秦慶義，來(lái)瀚文

(中電建建筑集團(tuán)有限公司，北京 100120）

1 引言

勁性混凝土是由鋼筋混凝土包裹型鋼而成。近年來(lái)，勁性混凝土在建筑結(jié)構(gòu)中使用越來(lái)越廣泛，勁性混凝土的使用可以加快工程進(jìn)度，縮短工期[1]。但勁性混凝土施工中，容易產(chǎn)生鋼骨與鋼骨、鋼骨與鋼筋、鋼筋與鋼筋碰撞等一系列技術(shù)問(wèn)題。為了更好深化勁性混凝土節(jié)點(diǎn)，避免不同構(gòu)件之間沖突，本文探索通過(guò)運(yùn)用BIM技術(shù)建模，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)與模型進(jìn)行比對(duì)，從而有效地解決上述碰撞問(wèn)題[2]。

2 工程概況

中國(guó)水利水電科學(xué)研究院大型土工離心機(jī)升級(jí)改造及試驗(yàn)研究平臺(tái)工程，包括離心機(jī)實(shí)驗(yàn)用房及輔助用房，項(xiàng)目位于北京市延慶區(qū)八達(dá)嶺經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)康莊鎮(zhèn)中國(guó)水利水電科學(xué)研究院延慶實(shí)驗(yàn)基地內(nèi)。其中，大型離心機(jī)和高速離心機(jī)主機(jī)安裝在地下1層，地下2層為離心機(jī)設(shè)備間，安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)、潤(rùn)滑系統(tǒng)。主機(jī)室北側(cè)單獨(dú)地下室試驗(yàn)所需水、氣、電供給系統(tǒng)設(shè)備間等。地上南側(cè)局部3層，布置各類(lèi)試驗(yàn)室等。該試驗(yàn)室建筑布局為南北寬28.54 m，東西長(zhǎng)65.14 m，基底面積1 875.68 m2，總建筑面積為6 626 m2，如圖1所示。

圖1 工程平面示意圖

3 工程難點(diǎn)分析

離心機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，型鋼體量非常大，鋼筋分布密集，型鋼柱、型鋼梁與鋼筋的交匯點(diǎn)眾多，如圖2所示。這是本項(xiàng)目的施工重難點(diǎn)，施工中存在以下困難：

圖2 離心機(jī)勁性型鋼混凝土骨架安裝照片

1）勁性混凝土中，型鋼柱、型鋼梁與鋼筋的相交點(diǎn)多，型鋼與型鋼周主筋、箍筋的關(guān)系，型鋼柱與型鋼梁之間連接的關(guān)系，鋼柱與通過(guò)鋼柱的水平梁鋼筋、墻體水平筋的關(guān)系成為處理的重點(diǎn)。

2）混凝土框架柱及混凝土剪力墻暗柱中加入型鋼柱，比常規(guī)鋼筋綁扎、模板支設(shè)等施工工藝增加了很大的施工難度。本工程為圓弧墻內(nèi)加入型鋼柱，型鋼梁無(wú)法與型鋼柱連接，施工中要求確保型鋼柱的施工精確度，否則，會(huì)造成諸如鋼柱偏位、型鋼梁無(wú)法與型鋼柱連接等問(wèn)題，導(dǎo)致返工，嚴(yán)重影響施工質(zhì)量和進(jìn)度。

4 BIM模型建立

4.1 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)從項(xiàng)目全過(guò)程出發(fā)，通過(guò)建模，實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字化，廣泛用于設(shè)計(jì)、施工和管理等，有利于節(jié)約成本，縮短施工周期，提高工程質(zhì)量等。與傳統(tǒng)的二維圖紙相比，BIM建模后空間結(jié)構(gòu)、材料用量等更為直觀。

在本項(xiàng)目中，建立三維BIM模型，對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行直觀、高效的審核，論證施工方案，針對(duì)離心機(jī)結(jié)構(gòu)、預(yù)埋件、型鋼梁等重難點(diǎn)施工部位做可視化模擬和分析。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與模型對(duì)比，確保整個(gè)工程與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一致，順利完成。

4.2 建立BIM模型

結(jié)合BIM建模軟件特點(diǎn)和本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用Autodesk Revit進(jìn)行勁性混凝土結(jié)構(gòu)三維數(shù)字化建模，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中的結(jié)構(gòu)位置、尺寸和強(qiáng)度等信息，繪制出勁性混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件。采用Tekla Structures軟件進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)三維數(shù)字化建模，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中的信息進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)和鋼骨架建模，深化加勁肋、加勁板、鋼筋搭接板等鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對(duì)鋼筋與預(yù)埋構(gòu)件、型鋼梁之間的尺寸和位置進(jìn)行分析，在相互交叉部位避免發(fā)生碰撞沖突，優(yōu)化設(shè)計(jì)圖紙和方案。在軟件中導(dǎo)出CAD格式圖紙，用于施工，使BIM技術(shù)真正融入設(shè)計(jì)和施工的全過(guò)程[3]。

4.3 模型調(diào)整

將建立好的模型相互鏈接，做好建筑空間與功能的核對(duì)檢查，記錄好出現(xiàn)的問(wèn)題，反饋給業(yè)主單位。由業(yè)主單位召集設(shè)計(jì)單位和施工單位展開(kāi)討論，結(jié)合實(shí)際情況提出改進(jìn)方案，形成圖紙會(huì)審文件或者設(shè)計(jì)變更文件。根據(jù)變更后的圖紙文件，調(diào)整模型。經(jīng)過(guò)調(diào)整后，使各專(zhuān)業(yè)間能夠更好配合，優(yōu)化工序，減少施工時(shí)的返工、浪費(fèi)材料的現(xiàn)象[4]。

