BIM在徐州奧體中心體育場鋼結(jié)構(gòu)施工中大顯身手
摘 要：
徐州奧體中心是半剛性結(jié)構(gòu)，無論是在設(shè)計(jì)上還是在施工上都存在一些技術(shù)難題。為解決這些技術(shù)難題，決定采用BIM技術(shù)輔助項(xiàng)目實(shí)施。首先制定了族庫的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)項(xiàng)目的需求建立了耳板族、索夾族、索頭族、索體族及徐州體育場特有的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)族，形成了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)專用族庫，如何準(zhǔn)確地進(jìn)行模型的定位也是BIM建模的關(guān)鍵技術(shù)。
BIM作為一種新的技術(shù)和工作組織方式，是在工程建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造、使用的全過程中，運(yùn)用全方位、多維、共享的數(shù)字化方法。通過技術(shù)的推廣與應(yīng)用，BIM成了業(yè)主決策階段的有效輔助工具，是設(shè)計(jì)和施工單位承接大項(xiàng)目的必備能力，也是未來建筑設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)營管理的必然發(fā)展趨勢。
徐州奧體中心是半剛性結(jié)構(gòu)，無論是在設(shè)計(jì)上還是在施工上都存在一些技術(shù)難題。為解決這些技術(shù)難題，決定采用BIM技術(shù)輔助項(xiàng)目實(shí)施。首先制定了族庫的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)項(xiàng)目的需求建立了耳板族、索夾族、索頭族、索體族及徐州體育場特有的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)族，形成了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)專用族庫，如何準(zhǔn)確地進(jìn)行模型的定位也是BIM建模的關(guān)鍵技術(shù)。
對于業(yè)主方而言，采用BIM技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)規(guī)劃方案預(yù)演、場地分析、建筑性能預(yù)測和成本估算等技術(shù)內(nèi)容。對于設(shè)計(jì)方而言，采用BIM技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)可視化設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、性能化設(shè)計(jì)、工程量統(tǒng)計(jì)和管線綜合等技術(shù)內(nèi)容。對于施工方而言，采用BIM技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度模擬、數(shù)字化建造、物料跟蹤、可視化管理和施工配合等技術(shù)內(nèi)容。運(yùn)營維護(hù)階段，采用BIM技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)和漫游、資產(chǎn)、空間等管理、建筑系統(tǒng)分析和災(zāi)害應(yīng)急模擬等內(nèi)容。
BIM族庫開發(fā)
徐州奧體中心體育場結(jié)構(gòu)形式為超大規(guī)模復(fù)雜索承網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，平面外形接近類橢圓形，結(jié)構(gòu)尺寸約為263×243米，中間有類橢圓形大開口，開口尺寸約為200×129米。體育場結(jié)構(gòu)最大標(biāo)高約為45.2米，雨篷共42榀帶拉索的懸挑鋼架，體育場雨篷最大懸挑長度約為39.9米，最小懸挑長度約為16米，下弦采用1圈環(huán)索和42根徑向拉索，環(huán)索規(guī)格為6φ121，長度約為587米；徑向索規(guī)格為φ90、φ100和φ127組成，另外在短軸方向中間各布置了4 根斜拉索，斜拉索規(guī)格為φ70，所有拉索均采用鋅-5%鋁-混合稀土合金鍍層鋼索。
族庫標(biāo)準(zhǔn)——對于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)來說，施工中構(gòu)件的準(zhǔn)確下料、各構(gòu)件的施工順序、索的張拉順序嚴(yán)重影響著結(jié)構(gòu)最后的成形及受力，決定著結(jié)構(gòu)最后是否符合建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的施工難度大，施工要求高，因此基于BIM軟件技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目模型的建立時(shí)族包含的信息就更多更大。徐州奧體中心體育場的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)族建立時(shí)主要考慮了施工深化圖出圖的需要，模型的參數(shù)驅(qū)動(dòng)需求以及體現(xiàn)公司特色的目標(biāo)。因此，在建立預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)族庫的時(shí)候，運(yùn)用企業(yè)自定義的族樣板，在Revit Structure的原有族樣板的基礎(chǔ)上結(jié)合公司深化的經(jīng)驗(yàn)與習(xí)慣，創(chuàng)建適應(yīng)公司預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)施工及日后維護(hù)的族樣板作為族庫建立的標(biāo)準(zhǔn)樣板。在此標(biāo)準(zhǔn)樣板中包含了尺寸、應(yīng)力、價(jià)格、材質(zhì)、施工順序等在施工中必需的參數(shù)。
