周凱 縱崗 李營

1.鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)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(nèi)裝配式鋼結(jié)構(gòu)項目設(shè)計現(xiàn)狀

經(jīng)行業(yè)調(diào)研和文獻查閱，目前我國裝配式鋼結(jié)構(gòu)項目中BIM技術(shù)應(yīng)用案例已頗多，各個階段都有應(yīng)用，尤其在鋼構(gòu)件詳圖深化方面BIM應(yīng)用較為突出，但結(jié)合具體項目設(shè)計，仍存在著諸多不足。例如，絕大多數(shù)國內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計院的設(shè)計水平還停留在二維設(shè)計層面，他們的傳統(tǒng)設(shè)計思想還未轉(zhuǎn)變，可視化3D校審項目研究不足，BIM正向設(shè)計研究幾乎沒有涉及。也有一些國內(nèi)設(shè)計院雖然名義上提出了裝配式鋼結(jié)構(gòu)正向設(shè)計說法，但實際操作過程還是結(jié)構(gòu)設(shè)計出二維圖紙，BIM設(shè)計以所給的二維圖紙進行翻模創(chuàng)建三維模型，相當于反復(fù)進行了從二維到三維的模擬，不是真正意義的BIM正向設(shè)計[1]。

2 涂裝車間裝配式鋼結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計應(yīng)用思路

涂裝生產(chǎn)車間由于生產(chǎn)線工藝設(shè)備復(fù)雜多樣，建設(shè)工期緊張，裝配式鋼結(jié)構(gòu)是常采用的一種結(jié)構(gòu)形式。為了有效避免設(shè)備與結(jié)構(gòu)之間的碰撞，提高設(shè)計效率和便于施工管理，在設(shè)計階段就進行三維布局和BIM模型創(chuàng)建，利用SAP2000有限元結(jié)構(gòu)分析軟件進行計算分析，選定規(guī)范進行設(shè)計，將計算結(jié)果滿足設(shè)計規(guī)范要求的計算模型導(dǎo)出BIM接口數(shù)據(jù)，創(chuàng)建BIM模型。利用Navisworks軟件進行碰撞檢查和漫游，設(shè)計團隊進行3D模型校審，將復(fù)雜多樣的工藝設(shè)備管線BIM模型進行全專業(yè)整合，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)模型碰撞設(shè)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(nèi)部設(shè)計原則進行修改，優(yōu)化設(shè)計模型，避免后期引起設(shè)計變更，造成進度滯后。

利用TEKLA鋼結(jié)構(gòu)深化軟件進行構(gòu)件深化模型的創(chuàng)建，添加節(jié)點和螺栓，添加附屬構(gòu)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(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計應(yīng)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(chǎn)涂裝車間的噴房工藝（圖1）工程，采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系進行設(shè)計。將鋪板和支撐梁進行模塊化設(shè)計，整體構(gòu)件都在加工廠加工好后運輸至現(xiàn)場進行吊裝，充分利用工業(yè)化特點，有效提高建設(shè)效率，低碳節(jié)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(jù)工藝片區(qū)劃分和土建提資，確立結(jié)構(gòu)立柱或反吊布局；根據(jù)平臺開洞提資和功能區(qū)域要求，進行平臺主鋼梁的布局；根據(jù)工藝設(shè)備荷載提資和設(shè)備交界面劃分要求，進行平臺次梁和鋪板的布局?？傮w結(jié)構(gòu)方案的確定思路為：①加強基礎(chǔ)資料收集、調(diào)查，充分進行技術(shù)攻關(guān)，找出要因、制定和實施對策；②加強方案的前期協(xié)調(diào)及專題報審工作，少走彎路；③重視降低工程投資、降低設(shè)計施工難度的重要性[3]。

3.2 三維布局和BIM模型創(chuàng)建

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

圖2 結(jié)構(gòu)計算模型

通過計算分析，調(diào)整優(yōu)化不滿足規(guī)范要求的鋼柱、鋼梁，重復(fù)加載計算直至變形、應(yīng)力比等計算結(jié)果滿足設(shè)計要求，輸出三維結(jié)構(gòu)模型和柱腳節(jié)點設(shè)計反力。

柱腳節(jié)點需要單獨進行設(shè)計，考慮到上部多類設(shè)備的震動和機器人工作的極限要求，需要將柱腳設(shè)計成剛接柱腳，確定基礎(chǔ)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(jù)結(jié)構(gòu)整體計算輸出的節(jié)點內(nèi)力導(dǎo)入PKPM節(jié)點工具箱進行設(shè)計計算，滿足規(guī)范要求[4]。

3.3 設(shè)備管線BIM協(xié)同碰撞檢查及設(shè)計調(diào)整

將滿足SAP2000結(jié)構(gòu)有限元分析軟件設(shè)計計算要求的鋼結(jié)構(gòu)BIM模型直接導(dǎo)出，接口Navisworks軟件將結(jié)構(gòu)模型按照工藝部門協(xié)同設(shè)計的坐標原點導(dǎo)入，與噴房設(shè)備模型整合，進行碰撞檢查，得出碰撞視點進行分析，調(diào)整優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計計算模型，充分保證結(jié)構(gòu)模型的一致性，并解決所產(chǎn)生的所有設(shè)備碰撞點和交界面干涉點，以便保障下一步鋼結(jié)構(gòu)深化模型的準確性。

3.4 裝配式鋼結(jié)構(gòu)BIM深化模型創(chuàng)建

利用Tekla三維深化軟件進行平臺鋼結(jié)構(gòu)BIM深化模型的創(chuàng)建，利用自主研發(fā)接口程序從調(diào)整優(yōu)化修改好的SAP2000結(jié)構(gòu)計算模型中導(dǎo)出桿件單元整體，然后導(dǎo)入Tekla三維深化軟件快速化建立鋼結(jié)構(gòu)整體模型，通過參數(shù)化節(jié)點配置螺栓和附屬欄桿設(shè)施等，完成結(jié)構(gòu)整體深化模型的創(chuàng)建，深化模型（圖3）的精度達到LOD400等級，并制定詳細的鋼結(jié)構(gòu)深化細部參數(shù)，鋼平臺滿焊安裝完成后，保證無異響、變形、開裂、凹陷等現(xiàn)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(guī)格處理。風管、水管、壓縮空氣管等穿過平臺的開孔處設(shè)置50mm高滿焊檔邊。立柱位置需考慮預(yù)埋板排氣孔位置，立柱地板螺栓孔不允許現(xiàn)場切割[5]。

圖3 BIM深化模型

4 結(jié)束語

社會發(fā)展日新月異，信息化技術(shù)更新頻繁，BIM技術(shù)雖然在我國建筑業(yè)進行了大量的推廣和應(yīng)用，在國內(nèi)裝配式鋼結(jié)構(gòu)項目的正向設(shè)計階段應(yīng)用，還遠沒有達到國外同類項目的成熟階段，數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)項目案例的運用和探索，借鑒國外成熟的正向設(shè)計理念，相信隨著BIM技術(shù)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(shè)計流程和標準的數(shù)據(jù)處理方式，真正促進我國建筑業(yè)工業(yè)化和信息化改革。