5 BIM模型優(yōu)化

5.1 碰撞優(yōu)化

將調(diào)整后的模型相互鏈接，記錄好鋼筋與設(shè)備預(yù)埋件、型鋼梁等沖突，項(xiàng)目經(jīng)理、項(xiàng)目技術(shù)人員同設(shè)計(jì)人員現(xiàn)場(chǎng)討論設(shè)計(jì)圖紙，確定實(shí)施方案。勁性鋼骨模型與鋼筋混凝土模型融合后，可能會(huì)出現(xiàn)以下幾種問(wèn)題：

1）鋼骨位置與原排布鋼筋位置沖突。對(duì)鋼筋位置進(jìn)行調(diào)整。

2）鋼骨位置導(dǎo)致鋼筋斷開(kāi)。在鋼骨腹板穿孔，確保在節(jié)點(diǎn)處鋼筋連續(xù)。

3）鋼骨截面大，鋼筋分布密集，混凝土振搗困難。在鋼骨上下翼緣板上開(kāi)設(shè)混凝土振搗孔，并在振搗孔周邊設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)環(huán)板。

通過(guò)已建立的BIM三維模型，可以看到鋼筋與預(yù)埋構(gòu)件及型鋼梁發(fā)生沖突。型鋼梁與普通鋼筋混凝土次梁交接部位因次梁的底筋遇型鋼而無(wú)法貫通，穿至型鋼腹板邊緣（見(jiàn)圖3）。在施工前發(fā)現(xiàn)可能存在的沖突碰撞，提前解決，這樣有效避免了重復(fù)施工和材料浪費(fèi)[5]。

圖3 型鋼結(jié)構(gòu)與鋼骨架碰撞圖建模

5.2 具體處理措施

通過(guò)建模分析，可以采取以下措施解決鋼筋與預(yù)埋構(gòu)件、型鋼梁之間的碰撞問(wèn)題。

1）對(duì)于柱主筋與型鋼梁上下翼緣交叉、梁主筋與型鋼柱腹板交叉及柱箍筋與型鋼梁的腹板交叉的問(wèn)題，可在二次設(shè)計(jì)及型鋼梁柱加工制作時(shí)解決。

2）柱箍筋和抗剪拴釘發(fā)生交叉沖突，在對(duì)鋼筋進(jìn)行加工時(shí)處理。

3）柱箍筋和型鋼梁腹板發(fā)生交叉沖突，與設(shè)計(jì)方共同溝通協(xié)調(diào)解決。

開(kāi)始施工前，要對(duì)鋼筋和型鋼梁進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)，使鋼筋順利穿過(guò)型鋼骨架。深化設(shè)計(jì)重點(diǎn)針對(duì)梁和柱的交接部位，特別是鋼筋排布密集處，一一編號(hào)，做好記錄。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到鋼筋數(shù)量、規(guī)格、位置和主次梁鋼筋標(biāo)高，梁上下排鋼筋間距等，以便型鋼開(kāi)孔和設(shè)置鋼墊塊等[6]。

5.3 模型驗(yàn)證

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)做平滑濾波處理，過(guò)濾掉冗余部分。將平滑后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與在Revit軟件中建立的模型進(jìn)行重合比對(duì)，經(jīng)過(guò)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，掃描部分整體施工質(zhì)量較高，誤差控制合理，BIM建模有效反映了現(xiàn)場(chǎng)情況。主要有：

1）設(shè)計(jì)模型錐臺(tái)上面圓孔和現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)重合，內(nèi)圓形墻壁與點(diǎn)云數(shù)據(jù)重合。

2）錐臺(tái)上沿與設(shè)計(jì)模型最大誤差有4 cm左右，除了標(biāo)明的部分外其余部分均重合（錐臺(tái)外圈部分有誤差）。

3）錐臺(tái)內(nèi)孔最大誤差有6 mm，重合度較高（見(jiàn)圖4）。設(shè)計(jì)模型圓形墻壁和現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)基本重合，很少部分區(qū)域最大誤差為2 cm左右，施工質(zhì)量較高。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)錐臺(tái)和設(shè)計(jì)模型比較

4）錐臺(tái)高程與現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)一致，內(nèi)部空間高程與現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)一致。

6 結(jié)論

本文以大型土工離心機(jī)改造工程為實(shí)例，將BIM技術(shù)應(yīng)用于勁性混凝土施工中，可以得出以下結(jié)論：

1）在勁性混凝土施工中，型鋼柱、型鋼梁與鋼筋的相交點(diǎn)多，容易引發(fā)沖突和碰撞。通過(guò)BIM建模分析優(yōu)化，根據(jù)模型查找沖突碰撞問(wèn)題，提前預(yù)知問(wèn)題并及時(shí)解決問(wèn)題。

2）鋼筋與型鋼發(fā)生碰撞時(shí)，可以在鋼筋、型鋼加工及二次設(shè)計(jì)時(shí)處理。

3）將點(diǎn)云數(shù)據(jù)與BIM模型比對(duì)，分析施工誤差和質(zhì)量，驗(yàn)證BIM模型的有效性。