的縱向拆分長度定為2m，采用邊緣留出半個洞口的方式。拆分后的模型如圖3所示。

圖3 標準段構(gòu)件拆分圖

3.4 節(jié)點設(shè)計

為保證墻板與底板連接的可靠性，利用墻板預留出墻的鋼筋和底板鋼筋進行綁扎，形成暗梁，再進行底板澆筑。在節(jié)點處設(shè)置馬凳筋，其間距為200mm。疊合墻板預留出墻的鋼筋包括兩種，伸出長度為400mm的單板內(nèi)縱向鋼筋和伸出長度為300mm的板間不等長U型連接鋼筋。墻板縱向伸出鋼筋存在于墻板左右兩端，各布置三根，同時用作定位鋼筋。U型連接筋以間距100mm布置，和馬凳筋間隔交錯，用以充當暗梁箍筋。在U型鋼筋和馬凳筋形成矩形空間的四角上，設(shè)置四根縱筋，與馬凳筋、底板鋼筋共同綁扎，形成暗梁。

外墻板距預制底板400mm處放置，在墻板與底板連接處，設(shè)置淺溝槽，與疊合墻同寬，深20mm。以墻板為界，現(xiàn)澆底板廊體內(nèi)外側(cè)高度不同，借助墻板和底板連接處內(nèi)外側(cè)不等高，可增大過水路徑，用于防水。同時在距墻底150mm高處設(shè)止水鋼板，鋼板高300mm，兩端設(shè)有135°彎鉤，止水板與墻板同長布置。墻板和底板節(jié)點設(shè)計如圖4所示。

圖4 墻板和底板節(jié)點設(shè)計

疊合墻板與頂板連接時，頂板放置在墻板的內(nèi)單板上，其搭接長度為30mm。頂板縱向鋼筋外伸長度為180mm，帶有90°向上彎折，彎折長度為300mm，間距100mm。外伸鋼筋與疊合板內(nèi)U型連接鋼筋相互交錯，類似于底板連接，在其中設(shè)置縱筋，共同綁扎成暗梁，同時墻板和頂板之間配有彎折連接筋，采用14號形狀鋼筋，間距100mm，貫穿頂部暗梁，連接頂板和墻板，如圖5所示。

圖5 頂板和墻板節(jié)點設(shè)計

管廊長度方向的連接分為頂板和頂板、墻板和墻板的連接。對于頂板而言，預制頂板之間平縫連接，隨后在預制頂板上再次綁扎鋼筋，澆筑混凝土，通過二次澆筑的方式使預制頂板和現(xiàn)澆頂板成為整體，故主要考慮相鄰墻板之間的連接。墻板采用疊合墻板，分內(nèi)外兩層，層間留有200mm空腔。在距連接端340mm內(nèi)，設(shè)有墻板定位鋼筋，一端錨入墻板內(nèi)，一端伸入板間，同時底板上也設(shè)有定位鋼筋。利用成品鋼筋籠從板端上部套入，將前后墻板定位鋼筋和底板上的定位鋼筋套成整體，如圖6所示。

圖6 墻板節(jié)點設(shè)計

4 結(jié)語

在管廊設(shè)計中運用BIM技術(shù)，能夠避免二維圖紙帶來的設(shè)計缺陷，減少設(shè)計失誤，提升設(shè)計質(zhì)量。本文以實際工程為例，著重討論了BIM技術(shù)在裝配式管廊設(shè)計中的應(yīng)用，其主要成果如下：

(1)利用BIM技術(shù)對裝配式管廊進行三維建模，根據(jù)管廊的特性，搭建了整體模型和管廊單元體模型。

(2)利用BIM技術(shù)對管廊進行拆分，遵循構(gòu)件拆分的基本原則，保證構(gòu)件的合理性，將管廊拆分為5類板件，通過三維模型進行展示。

(3)利用BIM技術(shù)對管廊節(jié)點進行設(shè)計，著重對墻板—底板、墻板—頂板、墻板—墻板節(jié)點進行了設(shè)計，通過三維模型展示其節(jié)點處鋼筋和板件的構(gòu)造。