BIM技術在涂裝車間裝配式鋼結構正向設計中的應用*

周凱 縱崗 李營

1.鹽城工業職業技術學院/建筑工程學院 江蘇 鹽城 224005

2.江蘇千和裝配式建筑科技股份公司 江蘇 鹽城 224001

1 國內裝配式鋼結構項目設計現狀

經行業調研和文獻查閱，目前我國裝配式鋼結構項目中BIM技術應用案例已頗多，各個階段都有應用，尤其在鋼構件詳圖深化方面BIM應用較為突出，但結合具體項目設計，仍存在著諸多不足。例如，絕大多數國內結構設計院的設計水平還停留在二維設計層面，他們的傳統設計思想還未轉變，可視化3D校審項目研究不足，BIM正向設計研究幾乎沒有涉及。也有一些國內設計院雖然名義上提出了裝配式鋼結構正向設計說法，但實際操作過程還是結構設計出二維圖紙，BIM設計以所給的二維圖紙進行翻模創建三維模型，相當于反復進行了從二維到三維的模擬，不是真正意義的BIM正向設計[1]。

2 涂裝車間裝配式鋼結構BIM正向設計應用思路

涂裝生產車間由于生產線工藝設備復雜多樣，建設工期緊張，裝配式鋼結構是常采用的一種結構形式。為了有效避免設備與結構之間的碰撞，提高設計效率和便于施工管理，在設計階段就進行三維布局和BIM模型創建，利用SAP2000有限元結構分析軟件進行計算分析，選定規范進行設計，將計算結果滿足設計規范要求的計算模型導出BIM接口數據，創建BIM模型。利用Navisworks軟件進行碰撞檢查和漫游，設計團隊進行3D模型校審，將復雜多樣的工藝設備管線BIM模型進行全專業整合，發現結構模型碰撞設備管線和不合理的部分，按照碰撞檢查報告、漫游核查視點和內部設計原則進行修改，優化設計模型，避免后期引起設計變更，造成進度滯后。

利用TEKLA鋼結構深化軟件進行構件深化模型的創建，添加節點和螺栓，添加附屬構件，BIM模型精度達到LOD400等級，滿足深化出圖和加工廠加工的深度要求[2]。

3 涂裝車間裝配式鋼結構BIM正向設計應用實踐

3.1 工程概況

本工程基于江蘇常州某地新能源汽車生產涂裝車間的噴房工藝（圖1）工程，采用裝配式鋼結構體系進行設計。將鋪板和支撐梁進行模塊化設計，整體構件都在加工廠加工好后運輸至現場進行吊裝，充分利用工業化特點，有效提高建設效率，低碳節能，符合綠色標準的裝配式建筑理念。

圖1 噴房工藝項目

本次工程實踐基于噴房工藝線，根據工藝片區劃分和土建提資，確立結構立柱或反吊布局；根據平臺開洞提資和功能區域要求，進行平臺主鋼梁的布局；根據工藝設備荷載提資和設備交界面劃分要求，進行平臺次梁和鋪板的布局。總體結構方案的確定思路為：①加強基礎資料收集、調查，充分進行技術攻關，找出要因、制定和實施對策；②加強方案的前期協調及專題報審工作，少走彎路；③重視降低工程投資、降低設計施工難度的重要性[3]。

3.2 三維布局和BIM模型創建

采用通用有限元軟件SAP2000 V22 進行BIM設計準確模型（圖2）的建立，定義結構材料、賦予截面、定義支座和桿單元釋放、定義荷載工況和創建工況組合，進行結構有限元分析計算，選定規范進行設計。

圖2 結構計算模型

通過計算分析，調整優化不滿足規范要求的鋼柱、鋼梁，重復加載計算直至變形、應力比等計算結果滿足設計要求，輸出三維結構模型和柱腳節點設計反力。

柱腳節點需要單獨進行設計，考慮到上部多類設備的震動和機器人工作的極限要求，需要將柱腳設計成剛接柱腳，確定基礎混凝土強度等級為C35，柱腳鋼底板強度f為190.00N/mm2，H鋼柱截面尺寸為HW250×250×14×9.0，根據結構整體計算輸出的節點內力導入PKPM節點工具箱進行設計計算，滿足規范要求[4]。

3.3 設備管線BIM協同碰撞檢查及設計調整

將滿足SAP2000結構有限元分析軟件設計計算要求的鋼結構BIM模型直接導出，接口Navisworks軟件將結構模型按照工藝部門協同設計的坐標原點導入，與噴房設備模型整合，進行碰撞檢查，得出碰撞視點進行分析，調整優化結構設計計算模型，充分保證結構模型的一致性，并解決所產生的所有設備碰撞點和交界面干涉點，以便保障下一步鋼結構深化模型的準確性。

3.4 裝配式鋼結構BIM深化模型創建

利用Tekla三維深化軟件進行平臺鋼結構BIM深化模型的創建，利用自主研發接口程序從調整優化修改好的SAP2000結構計算模型中導出桿件單元整體，然后導入Tekla三維深化軟件快速化建立鋼結構整體模型，通過參數化節點配置螺栓和附屬欄桿設施等，完成結構整體深化模型的創建，深化模型（圖3）的精度達到LOD400等級，并制定詳細的鋼結構深化細部參數，鋼平臺滿焊安裝完成后，保證無異響、變形、開裂、凹陷等現象。所有鋼板間拼縫下方都必須有支撐型材，鋼板之間的拼接滿焊處理，拼接縫均勻一致，焊接后打磨處理，保證平整無明顯突起與凹坑。鋼平臺及支撐梁做3層防銹漆處理，焊接部位需先打磨平整后，再做防銹同規格處理。風管、水管、壓縮空氣管等穿過平臺的開孔處設置50mm高滿焊檔邊。立柱位置需考慮預埋板排氣孔位置，立柱地板螺栓孔不允許現場切割[5]。

圖3 BIM深化模型

4 結束語

社會發展日新月異，信息化技術更新頻繁，BIM技術雖然在我國建筑業進行了大量的推廣和應用，在國內裝配式鋼結構項目的正向設計階段應用，還遠沒有達到國外同類項目的成熟階段，數據信息的傳遞和共享仍存在不足。但是通過大量的裝配式鋼結構項目案例的運用和探索，借鑒國外成熟的正向設計理念，相信隨著BIM技術在裝配式建筑中的不斷深入研究，最終會形成一套我國完整的BIM正向設計流程和標準的數據處理方式，真正促進我國建筑業工業化和信息化改革。