丁傳奇 杜 毅 尹中國(guó) 高 寒

北京建工集團(tuán)有限責(zé)任公司 北京 100055

隨著B(niǎo)IM技術(shù)在建筑工程全過(guò)程中的積極推廣，BIM技術(shù)的深度應(yīng)用得到進(jìn)一步延伸?；⌒瘟航Y(jié)構(gòu)與斜梁相交情況復(fù)雜，導(dǎo)致在實(shí)際施工中鋼筋排布、模板定位和混凝土澆筑均存在難點(diǎn)，是施工單位深化設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)安裝控制的重點(diǎn)。BIM技術(shù)具備資源信息共享、協(xié)同高效作業(yè)、數(shù)據(jù)可視化管理等特點(diǎn)[1]。通過(guò)引入BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在弧形超限梁混凝土結(jié)構(gòu)中的綜合應(yīng)用。

1 工程概況

中國(guó)人民大學(xué)教學(xué)科研樓及集體宿舍樓工程位于北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街中國(guó)人民大學(xué)校園內(nèi)，總建筑面積為102 590 m2，其中教學(xué)科研樓的總建筑面積為65 856 m2，高度為80.7 m，結(jié)構(gòu)形式為框架-核心筒剪力墻，其中地上建筑面積為47 757 m2，地上18層、地下3層。集體宿舍樓總建筑面積為36 734 m2，總高度為64.50 m，結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻，地上19層、地下3層。結(jié)構(gòu)內(nèi)部梁體系平面形狀多由“三角形”或非平行“四邊形”構(gòu)成，呈現(xiàn)極具不規(guī)則的空間排布，特別是在弧形梁和多道斜梁交會(huì)處，梁與柱非正交且梁截面幾何尺寸不一致。

2 弧形梁施工重難點(diǎn)分析

弧形梁整體區(qū)域面積為165 m2，主要分布在地下2層，弧形梁為800 mm×890 mm（寬×高），弧線長(zhǎng)度為15.6 m，弧形梁共與6道超限梁構(gòu)件相交，其中一段平行弧形梁部分吃進(jìn)1道斜梁內(nèi)，如圖1所示。

圖1 弧形梁區(qū)域三維效果圖

1）弧形梁與方柱交接位置，模板為圓弧形，不易加工[2]?；⌒瘟旱纳舷?排主筋及側(cè)面筋均為曲線形筋且受力主筋規(guī)格為直徑32 mm三級(jí)鋼筋，導(dǎo)致鋼筋加工工藝復(fù)雜，安裝難度較大。

2）弧形梁與6道超限梁構(gòu)件相交的輪廓整體呈曲線異形，模板定位精度高，弧形梁和超限梁相交位置的側(cè)模預(yù)先留開(kāi)口，導(dǎo)致弧形梁內(nèi)外側(cè)模板拼裝不連續(xù)，側(cè)模板固定困難大。

3）與弧形梁相交的位置為超限梁集中區(qū)域，超限模板支撐體系的面積比較大，整體混凝土澆筑時(shí)間變長(zhǎng)，施工工藝控制更嚴(yán)格。

4）弧形梁與其他梁相交位置，鋼筋交錯(cuò)分布密集且節(jié)點(diǎn)空間布局復(fù)雜，操作空間狹小，安裝定位難度大，對(duì)深化設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

3 主要施工工藝

超限梁主要施工工藝流程，如圖2所示。

圖2 超限梁主要施工工藝流程

4 弧形超限梁BIM技術(shù)綜合應(yīng)用

4.1 BIM三維深化

4.1.1 基于BIM技術(shù)的弧形鋼筋三維排布深化

依據(jù)二維CAD設(shè)計(jì)圖紙，基于Revit軟件建立結(jié)構(gòu)模型，然后進(jìn)行鋼筋模型的構(gòu)建，重點(diǎn)控制弧形鋼筋的弧度、弧形鋼筋與斜梁鋼筋交叉的碰撞、弧形鋼筋深入支座的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)位置，使鋼筋的空間位置、錨固和連接方式等滿足設(shè)計(jì)規(guī)范和施工圖集要求?；⌒瘟号c框架柱和斜梁相交鋼筋三維深化排布情況如圖3所示。

