張麗 何青松 孫詩端

中國建筑第八工程局有限公司西南分公司 四川 成都 610041

引言

現(xiàn)代建筑施工中的設計主流結構類型是型鋼混凝土混合結構，和純鋼筋混凝土結構相比，它具更好的承載力、剛度和抗震性能，又比純鋼結構具有更好的防火性和穩(wěn)定性，且具有良好的使用前景；但是這種方式又具有復雜性以及特殊性的問題，在施工中經(jīng)常會遇到型鋼復雜區(qū)域的梁柱節(jié)點鋼筋和型鋼主體發(fā)生碰撞的問題。所以本文利用BIM三維可視化的特點，在施工前預先對型鋼梁柱節(jié)點進行三維深化，對型鋼節(jié)點鋼筋進行綁扎模擬，提前發(fā)現(xiàn)梁柱鋼筋與型鋼會發(fā)生的碰撞區(qū)域，然后對型鋼節(jié)點進行施工優(yōu)化，做到先模擬后施工，提出解決方案。借助三維可視化的方式深化復雜節(jié)點處鋼筋的排布，解決鋼筋碰撞問題[1]，有效的彌補了傳統(tǒng)工藝在施工過程中的不足，既保證了施工質量，又節(jié)省了項目建造成本。

1 工程概況

本工程“成都金融廣場項目”位于成都市高新區(qū)，建筑總面積約87.08萬m2，項目由5棟超高層塔樓及超大型高端商業(yè)裙樓組成，集酒店、寫字樓、住宅、購物中心等五大業(yè)態(tài)?？傉嫉孛娣e5.25萬m2，建筑最高高度為218.35m，層高平均為5.5m，合同工期1570日歷天，建成后將成為成都又一超大地標綜合體。主樓與裙樓地下部分連為整體，地上部分通過設置防震縫脫開，為典型的大底盤基礎上多塔的建筑形式。結構形式包括框架核心筒結構、框架剪力墻結構、型鋼混凝土結構。本工程采用的結構形式體系既可以充分利用鋼筋混凝土與型鋼的特性保證工程質量，還能達到經(jīng)濟實用的效果，所以梁柱節(jié)點的處理顯得舉足輕重。

2 BIM在型鋼混凝土梁柱節(jié)點施工的應用

2.1 工程難點

本工程作為成都市標志性建筑，采用了型鋼混凝土柱和框架梁鋼筋復雜節(jié)點的結構，目的是不僅能夠達到工程建設的要求，還能提升工程的整體質量。從以往的類似工程和現(xiàn)有的施工圖紙進行分析，該工程施工過程中主要面臨以下幾方面困難：其一，梁柱節(jié)點處鋼筋數(shù)量多，間距小，穿插復雜；其二，圖紙變更量較大；其三，密集節(jié)點處存在鋼筋和管線、鋼筋和主體、主體和管線等的碰撞問題；其四，該項目為大型綜合體項目，結構設計類型復雜，對建筑體交付質量的要求比較高；其五，復雜節(jié)點位置上的現(xiàn)場施工具有一定難度，對施工人員能力和施工質量，有一定的要求。為了解決這些問題，保證施工的質量，所以在施工中引入了BIM技術。

2.2 技術方案

本次BIM模擬分析選取的案例是本項目中的復雜區(qū)域的型鋼混凝土梁柱節(jié)點的施工數(shù)據(jù)，最終選取4#、5#住宅樓其中一層的型鋼梁柱節(jié)點實踐（圖1），立體的表達鋼筋具體配筋情況，然后進行碰撞檢查分析，模型中碰撞點會高亮顯示，方便深化人員可以提前發(fā)現(xiàn)影響施工的碰撞點并會輸出碰撞報告，深化人員再根據(jù)碰撞報告對復雜節(jié)點進行相應的局部可視化深化施工模擬分析。在施工前進行節(jié)點優(yōu)化，提高工作效率和施工品質，選出最佳的鋼筋綁扎排布方案；最后運用可視化功能進行綁扎工序演示和可視化施工交底，最后可由BIM直接輸出圖紙，直接指導現(xiàn)場實際施工。

圖1 型鋼梁柱節(jié)點模型

2.3 施工優(yōu)化

通過BIM技術來優(yōu)化碰撞問題，可以提前將可能影響施工的碰撞點全部確定，對圖紙進行優(yōu)化，使之在滿足施工規(guī)范和施工技術要求的前提下，能夠減少現(xiàn)場返工，有效提高施工質量和效率。

首先要做的是確定節(jié)點，然后確定選取節(jié)點的尺寸等基本施工參數(shù)信息，然后應用BIM技術進行復雜節(jié)點繪制，最后模擬排布分析；多次重復直至達到最優(yōu)。三維建模深化具體操作步驟：①運用Revit等軟件根據(jù)設計圖紙基本信息建立型鋼混凝土關鍵節(jié)點的土建實體模型和鋼筋排布實體模型；形象表達鋼筋的設計參數(shù)、具體位置、配筋情況等施工信息；②用Naviswork 等軟件多次運行鋼筋與鋼筋、鋼筋與主體結構的碰撞模擬；③根據(jù)生成的碰撞報告，對應在模型中反復深化鋼筋的排布，直至模型零碰撞，且排布滿足施工規(guī)范和現(xiàn)場施工要求，具有可行性，即算達到深化完成；④利用BIM軟件直接輸出深化圖紙，指導工廠加工和現(xiàn)場安裝；可以導出鋼筋用量明細表，幫助物資部門提出下料計劃；物資明細表可以和商務部門的量進行對比，實現(xiàn)成本精細化管理；⑤最后運用3DsMAX進行施工模擬和可視化技術交底[2]。

