[关键词] BIM技术；创新应用；高效；高质量；有力保障
1工程概况
1.1建筑概况
长影海南生态文化产业园项目入口票务区项目位于海南省海口市秀英区长流镇内，距离海口市市中心约20公里，北靠南海大道，南临椰海大道，东临长滨路，西为粤海大道，占地面积12.3万m2，总建筑面积27263.47m2，主要用途为售票、商业、办公及停车场。本项目包括1#、2#、5#、6#、7#、9#、10#商业及办公楼，地下车库，售票厅，时光隧道构筑物等，建筑最高高度20.33m。
图1 入口票务区建筑效果图
1.2结构概况
入口票务区大跨度钢飘带平面呈扇形，高低不规则波浪形，钢飘带最高点为24米，外弧半径70米，内弧半径40米，外弧与内弧之间钢梁最长跨度为30米，外弧长度为200米,内弧长度为115米。造型由14根钢柱，前后拱门，顶部钢梁三部分组成，前后跨度达到32米，左右跨度达到140米，钢结构量达到2000吨。大飘带正面设计有8根斜柱及两侧各有一根垂直钢柱，背面4根立柱，在背面中心设计有一根异形花瓣型钢柱、两侧设计有垂直钢柱。大飘带后侧部分钢柱与1号楼和2号楼屋面连接。
钢飘带正面 钢飘带背面
图2 钢飘带示意图
2施工重难点分析及解决措施
序号 施工重难点分析 解决措施
1 大飘带内弧斜立柱内、外交替倾斜，吊装难度大 通过BIM软件，创建精确的BIM模型，进行钢结构施工流程的模拟、施工方案的比选，选择最优施工方案。
2 大飘带跨度大，结构支撑点少，吊装顺序必须严格控制
3 大飘带造型为高低不规则的波浪形，吊装变形控制难度大 提前验算施工过程中结构自重状态下的应力与变形，同时对斜柱安装偏差控制进行指导，现场根据构件分节情况，利用BIM软件提前对特定工况下结构的最大变形量和最大应力进行验算，进行整体施工过程的施工模拟。
4 大飘带构件繁多有1410根，焊接量大，且造型独特，最大板厚20mm，焊接变形控制不当极易造成结构变形过大
5 大飘带内弧斜立柱呈波浪形地内外交替倾斜，钢构件轴线位置偏移、垂直度及标高的校正控制是难点 通过BIM软件建立三维模型，通过坐标转换控制钢飘带拼装、安装精度。
3 BIM技术应用
3.1提高钢飘带建模精确度
钢飘带内、外弧桁架造型独特，所有构件不在一个平面，呈一面曲面镜子，由下弦梁、立柱、小方通梁构成。下弦梁是由小箱型梁不同的角度焊接而成，呈不规则的圆弧，立柱倾斜立于下弦梁上，中间由小箱型梁连接成一个整体。
如何保证桁架弦杆件曲线的光滑是能否顺利实现建筑造型的重点，目前传统的空间曲线建模方法都是通过将空间曲线转为多半径圆弧构件而实现的，其缺点在于在各弯弧对接处过渡不圆滑，会看到明显的折角。深化设计人员利用BIM软件，将关键点的三维坐标输入BIM软件并精准定位，根据关键点按照不同截面、不同结构类型依次搭建三维模型，将下弦梁曲线以节点为基点用样条曲线连接成一条光滑的空间曲线来替代原先的部分下弦梁折线部分，原来的小方通梁位置不调整，最后将完整的线模型制作成实体模型，大大提高了建模精确度和效率。
3.2基于BIM的钢结构深化设计
本工程钢飘带顶部钢梁的长度和前后端部标高都不一样，导致连接拱门弧形梁的立柱的长度和角度都不一样，原设计单位也只是给出了理想状态下交点的坐标和结构形式，从而增加了顶部钢梁与立柱、拱门弧形梁之间连接节点的深化设计难度。深化设计人员通过BIM软件进行节点优化，更改部分材料截面，减少不必要的加劲肋，降低了钢材用量，并且工艺生产达到了要求，深化之后的用钢量降低了153吨，优化钢结构工程量。此外深化设计人员基于完善的BIM模型输出可用于加工厂及现场安装使用的零件图、构件图、布置图等，图纸与模型智能关联，模型变更后对应的图纸相应变动更新。同时，图纸可以准确、快捷地增加剖面，根据需要调整图纸的比例、尺寸、标注等，极大的提高了深化效率，降低出错率，缩短项目建设周期。
3.2工厂模拟预拼装
钢飘带前后跨度达32m，左右跨度达140m，高度达24m，造型独特，且构件间的不规则连接，加大了现场测量安装的难度。桁架由几十个不同小构件不同角度的焊接而成，构件加工制作的精度、焊接过程中的焊接收缩量的累积，以及构件间大角度的变化，将对桁架的现场拼装以及安装起着决定性的作用。通过对桁架的预拼装，一方面可以检验构件和节点的加工制作精度，对构件的偏差进行及时修整，从而减少地面现场拼装过程特别是高空安装过程中对构件的安装调整时间，有效的保证工程的顺利进行；另一方面，通过对超标构件产生的问题进行原因分析，可以查找出制作过程的不足之处，从而有效的对制作工艺、尺寸验收方案和实际加工制作过程中的不足方面进行及时更改或调整，有效保证后续构件的加工制作精度，与此同时通过对构件的预拼装，可以更好的掌握构件的制作精度，并及时对超标构件进行修整处理，同时分析偏差的产生原因，以便在后续构件的加工过程中进行有效的预防与控制。
