BIM技術在型鋼混凝土結構中的應用

顧仲鵬 孫澤慷 張逸豪

（東南大學成賢學院，江蘇 南京 210088）

型鋼混凝土是鋼筋與混凝土結合形成的一種結構，具體是在混凝土制作環節將型鋼作為核心，以橫向箍筋和受力鋼筋兩種結構作為基礎。梁柱節點處，鋼筋較為密集，操作空間受限；制作柱鋼骨時，對鋼板具備較高的要求，焊接環節容易出現變形問題，鋼筋與柱鋼骨存在較大的連接難度，而應用BIM技術能夠保證型鋼混凝土結構施工順利開展，因此，研究BIM技術在型鋼混凝土結構中的應用意義重大。

1 BIM技術的特點

BIM技術即建筑信息模型，該技術屬于公共標準化協同作業的共享數字化模型，其包含以下特點：

（1）BIM技術是一種可視化分析及設計技術，其不僅具備可視化展示功能，還具備較強的可視化分析功能，能夠全面分析和設計施工環節，判斷各環節是否存在問題，如規范檢查、過程預測、碰撞分析及監控等。在項目的整個實施環節中，通過BIM可視化平臺，相關人員可實現信息共享，在有效地溝通和討論下進行科學決策。

（2）BIM技術屬于一種協同工作過程，涉及工程項目的整個生命周期。從設計階段到周期終結，會涉及較多復雜的信息，利用整體協同工作的方式，可獲得更高的產品質量及工作效率，在實現精細化管理的同時，有效節約資源和成本。

（3）BIM技術屬于一種信息模型集成工具。建筑行業的精細化管理存在較大的難度，主要是因為不同階段及不同專業的工程數據信息未能緊密相連，通過BIM技術的集成功能，可準確獲取相關專業數據信息。利用集成技術，可將不同專業及階段的BIM子模型統一成一個模型，達到信息共享及交換的目的，避免因為信息交流不暢對工作效率產生影響，精簡工作流程。

（4）BIM技術屬于一種多維數據信息模型，如工程與某個單元形狀的3D幾何模型，幾何維度與時間構成的4D、5D、6D、7D等模型。

2 工程概況

某工程總建筑面積為43 920.5m2，地上6層，地下1層，屬于框架剪力墻結構，建筑高度最高處為27.95m。其中，首層層高為5.7m，其余層層高為4.2m，1～6層設置型鋼，結合原設計圖紙，通過BIM三維建模軟件，實施三維建模，優化型鋼混凝土結構各項施工的重點環節，以保證施工具備較強的可行性。實際施工過程中，存在一定的難點問題，因為工程結構體系較大，存在復雜的結構節點，特別是在型鋼混凝土節點位置擁有較為密集的鋼筋，框架柱箍筋就位、型鋼與鋼筋碰撞、型鋼與梁受力筋連接等均屬于施工技術難點，為順利開展型鋼混凝土結構施工，選擇BIM技術進行施工前模擬，從而優化施工方案，使實際施工更加科學、合理，獲得更高的施工質量。

3 型鋼混凝土結構中BIM技術的應用

3.1 建立BIM三維模型

嚴格按照施工圖紙構建BIM三維模型，根據相應順序，先針對柱縱向受力鋼筋排布進行三維模擬分析，再針對梁縱向受力鋼筋排布實施三維模擬分析，最終進行梁柱箍筋建模。完成柱縱筋建模后，排布梁縱筋，會獲得多角度三維可視化圖與節點，包括側面、切割面及梁截面等，能夠實施初步深化設計。開展梁柱箍筋建模工作時，應與梁柱縱筋設計相結合，構建相關模型，以此避免梁柱箍筋調整環節出現問題。此外，梁柱箍筋建模環節需要重點關注開口箍存在的問題，不但要優化設計柱箍筋，還應做出相應的設計調整，從而提升現場施工速度，獲得更高的施工效率。改進柱箍筋時，通過實際建模與優化調整，可有效防止大部分碰撞情況，獲得良好的整體布置效果。