族庫建立——徐州體育場結(jié)構(gòu)復(fù)雜，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)族庫建立是直觀重要的步驟。根據(jù)項(xiàng)目的需求主要建立了耳板族、索夾族、索頭族、索體族及徐州體育場特有的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)族，所建立的族具有高度的參數(shù)化性質(zhì)，可以根據(jù)不同的工程項(xiàng)目來改變族在項(xiàng)目中的參數(shù)，通用性和拓展性強(qiáng)。
IM三維模型建立
模型定位技術(shù)——從結(jié)構(gòu)的剖面圖和平面圖可看出，徐州奧體中心體育場結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，而構(gòu)件的準(zhǔn)確安裝定位是施工中最關(guān)鍵的一步。因此，如何準(zhǔn)確地進(jìn)行模型的定位也是BIM建模的關(guān)鍵技術(shù)。在徐州體育場的模型定位上有兩種思路可以定位。三維建模要準(zhǔn)確表達(dá)結(jié)構(gòu)的三維空間形式，并關(guān)聯(lián)所有的平面、立面和剖面圖。只要建立三維模型即可很快生成平、立、剖面圖，無需像二維畫圖那樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力。利用BIM軟件可以很高效地出圖，這是相對于以往傳統(tǒng)出圖的一大進(jìn)步。徐州奧體中心體育場BIM模型的建立就是基于導(dǎo)入的Autocad軸線和已經(jīng)創(chuàng)建的族來建立的。模型建立的思路如下：先將鋼網(wǎng)格用拾取的方式拾取鋼網(wǎng)格軸線繪制出來，然后繪制索體，索體也采用拾取的方式繪制。在繪制鋼網(wǎng)格和索體時(shí)可以利用參數(shù)化的作用來改變鋼梁或索體的截面，對拉索和鋼網(wǎng)格的連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行繪制。此時(shí)的連接節(jié)點(diǎn)都是基于創(chuàng)建的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件族，由公司繪制的習(xí)慣和經(jīng)驗(yàn)來制定的族樣板，待繪制完所有構(gòu)件后就加入最后的連接構(gòu)件，即銷軸和螺栓，這樣整體模型就搭建完成了。搭建整體模型的重點(diǎn)在于定位和族的選取建立，選取合適的族才能高效地建立模型。
BIM模型施工動(dòng)態(tài)模擬——利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑的全生命周期的管理是BIM技術(shù)的目標(biāo)。在施工中利用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)四維的施工模擬、施工管理等。建筑施工是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)的過程，隨著工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，復(fù)雜程度不斷提高，使得施工項(xiàng)目管理變得很復(fù)雜。施工過程的順利實(shí)施是在有效的施工方案指導(dǎo)下進(jìn)行的。因此，在施工開始之前，確定完善合理的施工方案十分必要。通過將BIM與施工進(jìn)度相鏈接，將空間信息與時(shí)間信息整合在一個(gè)可視的4D模型中，可以直觀、精確地反映整個(gè)建筑的施工過程。4D施工模擬技術(shù)可以在項(xiàng)目建造過程中合理制定施工計(jì)劃、精確掌握施工進(jìn)度，優(yōu)化使用施工資源以及科學(xué)地進(jìn)行場地布置，對整個(gè)工程的施工進(jìn)度、資源和質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制，可以縮短工期、降低成本、提高質(zhì)量。利用施工模擬不僅可以測試和比較不同的施工方案，還可以優(yōu)化施工方案，尋找出最優(yōu)的施工方案。
動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果——利用BIM技術(shù)進(jìn)行了徐州奧體中心體育場的施工進(jìn)度模擬和環(huán)索及徑索的張拉過程模擬，形象地體現(xiàn)了整個(gè)施工的動(dòng)態(tài)過程。體育場的施工進(jìn)度模擬是將Revit Structure中導(dǎo)出的Navisworks文件及施工進(jìn)度表導(dǎo)入到Navisworks中，然后利用Timeliner命令按照一定的規(guī)則來模擬整個(gè)屋蓋的施工過程。
BIM技術(shù)帶來了建筑結(jié)構(gòu)界的革命，利用BIM軟件中的Revit Structure可以方便快捷高效地建立模型。而利用Navisworks可進(jìn)行施工模擬及施工管理，選擇最優(yōu)的施工方案。BIM技術(shù)在徐州奧體中心體育場的應(yīng)用表明BIM技術(shù)在預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)上應(yīng)用的成功，積累了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)建模的經(jīng)驗(yàn)，為以后預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。其所創(chuàng)建的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件族由于參數(shù)化的性質(zhì)而具有很大的拓展空間，高效準(zhǔn)確的模型定位技術(shù)值得推廣，施工模擬的技術(shù)也給企業(yè)帶來了效益，值得推廣應(yīng)用。