顧 濤

上海機(jī)施建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司 上海 200072

2018年第一屆中國(guó)國(guó)際進(jìn)口博覽會(huì)主會(huì)場(chǎng)的改造是本次中國(guó)博覽會(huì)會(huì)展綜合體場(chǎng)館提升改造項(xiàng)目的重點(diǎn)。主會(huì)場(chǎng)包括2 000人左右的會(huì)議大廳、迎賓大廳、休息前廳及配套會(huì)議、辦公等功能用房。

主會(huì)場(chǎng)改造（亦稱：F3改造）涉及室內(nèi)功能改造和室外立面改造兩大施工區(qū)，包含了主體結(jié)構(gòu)改造、內(nèi)外裝飾更新和聲光多媒體配套等眾多專業(yè)工作。主會(huì)場(chǎng)改造涉及面積超30 000 m2，鋼結(jié)構(gòu)總量超3 000 t，留給鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)的時(shí)間僅為1個(gè)月（圖1）。

由于設(shè)計(jì)圖紙還不完善，與其他專業(yè)的配合比較多，為了將機(jī)電、裝飾、聲光多媒體配套等技術(shù)條線和鋼結(jié)構(gòu)有機(jī)地融合到吊頂層內(nèi)部，有些部位的鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)時(shí)間僅一周。

圖1 主會(huì)場(chǎng)整體空間效果圖

1 工程概況

本次主會(huì)場(chǎng)改造的雙層小展廳F3位于大展廳A1與D1之間的中軸通道上，如圖2所示。小展廳平面呈切角的三角形，橫向最大寬度170.9 m，東西向通道縱向總長(zhǎng)271.1 m。屋頂最高點(diǎn)高度為35 m，16 m標(biāo)高平面和屋頂結(jié)構(gòu)采用鋼桁架體系。

2 工程難點(diǎn)

該工程的施工難點(diǎn)如下：

1）該項(xiàng)目工期緊、主體鋼結(jié)構(gòu)拆除及改造工程量大，新老結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合界面多。施工采取立體交叉作業(yè)、拆除與加固同步進(jìn)行，立體交叉作業(yè)和拆除是施工現(xiàn)場(chǎng)的重大危險(xiǎn)源。

圖2 小展廳F3典型樓層平面

2）涉及眾多專業(yè)，例如土建、機(jī)電安裝、內(nèi)外裝飾、聲光多媒體、電梯、自動(dòng)扶梯等。鋼結(jié)構(gòu)深化時(shí)必須與它們密切配合，無(wú)縫銜接。

3 深化階段通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)三維建模和BIM模型整合的創(chuàng)新性應(yīng)用，及時(shí)解決問(wèn)題

本工程涉及眾多專業(yè)，根據(jù)不同的工作內(nèi)容由各專業(yè)單位進(jìn)行各自的建模工作，如鋼結(jié)構(gòu)深化單位對(duì)新增、加固等鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，混凝土結(jié)構(gòu)由BIM小組進(jìn)行建模，機(jī)電深化單位對(duì)各種管道和強(qiáng)、弱電系統(tǒng)進(jìn)行建模，裝飾深化單位對(duì)內(nèi)外裝飾系統(tǒng)進(jìn)行建模[1-2]。最后由BIM小組根據(jù)各專業(yè)提交的模型進(jìn)行整合，建立BIM信息模型。通過(guò)BIM信息模型可以直觀地檢查出結(jié)構(gòu)的錯(cuò)誤、遺漏、碰撞等問(wèn)題，還能檢查各專業(yè)配合的合理性，適時(shí)提出相對(duì)應(yīng)的優(yōu)化方案。

3.1 基于鋼結(jié)構(gòu)BIM模型平臺(tái)對(duì)新老結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合的管理及解決問(wèn)題

從收到擴(kuò)初圖開(kāi)始，對(duì)新增、加固等結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，然后整合BIM模型?；阡摻Y(jié)構(gòu)BIM模型平臺(tái)，對(duì)拆除及加固構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分類；評(píng)估新建結(jié)構(gòu)對(duì)既有結(jié)構(gòu)的影響；分析既有結(jié)構(gòu)拆除部分對(duì)整體（或局部、周邊）結(jié)構(gòu)安全的影響。最后，還對(duì)拆除構(gòu)件二次利用的可行性進(jìn)行分析。