圖3 弧形梁與框架柱和斜梁相交鋼筋三維深化排布示意

通過(guò)BIM三維可視化的特點(diǎn)，分析鋼筋整體空間排布和節(jié)點(diǎn)鋼筋交叉分層錯(cuò)開(kāi)布置的情況，對(duì)鋼筋三維模型進(jìn)行虛擬化碰撞檢查，并通過(guò)BIM三維模型對(duì)交叉碰撞的鋼筋進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，逐層分析，科學(xué)合理地確定鋼筋安裝的順序、鋼筋尺寸和定位，可以直接指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，實(shí)現(xiàn)鋼筋深化設(shè)計(jì)和安裝一體化?；⌒纬蘖簠^(qū)域鋼筋整體三維空間如圖4所示。

圖4 弧形超限梁區(qū)域鋼筋 整體三維空間示意

4.1.2 基于BIM技術(shù)的弧形模板預(yù)制深化

弧形梁為超限梁，體重大。為了保證整體弧形混凝土質(zhì)量不因模板漲模、拼接不嚴(yán)密而產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題，特采用工廠預(yù)制加工和現(xiàn)場(chǎng)整體拼接安裝的方式，此種方法操作方便，具有精度高、質(zhì)量好、速度快的優(yōu)點(diǎn)。

為了保證弧形梁最終的混凝土外觀質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)弧形模板的拼接進(jìn)行深化和優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用圓弧定點(diǎn)切線定位法，計(jì)算弧形梁模板節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高和弧半徑，并以三維可視化虛擬建造模擬弧形梁模板整體外觀效果[3]，從而能夠提前發(fā)現(xiàn)弧形模板與斜梁和柱節(jié)點(diǎn)的碰撞沖突問(wèn)題，同時(shí)為超限梁模板支設(shè)提供信息化支撐。

4.2 生產(chǎn)和加工

4.2.1 鋼筋加工下料

基于BIM技術(shù)的弧形鋼筋三維深化和優(yōu)化模型，能夠自動(dòng)分析和導(dǎo)出弧形梁每段的弧度、長(zhǎng)度，導(dǎo)出鋼筋下料清單明細(xì)，操作人員可以進(jìn)行場(chǎng)外精細(xì)化加工。基于BIM技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)鋼筋深化設(shè)計(jì)和加工一體化的精細(xì)化管理模式。

4.2.2 模板預(yù)制加工

基于BIM技術(shù)的弧形模板深化模型，通過(guò)建立預(yù)制件模型的虛擬化分割，形成預(yù)制模板加工圖，能夠自動(dòng)分析和導(dǎo)出弧形模板的施工工程量清單明細(xì)，明確模板的尺寸和數(shù)量以及其他輔助材料清單。操作人員基于BIM模型導(dǎo)出的清單，可以直接進(jìn)行工廠化模板切割制作工作，實(shí)現(xiàn)模板高精度加工，有效保證模板的制作質(zhì)量，最后對(duì)預(yù)制的模板依次編號(hào)?；贐IM技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)模板深化設(shè)計(jì)和高精度加工一體化。

4.3 放線定位

4.3.1 底模板定位

基于BIM技術(shù)，計(jì)算出模板弧度并導(dǎo)出弧形梁底模大樣和剖面圖。依據(jù)BIM軟件導(dǎo)出的大樣和剖面圖，三維可視化精確定位弧形模板角點(diǎn)坐標(biāo)，采用全站儀使弧形梁底模完成現(xiàn)場(chǎng)就位，實(shí)現(xiàn)弧形梁底模高精確定位。依據(jù)超危大專(zhuān)項(xiàng)施工方案，待底模板定位后，應(yīng)及時(shí)鋪設(shè)弧形梁底模板，完成底模板支撐體系和加固體系。

4.3.2 鋼筋定位

底模板完成定位后，基于BIM技術(shù)的梁柱結(jié)構(gòu)模型，導(dǎo)出二維CAD分段區(qū)域平面圖，通過(guò)BIM模型精確得出分段弧形測(cè)量點(diǎn)空間坐標(biāo)。依據(jù)二維CAD區(qū)域平面圖測(cè)放內(nèi)外控制線，得出控制線的控制極坐標(biāo)，通過(guò)全站儀將控制線實(shí)測(cè)至弧形梁底，再利用激光鉛垂儀將控制線引測(cè)至模板支撐體系，利用控制線與弧形梁截面間的相對(duì)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)鋼筋空間排布的精準(zhǔn)測(cè)量定位[4]。

