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BIM技术在北京某高校新校区体育馆钢结构施工方案优选中的应用

  • 发布日期:2017-06-21
  •   来源:钢结构
  •   作者:李凯
  • 官方QQ群:437096402
 
摘 要: 运用BIM技术创建了某工程的BIM施工模型,并对钢结构安装工程的"内环整体提升+外环分段吊装"综合施工法、分段分块吊装高空对接法两套施工方案进行了3D施工工况展示和4D施...

据相关研究,在施工阶段通过分析工程建设三个主要参与单位:业主、设计、施工单位应用BIM技术的"受益、动力和能力"三个主要因素,得出以下结论:业主单位受益最大,动力不足,技术力量较弱;设计单位受益不大,动力中等,技术力量最强;施工单位受益中等,动力最大,技术力量中等。因此,目前BIM的普及在施工企业具有最先爆发的可能[1 - 2]。国内在施工阶段BIM技术的应用主要集中在施工前的BIM应用策划与准备,面向施工阶段的深化设计与数字化加工、虚拟施工,施工现场规划以及施工过程中进度、成本控制等方面。BIM对施工技术提升最主要的4个方面价值表现为:辅助深化设计或生成深化设计图纸;对施工工序的模拟和分析;基于BIM模型的错漏碰缺检查;基于BIM模型的实时沟通方式[3]。

为了加大主动控制力度,工程监理方对工程的钢结构安装方案进行了预研,以便在施工前初步确定了施工方案,并以此为基础进行经济分析,并形成了工程监管的重要依据。通过对工程施工中BIM的运用与价值分析,在施工方案演示、验证、优化、优选等方面,为BIM技术的应用开辟了一种全新的思路和尝试。运用BIM技术的3D施工工况展示和4D虚拟建造对指导施工、保证工程质量、节约成本、缩短工期,具有重要的意义,也是监理工作的一项创新。

1 工程概况

北京某高校新校区体育馆,建筑高度为27.5 m,总建筑面积19 152 m2,占地面积4 458 m2。建筑主体地上1层,局部3层,主要功能为篮球训练和小型比赛场地。地下两层,主要功能为学生训练使用的游泳馆。主体结构体系为钢筋混凝土框架剪力墙结构加钢网壳屋顶,其首层、2层及地下部分为钢筋混凝土框架 - 剪力墙结构,局部3层及屋盖为钢结构,屋顶为大跨度双曲面钢结构屋面,如图1所示。

图1 体育馆效果

该工程地面二层以上为钢结构,楼板为厚120 mm 钢筋桁架楼承板,其主体钢结构模型如图2所示。屋盖平面投影呈椭圆形,长轴75.2 m,短轴54.6 m。框架柱为热轧无缝钢管,楼面钢梁为热轧H型钢,马道钢梁为热轧H型钢,马道吊杆、支撑为热轧无缝钢管,屋盖钢拱、环梁均为焊接箱形截面。钢结构总用量约500 t,楼承板面积约2 328 m2。

图2 钢结构BIM模型

2 备选方案简介

根据体育馆的整体结构和钢结构的特点,首先从各种施工方法中筛选出以下3种方法:高空散装法、分条分块吊装法、整体提升法。高空散装法拼装支架用量大,高空作业多,施工质量难以保证,且满堂脚手架占用了几乎全部的施工空间,严重影响体育馆看台等的施工。整体提升法中,钢屋盖钢拱本身高度(18 m)较大,所有的安装工序和难度与高空散装法相差无几,且均会影响看台及1、2层混凝土结构的施工。可见,高空散装法和整体提升法均不能满足要求。根据现场施工条件对安装方法进行改进后,提出以下两种施工方案:内环整体提升+外环分段吊装综合施工法、分段分块吊装高空对接法。

内环整体提升+外环分段吊装综合施工法(方案1):根据项目特点,钢结构施工分为屋盖钢拱及其周围附设钢结构两部分。体育馆钢结构施工程序为内环提升、外环吊装。整体提升部分屋顶钢结构投影呈椭圆形,长轴约为40 m,短轴约为30 m,周向共由24个钢拱组成,总计约为150 t。在方案确定前,用MIDAS软件对整体提升的钢结构部分进行应力应变分析(图3),以验证其技术可行性和安全性。经计算可知:钢拱屋盖应力最大值为78.1 MPa,小于钢材Q345C的屈服强度,满足要求;最大变形点位移为25 mm,满足要求。待体育馆相关混凝土结构部分施工完毕,且达到规定要求后,方可进行钢结构部分施工,钢结构安装流程见图4。在对±0.000 m楼面板进行回顶加固后,先进行内环钢拱屋盖整体提升部分在±0.000 m地面的拼装,同时搭设4组提升龙门架;然后进行内环屋盖的整体提升,在提升至设计标高后定位固定;再搭设8个支撑架,接着进行外环钢拱梁吊装,并与整体提升部分钢拱梁对接,焊接完成后进行卸载;最后完成其他附设钢结构的安装。

图3 钢拱屋盖应力应变分析示意

图4 方案1钢结构安装流程

关键词:BIM施工模型 方案优选 分段分块吊装 施工模拟
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