3.2 型鋼混凝土結構配筋

（1）梁上下主筋配筋。在設計圖紙的型鋼梁柱節點處，其梁截面配置的主筋為6φ25，通過BIM技術進行模擬分析發現，型鋼柱翼緣板與梁主筋存在碰撞情況，通過與設計單位的及時溝通，在確保符合設計要求的基礎上，對內側主筋位置進行了調整，向下移動了最內側的兩根鋼筋，并重新調整了鋼筋間距，實現型鋼柱與梁主筋的良好連接。將鋼連接板焊接于型鋼柱的翼緣上，避免出現主筋無法穿過的情況，鋼連接板與鋼筋平行，并垂直于型鋼柱翼緣，一方面，確保梁鋼筋可以正常綁扎錨固；另一方面，使型鋼柱截面具備良好的完整性，不會對型鋼剛度及強度產生較大影響。

（2）型鋼柱箍筋配筋。通過BIM技術進行模擬發現，型鋼柱腹板與型鋼柱箍筋存在碰撞情況，無法順利穿過腹板實施綁扎操作。由于存在較多的鋼筋數量，若型鋼截面處存在過多孔洞，會使型鋼整體剛度明顯下降，需實施加固補強處理，不利于施工進度及質量，所以，不能在型鋼腹板處開孔，以保證鋼筋順利穿過。要科學選擇型鋼柱布置方式，盡量減少穿孔情況，將加勁板設置在型鋼柱上，用插口箍筋代替對稱箍筋，隨后在加勁板上焊接箍筋，這種方式不僅可滿足設計配箍率要求，還能指導施工。加勁板配置如圖1所示。

圖1 加勁板配置

（3）梁柱節點位置鋼筋配置。對于梁型鋼與柱豎向鋼筋碰撞情況，應斷開碰撞位置鋼筋，將一個連接鋼板焊接于型鋼上下翼緣板上，保證與翼緣板垂直，隨后焊接鋼板與鋼筋，因為梁柱節點區箍筋不具備足夠的箍筋凈間距，需要增大梁柱節點區域的箍筋設計間距，降低箍筋使用數量，減少梁箍筋，以柱箍筋為主，并且要避免細柱與梁中的拉筋不進入至節點處。通常將箍筋做成90°彎鉤，以焊接的方式，形成封閉箍筋，連接鋼板與梁受力筋焊接。與梁筋排布位置結合，確定出連接鋼板的尺寸和標高方向，最終得到梁筋的焊接位置。

3.3 安裝施工

3.3.1 型鋼柱安裝

①安裝型鋼柱地腳錨栓時，利用BIM 模型準確定位理論坐標，同時確定地腳錨栓安裝范圍及部位。將全站儀架設于軸線控制點上，精確定位地腳錨栓，選擇全站儀獲得地腳錨栓的水平位置，在底板措施鋼筋處，用電焊將錨桿固定住，同時實施措施鋼筋的加固連接。

②通過BIM技術，可將施工工藝制成模擬動畫，演示型鋼柱吊裝環節，全過程展示塔式起重器吊裝距離、覆蓋范圍、起吊點與落鉤點的實際情況，從而判斷吊裝環節是否符合要求，復查沒有問題后，方可正式起吊。

③型鋼柱BIM三維模型下，通過連接板固定上下型鋼柱，在BIM三維模型上明確標注不同等級的焊縫。其中，一級焊縫為溶透焊縫，二級焊縫為現場拼接焊縫，三級焊縫為角焊縫，從而有助于現場實際操作。結合BIM三維模型，精確定位型鋼柱同懸挑鋼梁間的位置關系，明確焊縫高度與位置，保證不存在問題后，開展焊接作業。

④與BIM三維模型中的型鋼柱焊縫高度、長度要求相結合，檢測型鋼柱各位置處的焊縫情況，根據不同級別的焊縫要求，分別進行針對性的檢測，同時，詳細記錄檢測數據，形成準確的記錄表。

⑤安裝型鋼柱箍筋前，結合BIM三維模型得到的圖紙，為現場施工人員開展三維可視化交底，具體需要交底的內容較多，主要有套筒位置鋼筋連接方式、縱向受力鋼筋位置等，若為貫穿型鋼柱腹板，其開孔位置處需要采用相應的補強方案。