按照控制線，將基于BIM鋼筋深化模型加工好的鋼筋進(jìn)行空間定位，豎向鋼筋固定在已定位好的支撐系統(tǒng)。豎向鋼筋定位后，再定位其余弧形梁鋼筋。

4.4 現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)

4.4.1 鋼筋安裝

基于BIM三維可視化技術(shù)交底，可以輔助和支持鋼筋安裝過(guò)程。采用BIM技術(shù)將復(fù)雜的鋼筋交叉作業(yè)轉(zhuǎn)化為虛擬化空間模型，并通過(guò)模型分析鋼筋施工工序。同時(shí)，運(yùn)用BIM軟件對(duì)鋼筋安裝，特別是對(duì)復(fù)雜梁柱相交鋼筋的施工工序進(jìn)行虛擬化模擬施工。通過(guò)模擬施工，能實(shí)現(xiàn)管理和作業(yè)人員施工三維可視化，明確設(shè)計(jì)意圖和施工作業(yè)程序，有效降低施工難度，提升鋼筋安裝的合格率，避免鋼筋返工，節(jié)約鋼筋材料。

4.4.2 內(nèi)外側(cè)模板安裝

鋼筋安裝且驗(yàn)收合格后，依據(jù)事先導(dǎo)出來(lái)的BIM弧形模板加工圖及其分段弧形梁內(nèi)外側(cè)模板的編號(hào)，將預(yù)制加工好的弧形內(nèi)外側(cè)模板進(jìn)行空間放線定位，并與底模對(duì)應(yīng)位置拼接，保證固定牢靠。

4.4.3 混凝土澆筑過(guò)程

弧形梁所在區(qū)域?yàn)槌蘖簠^(qū)域，必須事先編制專(zhuān)項(xiàng)施工方案并審批后實(shí)施。運(yùn)用BIM可視化的三維模型，對(duì)混凝土澆筑順序和施工注意要點(diǎn)進(jìn)行模擬動(dòng)態(tài)演示，特別是對(duì)弧形梁和斜梁相交部位的澆筑順序進(jìn)行詳細(xì)的模擬研究分析，保證從弧形梁中心向兩側(cè)依次對(duì)稱澆筑，實(shí)現(xiàn)對(duì)澆筑方案的調(diào)整優(yōu)化，同時(shí)保證超限梁支撐體系受力相對(duì)均衡。另外，基于BIM的快速計(jì)算功能，能夠準(zhǔn)確、快速地對(duì)混凝土材料的供應(yīng)量進(jìn)行計(jì)算，以供管理人員對(duì)施工進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行精細(xì)化管理[5]。管理人員借助BIM三維模型，進(jìn)行三維可視化技術(shù)交底，能夠清晰了解作業(yè)人員進(jìn)行三維方式的溝通交流，提高施工人員的工作效率和溝通交流的能力，有利于掌握混凝土澆筑細(xì)節(jié)，并及時(shí)進(jìn)行核查。

5 BIM技術(shù)應(yīng)用效果

BIM技術(shù)不僅可以解決現(xiàn)場(chǎng)鋼筋工程深化設(shè)計(jì)、鋼筋下料、模板預(yù)制加工和現(xiàn)場(chǎng)定位中實(shí)際遇到的難題，而且在模型建立方面具有可視化、精確度高、信息全面和直觀清晰等優(yōu)勢(shì)[6]，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鋼筋、模板和混凝土的全過(guò)程三維可視化技術(shù)交底，輔助指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工?；贐IM技術(shù)的綜合應(yīng)用，顯著提高了鋼筋和模板安裝一次合格率和混凝土成形質(zhì)量，提升了鋼筋施工質(zhì)量與原材料利用率、模板周轉(zhuǎn)率，減少了混凝土返工，最終獲得了良好的實(shí)施效果。

6 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)的發(fā)展逐漸改變了施工行業(yè)的管理流程，是工程建設(shè)行業(yè)一次深刻而重大的變革[7]?；贐IM技術(shù)的弧形超限梁施工，實(shí)現(xiàn)了弧形鋼筋和預(yù)制模板的深化設(shè)計(jì)、加工和安裝一體化，同時(shí)利用三維可視化輔助完成了混凝土施工，為復(fù)雜異形混凝土結(jié)構(gòu)施工提供一種全新的項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工一體化協(xié)同管理模式，同時(shí)為工程項(xiàng)目精細(xì)化管理提供一種技術(shù)手段[8]。BIM技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)將會(huì)在復(fù)雜異形混凝土結(jié)構(gòu)施工中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。