本工程钢飘带构件构造形式复杂，构件数量多，若全部采用实体预拼装，工厂需在现场安装30天之前将所有构件加工完成，对整体工期有较大影响，且预拼装需较大的人力物力，费用较高。为达到现场拼装精度要求，并降低施工成本，加快施工工期，该类构件采用BIM虚拟预拼装技术，将构件定位点坐标扫描后输入BIM进行模拟，达到预拼装的目的。
3.3建立钢飘带安装坐标体系
钢飘带安装时为保证测量的准确性，通过BIM软件建立三维模型，并将钢飘带的分块安装单元三维模型转换到地面预先设定位置，所谓地面预先设定位置即为现场安装场地，实地再选取个参考点放入模型，通过模型确定构件各端口在地面的三维定位坐标，该三维坐标即为构件安装定位测量坐标。同时支撑架体设置也应根据施工坐标点设置，通过三位模型将支撑架体与安装单元组合放样，确定支撑位置，拼装时标记在构件上，以控制钢飘带安装精度。
3.4钢飘带安装方案模拟
通过BIM软件，创建精确的BIM模型，进行钢结构施工流程的模拟、施工方案的比选，选择最优施工方案。本工程钢飘带的施工流程由一号楼开始施工，向2号楼方向安装，首先安装首节柱子，紧接着安装外弧曲线梁，接着安装大柱的第二节钢柱，完成后安装上下弦秆的立柱，立柱完成后铺设屋面檩条。安装过程中，在安装完成首节柱子后，在大柱周围搭设临时脚手架，然后提供安装第二节柱子的操作平台。安装下弦曲线梁前，搭设整体承重脚手架，标高至曲线梁附近，安装完成下弦曲线梁后，继续搭设脚手架，标高至上弦曲线梁附近。现场可以根据实际情况调整相对应的脚手架标高。
3.5施工过程分析
根据上述钢飘带施工步骤，及本工程钢飘带结构形式为大跨度空间框架，为确保结构施工过程中的安全及稳定，同时为提前验算施工过程中结构自重状态下的应力与变形，同时对斜柱安装偏差控制进行指导，现场根据构件分节情况，利用BIM软件提前对特定工况下结构的最大变形量和最大应力进行验算，进行整体施工过程的施工模拟。分析时荷载组合为1.2D，D为构件自重。以下为结构最大变形与结构最大应力验算。
经BIM软件分析，荷载组合为1.2D+1.3RX工况下，钢飘带DXYZ向最大变形为69.78mm（向下），小于规范限值30000/400=75mm，结构最大应力为293N/mm2,小于规范限值345293N/mm2，即钢飘带最大变形与结构最大应力均满足规范要求。
3.6排版套料及材料管理
通过BIM模型输出DXF、DWG或者EXCEL等数控文件，然后将数控文件输入SINO CAM软件系统进行自动排版套料，并进行切割模拟并生成NC切割代码。在确定套料结果后将输出的NC切割代码加工程序用于数控机床下料切割。
3.7物流信息化管理
在该大跨度钢飘带施工中，项目创新的将钢结构管理系统与BIM技术相结合，对构件的成品入库、出厂运输、进场验收、现场安装进行全程追踪，实时自动反馈到BIM三维进度模型中，并跟原始计划作比较，实时发布模型。同时通过钢结构管理系统报表系统可进行查看项目实时进度及成本，统计成品入库及厂量，查询生产任务单以及成品信息。而且对于这些信息可以随时生成最新的构件进度状态统计柱状图、构件进度状态统计圆饼图、构件成本统计、构件安装实际与计划对比等统计辅助报表，供管理者查阅及进行决策。
4总结
BIM技术的应用使整个钢飘带安装提前45天完工，且项目在进度、质量、商务等各方面更趋于精益化，因BIM技术的创新应用带来的创收占比达20%。本项目大跨度钢飘带的高质量安装为后续类似工程施工提供了施工经验，同时也为企业BIM技术人才的培养以及BIM技术在公司各项目的应用与推广奠定了良好基础。
参考文献
[1] 卜瑶. 浅谈BIM技术在钢结构工程中的应用[J].工程技术，2015，34：44.
[2] 尚宏超，苗兴光.BIM技术在钢结构中的应用[J].钢结构，2016，211（7）：104-107.
[3] 郭满良.钢结构虚拟预拼装技术[J]. 建筑技术，2018.
论文作者:王永刚, 苏铠, 黄云
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第38卷15期
论文发表时间:2019/11/15
标签：飘带论文; 构件论文; 模型论文; 下弦论文; 结构论文; 立柱论文; 钢结构论文; 《建筑实践》2019年第38卷15期论文;