由于BIM模型中含既有結(jié)構(gòu)、拆除結(jié)構(gòu)、新建結(jié)構(gòu)、加固結(jié)構(gòu)，深化時(shí)在BIM模型中將這幾類構(gòu)件的利用狀態(tài)和顏色進(jìn)行區(qū)分，例如將既有結(jié)構(gòu)的顏色用深灰色表示，拆除結(jié)構(gòu)用黃色表示，加固結(jié)構(gòu)用綠色、深紅色表示，新建結(jié)構(gòu)用藍(lán)色表示，樓梯用棕色表示等。這樣既便于深化過(guò)程中的管理，也方便了現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)人員的查詢，信息一目了然。

例如本工程中需要拆除的構(gòu)件有600多根，這些構(gòu)件分布無(wú)規(guī)律、位置相對(duì)分散、地方非常廣，現(xiàn)場(chǎng)已分布眾多的墻體、管道、線槽和裝飾物等，施工時(shí)僅通過(guò)圖紙來(lái)尋找確定是很耗費(fèi)時(shí)間和人力的，而且很容易出現(xiàn)差錯(cuò)。在施工準(zhǔn)備期間，技術(shù)人員可以利用BIM模型，根據(jù)設(shè)定的顏色快速找到構(gòu)件及其所處位置。

通過(guò)查看模型中的構(gòu)件外形特征、幾何尺寸以及相鄰構(gòu)件關(guān)系，既能快速確定施工方案，又能準(zhǔn)確估算施工持續(xù)時(shí)間（圖3）。

圖3 局部模型示意

3.2 鋼結(jié)構(gòu)與機(jī)電、消防等專業(yè)的碰撞與協(xié)調(diào)，合理調(diào)整設(shè)計(jì)方案

通過(guò)BIM模型的檢查，發(fā)現(xiàn)13號(hào)鋼樓梯穿過(guò)會(huì)議大廳與機(jī)房隔墻，14號(hào)鋼樓梯穿過(guò)迎賓大廳與機(jī)房隔墻，這2個(gè)鋼樓梯都跨越了2個(gè)防火分區(qū)，而且14號(hào)鋼樓梯還存在凈高不足的問(wèn)題。為此，通過(guò)與各相關(guān)單位協(xié)調(diào)，機(jī)電深化設(shè)計(jì)通過(guò)壓縮管道高度，增加管道寬度，保證管道通風(fēng)不受影響。鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)建議在隔墻上開(kāi)設(shè)防火門，解決消防問(wèn)題。

考慮到此樓梯僅用于檢修，創(chuàng)造性地采用將13號(hào)鋼樓梯改為鋼樓梯加爬梯的形式（圖4），來(lái)解決樓梯局部空間過(guò)小而無(wú)法布置的問(wèn)題（圖5）。

圖4 鋼樓梯加爬梯形式示意

圖5 鋼樓梯凈高不足

3.3 基于BIM模型平臺(tái)的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)吊頂轉(zhuǎn)換層，提出合理改造方案

為了配合裝飾吊頂龍骨的安裝，屋頂桁架下弦需要增設(shè)轉(zhuǎn)換層鋼梁。初期方案是將轉(zhuǎn)換層鋼梁下表面與下弦桿下表面齊平，這樣可以將上部有效使用空間變大，還可使龍骨豎向吊桿變短。

但在與BIM模型合模后發(fā)現(xiàn)，下弦平面內(nèi)布置有眾多的系桿、水平支撐，鋼梁與它們發(fā)生了碰撞。由于桁架豎向腹桿水平間距均為3.1 m，正好符合轉(zhuǎn)換層鋼梁的定位要求，于是將轉(zhuǎn)換層上移，鋼梁下表面與屋頂桁架下弦的上表面基本齊平，鋼梁腹板背靠在桁架豎向腹桿側(cè)邊，然后施焊。次梁（方鋼管）直接擱置于鋼梁上方。

吊頂層內(nèi)部不僅布置有轉(zhuǎn)換層鋼梁、馬道、聲光多媒體設(shè)備吊掛平臺(tái)，還有暖通、消防、強(qiáng)弱電等眾多的管道。通過(guò)BIM模型的檢查，我們發(fā)現(xiàn)了許多問(wèn)題，例如：機(jī)電管道與鋼梁碰撞、機(jī)電管道穿過(guò)馬道、機(jī)電管道與提升支架碰撞、裝飾吊頂與鋼結(jié)構(gòu)龍骨模數(shù)不匹配、設(shè)備吊桿與裝飾吊頂凹槽碰撞等問(wèn)題（圖6）。