在這個過程中，可以實現(xiàn)復雜節(jié)點的可視化施工，在三維視圖的基礎上，對節(jié)點進行多視角、全方位的觀察。通過應用這樣的技術手段，能夠有效地提高施工的準確性和效率，從而降低施工所需的資源成本。

在發(fā)現(xiàn)碰撞之后，為了更好地優(yōu)化碰撞點，應確保施工單位和設計單位、業(yè)主能夠進行密切聯(lián)系，實現(xiàn)良好的配合，從而對節(jié)點的構造進行科學有效合理的優(yōu)化，并且確保其滿足相關設計規(guī)范的要求。下面對項目深化實踐過程中發(fā)現(xiàn)的主要問題和采取的解決措施進行詳細介紹：

2.3.1 型鋼柱主筋與腹板碰撞。在該工程梁柱節(jié)點三維模擬及碰撞分析工作中，我們發(fā)現(xiàn)型鋼柱的梁上的主筋和型鋼柱的腹板存在碰撞的問題，加腋現(xiàn)場彎折再穿孔難度大，而且不滿足施工規(guī)范中對于鋼筋最小水平錨固長度的相關要求。

在發(fā)現(xiàn)問題之后，深化人員通過多次深化模擬（圖2），最終發(fā)現(xiàn)采用將型鋼腹板開洞的方式，讓主筋可以連續(xù)穿過，可以有效地確保主筋不會出現(xiàn)斷裂的問題。因采用腹板開洞凈距比設計院鋼筋凈距大，故原設計院一排鋼筋會放不下，土建單位需與鋼結構深化單位密切聯(lián)系，相互協(xié)作，共同辦公。鋼結構深化單位滿足規(guī)范及設計要求提前下，盡量把孔開大方便鋼筋穿插。加勁板、連接板、腹板開洞應仔細核對鋼筋位置,避免仰焊、兩個方向鋼筋打架等問題。并且如果在后續(xù)具體的施工過程中出現(xiàn)孔洞的界面損失率達到或者超過25%，則通過加焊的方式來對鋼板進行補強[3]。

圖2 腹板開洞深化模型

2.3.2 型鋼柱主筋與翼緣碰撞。在模擬過程中還發(fā)現(xiàn)型鋼混凝土梁的主筋與其柱的翼緣部分存在碰撞沖突的現(xiàn)象；為了解決這一問題，深化人員通過多次深化排布模擬（圖3）。我們利用在型鋼柱的翼緣上雙面焊接鋼連接板來解決產(chǎn)生的碰撞，然后將這部分鋼筋焊接在連接板上，按搭接長度的5d、10d、15d雙面焊連接板（連接板遇柱縱筋要開孔），保證梁鋼筋能正常綁扎錨固的同時確使其能夠和型鋼混凝土柱實現(xiàn)良好的連接，這種形式既不會降低腹板的強度和剛度，又能保證梁縱向鋼筋的貫通錨固[4]，減少核心區(qū)鋼筋量，增大節(jié)點區(qū)空間，給混凝土澆筑提供良好條件。

圖3 翼緣焊接連接板深化模型

2.3.3 型鋼梁柱節(jié)點位置處碰撞。梁柱節(jié)點處鋼筋密集，穿插復雜，原設計鋼筋（排數(shù)及根數(shù)）穿型鋼存在困難，且腹板過長導致梁柱上下兩側鋼筋無法達到腹板位置處；為了解決這一難題，深化人員通過多次深化排布模擬（圖4），找到解決方案。

圖4 型鋼梁柱節(jié)點處鋼筋排布深化模型

因為型鋼柱與混凝土梁接頭部位鋼筋的連接形式較為密集和復雜，最后選取的措施是原則上可采取等面積代換、并筋、調整每排鋼筋根數(shù)（不應兩排調整為三排）等辦法穿型鋼；依據(jù)錨固長度在梁端處焊接連接板，將鋼筋通過焊接、架設連接板或者貫通的方法來連接，主筋連接的同時要與型鋼柱焊接；施工中可以按照規(guī)范和現(xiàn)場實際情況調整連接板的高度，保證雙面焊接搭接長度5d，并保證連接板的設置不會讓主筋、梁縱筋、箍筋產(chǎn)生新的碰撞，從而解決因為腹板長度不足問題引起的碰撞沖突[5]。

3 結束語

通過BIM三維技術在型鋼混凝土梁柱節(jié)點模擬分析中的落地應用，能夠提前發(fā)現(xiàn)存在的問題，并有針對性地提出解決方案，可以在預制階段將型鋼梁柱、鋼筋等存在的問題解決掉，基于BIM技術的型鋼混凝土施工節(jié)點優(yōu)化，提高實際施工的效率和保證施工的質量，這樣才能實現(xiàn)建筑工程資源的全面優(yōu)化，從根本上改善了建筑施工效益。

通過實踐，證明了BIM技術的運用不僅能夠提高型鋼混凝土節(jié)點的施工效率和工程質量，還大大推動了數(shù)字化施工、智能化施工的發(fā)展進程，對于提高企業(yè)的項目管理水平以及提高經(jīng)濟效益等都有重要作用，應當在工程建設中加以推廣。