3.3.2 柱箍筋安裝

安裝柱箍筋前，需要利用Revit軟件優化后的箍筋，實施現場試安裝，明確柱箍筋安裝位置及間距，節點區域鋼筋密集位置應進行鋼筋安裝演示，以保證箍筋順利安裝。

3.3.3 型鋼柱模板安裝、加固

通過BIM技術中的Revit 軟件構建新型加固體系模板加固模型，保證根據實際要求進行次龍骨及緊固件設置。完成豎向模板排版后，應明確模板拼縫在模型中的位置。因為型鋼混凝土存在較大的柱截面尺寸，拉螺栓無法穿過型鋼柱，選擇這種模式，能夠獲得更好的成型質量，同時，BIM模型效果展示可對現場施工人員實現可視化交底。

3.3.4 型鋼柱交接部位，梁縱向鋼筋安裝

利用BIM技術中的Revit 軟件，獲得梁柱節點鋼筋連接圖紙，獲得梁縱向受力鋼筋連接方式，從而以此為主要依據，焊接加勁板、套筒與型鋼柱。

3.3.5 梁箍筋安裝

通過BIM三維模型可排布梁箍筋的具體定位，同時，可在梁側進行箍筋間距控制線的準確標記，合理確定箍筋綁扎間距。梁端部位其第一道箍筋應與型鋼混凝土柱邊相距50mm，保證箍筋加密區符合規范要求。

3.3.6 梁模板安裝

模板安裝前應結合BIM三維模型進行梁模板排版，同時，明確主次龍骨的實際布置要求，找準梁對拉螺栓的間距及實際位置，保證梁起拱度、垂直度及外形尺寸均滿足實際要求。

3.4 混凝土澆筑

型鋼混凝土結構施工環節會存在較多數量的鋼筋，混凝土澆筑不可一次成型，需要分三次澆筑，實際澆筑環節，首先進行下平板與下層梁澆筑，再進行斜撐與立柱澆筑，最后進行上平板與下層梁澆筑。因為型鋼混凝土結構中，梁柱節點位置處存在較為密集的鋼筋，并且內部鋼筋情況較為復雜，混凝土澆搗前需要確定振搗的具體位置，以確保充分振搗，提升振搗效果。同時，應按順序澆筑，先澆筑的柱混凝土初凝前應進行梁板混凝土振搗，以獲得良好的澆筑與振搗效果。

3.5 節點施工工藝控制

因為型鋼柱與梁鋼筋存在較多的交叉點，各部分間的關系尤為復雜，所以，存在較大的施工難度和處理難度。具體施工過程中，應通過施工仿真技術，呈現鋼柱與鋼筋在空間中的實際關系。通過實際分析，全面了解兩者間的關系后，構建合理的施工順序，避免出現嚴重的鋼筋碰撞問題，降低實際施工難度，在處理柱箍筋捆綁遇到的問題時，應進一步優化節點。可以選擇以下方式處理梁、柱節點的鋼筋，有效控制節點施工工藝。

（1）柱鋼筋處理。實施梁柱型鋼綁扎時，因為存在較高的難度，實際設計環節應改變箍筋形狀，可以選擇U型形狀連接鋼柱腹板，隨后通過焊接的方式，將兩者固定住。如果鋼柱安裝主筋存在較高的密度，則各型鋼梁翼板周邊均需要存在兩根柱主筋；如果型鋼梁兩側安裝的柱主筋存在嚴重的偏移情況，則會對模板支設產生影響，因此，需要重點避免這一情況出現。

（2）梁鋼筋處理。事先進行鋼柱翼緣板開孔，并使鋼梁主筋穿過，隨后通過螺紋套筒進行良好連接，還應選擇焊接的方式，保證良好的固定強度。型鋼柱腹板梁主筋穿過時，在加工廠直接進行腹板的機械開孔，無需進行補強處理，梁主筋通過開孔深入梁中和梁端 1/3 處，再實施套筒連接或是穿過開孔后直錨。

4 結語

綜上所述，隨著建筑行業的不斷發展，型鋼混凝土結構應用日益廣泛，將BIM技術應用于型鋼混凝土結構中，有效轉變了以往的施工管理模式，可以通過數字信息化模型直觀地呈現施工效果，進一步優化施工方案，提升現場施工效率。因此，深入研究BIM技術在型鋼混凝土結構中的應用具備較強的現實意義，有助于在型鋼混凝土結構中充分發揮BIM技術的作用，促進建筑行業可持續發展。