BIM技术在亭全民健身中心项目预应力钢结构深化设计及施工管理中的应用
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摘要：bim技术在建筑工程整个生命周期中，实现集成管理，其协调可以在建筑物建造前期从项目方案优化设计到对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据帮助处理各类协调问题，是实现建筑工程全生命周期管理的有效工具。本文就宜昌市亭区全民健身活动中心项目中BIM技术的具体应用对该技术做应用性说明。
关键词：BIM技术；建筑工程全生命周期；钢结构；深化设计；施工；管理
中图分类号： TU391 文献标识码： A
一、工程概况及特点
宜昌市亭区全民健身活动中心项目位于宜昌市亭区六眼冲居委会七里冲路旁，建筑形式为钢筋混凝土框架结构，框架5层（地上4层，地下1层），建筑总面积22874平方米。本工程屋盖结构采用钢结构，各区域屋盖结构的布置与下部混凝土结构的变形缝协调布置，共分三个屋盖结构区域，其中游泳馆屋盖采用单向张弦结构，篮球馆屋盖采用双向张弦结构，全民活动中心馆采用双向箱型梁，屋面钢梁均为弧形箱形梁，连接节点采用焊接连接，本工程总钢结构用量大约1000吨。建筑物整体呈连续的弧型构造，在头、尾部均有弧型造型，为保证外型协调，主结构采用了多种结构形式相结合的方式来实现，建筑效果图如下：
建筑尾部的游泳馆屋盖为两跨连续梁，其跨度分别为32.0米和17.1米，柱距为9.0米，屋面钢梁采用矩形箱型截面，截面大小约H750X250毫米；游泳馆顶部采用单向下弦拉索采用由高强钢丝组成的成品索，成品索与上弦梁之间的连接采用钢管，上下节点均采用铰接，上弦梁及支撑钢管沿游泳馆的纵向起伏顺势布置。
篮球馆屋盖为方形，横向和纵向的跨度分别为51米和54米，柱距分别为9.0米和7.2米，屋盖支座沿篮球馆的四周布置于主体混凝土结构的柱顶；篮球馆张弦桁架的上弦梁采用矩形箱型截面，横向张弦桁架上弦梁的截面大小约H750mmX250mm；纵向的截面大小约H700mmX250mm；纵横下弦拉索均采用由高强钢丝组成的成品索，拉索与钢梁之间的采用钢管撑杆支撑，上下节点均采用铰接。篮球馆屋盖张弦桁架采用双向交叉体系，其主要原因是篮球馆屋盖的形状为近似方形，另一方面横向张弦桁架的上弦为直线，自身无法保证其稳定，采用双向交叉体系后，纵横两个方向可以相互支撑，确保双向张拉索具以及整体屋盖结构的稳定性。
全民活动中心馆采用实腹式双向交叉梁系，沿屋盖外壳和玻璃幕墙的形状布置，整体结构模型见下图所示：
通过对本项目的图纸进行了深入研究，发现由于本建筑物主结构造型复杂，原结构图中为概念设计，仅对受力构件截面进行计算设计，很多节点未做设计，局部未充分考虑相邻构件的连接构造工艺要求；预应力拉索部位的设计也仅提出了截面及力学性能要求，需要对预应力部分进行二次深化设计；由于钢结构与土建设计分别由不同设计师设计，钢结构预埋件的轴线标高，以及与土建结构相对位置关系等也需要进一步校核，以避免施工过程中才发现问题。
结合本工程的特点，采用BIM技术对本工程的图纸深化设计及施工管理进行了以下工作：
使用设计软件将本项目的钢结构部分进行三维建模，同时将相关的混凝土构造在模型中建出，通过三维模型，完成了以下工作：
1、利用三维模型对钢结构截面及工艺节点构造进行逐一检查，对构件连接节点进行了深化设计，根据相关规范及技术要求，结合箱型截面加工需要设置了工艺隔板及加强板，对截面不合理及工艺性不好的部位，提请设计单位做出调整，进行了相关设计变更，避免了制作安装过程中边发现问题边修改的情况可能带来的经济与工期的损失；
2、利用三维模型，我们对预埋件的位置进行了复核，结合钢结构三维实样对预埋钢板的轴线与标高进行了精确定位；对预埋件锚栓与土建钢筋碰撞部位作了锚筋位置调整；提请设计单位增补了缺少预埋件，对轴线位置偏差的进行了调整；并绘制了准确的预埋件安装布置图，根据施工进度有效指导预埋施工作业，避免了预埋过程中可能出现的问题。
3、使用软件将预应力拉索在三维模型中建立实样模型后，针对双向张拉施工时，在两根钢索依次张拉时，钢管撑杆会出现三个线性方向及两个角自由度变形的特点，与专业设计单位合作进行受力分析及节点调整，对节点进行了优化设计与调整，在撑杆及索夹处采用了球型铰支座的形式，保证了预应力施工过程的安全与便利。
4、完成建模过程中始终保持与设计单位进行了良好的沟通，对经过沟通需要进行的调整在模型中进行调整，完成建模将模型发给设计单位对结构复核，设计单位在一周内对模型实体进行检查，确认满足其设计要求后通知施工方。
用软件自动生成了加工详图及清单，详图中包括了结构布置图11张、构件加工图544张，出图的同时软件还生成了构件清单，包括所有构件数量、重量、表面积、各种材料的数量等准确信息，且模型修改后相关信息可以马上进行更新。以前需组织6人的专业团队工作一个月才能完成的工作，采用BIM技术建模后，三个人在10天内就可以全部完成，根据三维模型进行构造检查与校核，软件自动生成加工详图及零件图，准确率非常高，充分体现了BIM技术的优势。
5、在构件制作与施工过程中，实体模型提供给采购部门及加工厂家，采购部门及加工厂家都充分了解本项目构造特点，更准确有效进行采购及加工。工厂还可以根据建模对班组进行交底，让零件、构件加工人员对工作心里有底，对构件的加工精度控制重点心里有数。驻厂监造人员也对照模型及原结构图纸进行检查验收，在构件制作之前就对各个细节构造了然于心，便于对构件制作进行检查控制。
6、在安装方案编制过程中，还可以应用BIM技术结合现场实际情况，将吊车及构件按1：1的比例在模型中建模，对不同吊车布置及吊装工位进行模拟，避免实际施工中可能出现的意外情况，让施工过程始终处于可控状态。在安装开始之前，对主要施工人员进行技术交底，用三维模型辅助进行讲解，让施工班组对结构形式及安装难度有了更直观的认识，各工段工种的配合也更明晰。
7、使用软件自动生成的材料表与审计单位进行了结构用量的核对校验，在深化设计之后，现场施工之前将全部钢结构用量核准，明确了深化设计后的相关工程造价信息。为项目相关方实现对项目的有效成本管控提供了科学的依据。
8、可以利用BIM技术对安装过程进行辅助指导，确保工程顺利进行。
BIM作为建筑全生命周期管理的有效工具，为建设单位、设计单位、施工单位、审计单位提供了良好的管理平台，利用BIM这一先进的信息，创建管理和共享技术，使设计、采购、施工管理等各个团队的表达沟通、讨论、决策更加便捷，使项目的所有成员从早期就开始进行持续协作，我相信通过我们的努力实践，我们也将成为这个技术的见证者和受益者。基于BIM的工程管理模式是工程模式，是创建信息、管理信息、共享信息的数字化方式，是建设行业数字化管理的发展趋势，我想对于我们整个建筑行业来说，必将产生更加深远的影响，也希望这项技术在以后的工程中得到更广泛的推广与应用。