圖6 機(jī)電管道與鋼梁、提升支架碰撞

經(jīng)過(guò)與各相關(guān)專業(yè)溝通，通過(guò)采取優(yōu)化鋼梁截面和布置，使鋼梁局部下沉，調(diào)整管線布置，改變管道形狀（如將圓管改為矩形管），調(diào)整聲光多媒體吊點(diǎn)位置等方法，解決了這些問(wèn)題。

3.4 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況提出免拆除、無(wú)支撐、形式多樣的創(chuàng)新型加固方案

3.4.1 多種形式的加固方法，有效提升了鋼梁承載力

由于23 m新增了鋼平臺(tái)，按照設(shè)計(jì)圖要求，16 m標(biāo)高樓層中就需要替換12根位于新增立柱下方的鋼梁。如果按照?qǐng)D紙施工的話，就需要先鑿除大面積的樓板，再置換鋼梁。這將會(huì)造成現(xiàn)場(chǎng)的拆除工作量巨大，且使施工通道無(wú)法暢通，進(jìn)而影響后道工序開(kāi)始施工的時(shí)間，施工周期將加長(zhǎng)。

為此，深化設(shè)計(jì)通過(guò)多種方案對(duì)比后，提供2種創(chuàng)新型的加固方案。對(duì)于部分受力較大的6根鋼梁，將既有樓層梁作為加固桁架上弦，通過(guò)增加下弦和斜撐的形式來(lái)對(duì)此梁進(jìn)行加固（圖7）。

圖7 加固桁架示意

對(duì)于部分受力較小的6根鋼梁，采用樓層梁加T型鋼的方式進(jìn)行加固（圖8）。

圖8 T型鋼加固梁示意

上述加固方案免除了樓板大面積的鑿除，避免了二次樓板澆筑、養(yǎng)護(hù)和施工通道不通暢等不利影響，方便了現(xiàn)場(chǎng)施工，還能樓上樓下同步施工，縮短施工周期，從而加快了工程進(jìn)度。

3.4.2 無(wú)支撐形式的鋼梁創(chuàng)新型減高法

23 m標(biāo)高新增樓層由于凈空不足，需要將26.5 m標(biāo)高夾層中的6根主梁高度降低100 mm。設(shè)計(jì)圖紙中要求必須替換鋼梁，如果這樣施工的話，這就意味著不僅要鑿除此層半數(shù)以上面積的樓板，還要對(duì)30多根原有次梁進(jìn)行頂托固定，這樣才能置換鋼梁。如此狹小的地方，這樣施工不僅造成工作量成倍增加，而且效果還不好。

由于此夾層為設(shè)備機(jī)房，施工中設(shè)備和機(jī)器并未移走，考慮到下方正在進(jìn)行23 m標(biāo)高鋼平臺(tái)的施工作業(yè)，亦欲將對(duì)機(jī)器設(shè)備的不利影響降到最低，在無(wú)先例的情況下，深化設(shè)計(jì)創(chuàng)造性地提出在鋼梁下方增加2條加固鋼板，間隔1 m加設(shè)加勁板，并在鋼梁跨中1/3處加設(shè)斜撐，然后割除鋼梁下翼緣。通過(guò)驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)安全性完全滿足，下方樓層凈高也滿足建筑要求（圖9）。

圖9 鋼梁加固貼板示意

4 結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)過(guò)程中，借助鋼結(jié)構(gòu)BIM模型，使新老結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合。通過(guò)BIM建筑信息模型整合，很好地解決了鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電、裝飾等專業(yè)之間的錯(cuò)、漏、碰等諸多問(wèn)題。充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，通過(guò)與原設(shè)計(jì)密切配合，提出了很多合理的改造方案和創(chuàng)新型加固方案，將施工中可能發(fā)生的問(wèn)題在深化設(shè)計(jì)階段解決，為現(xiàn)場(chǎng)施工提前完工奠定了基礎(chǔ)。

隨著時(shí)代的發(fā)展，建筑物的內(nèi)在功能已不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)和文化需求，老舊場(chǎng)館和建筑的功能提升改造項(xiàng)目將會(huì)越來(lái)越多，鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)和BIM技術(shù)有機(jī)結(jié)合將以其良好的綜合優(yōu)勢(shì)得到更廣泛的運(yùn)用。