BIM技術(shù)輔助大跨度異形曲面球型網(wǎng)殼安裝施工技術(shù)

BIM技術(shù)輔助大跨度異形曲面球型網(wǎng)殼安裝施工技術(shù)【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與社會(huì)文明的發(fā)展,大跨度鋼結(jié)構(gòu)體育館、會(huì)展中心等公共建筑不斷涌現(xiàn),新型公共建筑具有功能和結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜的特點(diǎn),這對(duì)傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)提出了巨大的挑戰(zhàn)。本文以醫(yī)學(xué)院大學(xué)生活動(dòng)中心項(xiàng)目為例，采用BIM輔助大跨度異型曲面球形網(wǎng)殼安裝、同期減少了鋼管、腳手板等周轉(zhuǎn)材料的投入，大幅度節(jié)約了人工的投入減少了施工強(qiáng)度、節(jié)省了工期、有效地降低了工程成本，對(duì)于高、大、難的工程其經(jīng)濟(jì)效益尤為突出?！娟P(guān)鍵詞】BIM技術(shù)、全站儀定位、空中散拼、網(wǎng)殼安裝0引言隨著建筑業(yè)的迅猛發(fā)展，部分大型公建、商業(yè)、體育館等建筑物為保證采光效果，其屋面往往采用網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的安裝施工方法有搭設(shè)滿堂腳手架、地面組裝整體提升、采用分單元組裝配軌道滑移等，以上安裝方法不僅要投入大量的周轉(zhuǎn)材料，還需要花費(fèi)大量的人工，增加了工程成本，延長(zhǎng)了工程工期。本文通過(guò)研究變傳統(tǒng)的網(wǎng)殼安裝施工方法，利用BIM技術(shù)輔助大跨度異形曲面球型網(wǎng)殼施工，該技術(shù)減少了鋼管、腳手板等周轉(zhuǎn)材料的投入，節(jié)約了人工，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了安裝速度，節(jié)約了工期，有效地降低了工程成本，對(duì)于高、大、難的工程其經(jīng)濟(jì)效益尤為突出。1工程概況及難點(diǎn)齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院大學(xué)生活動(dòng)中心工程位于齊齊哈爾市建華區(qū)卜奎北大街齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院內(nèi)東南角，地下1層，地上4層，是集籃球比賽場(chǎng)、游泳館于一體的綜合性體育館，主體結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，建筑高度23.8m，建筑面積12495㎡，屋面網(wǎng)架5000m2，屋面為網(wǎng)球型鋼結(jié)構(gòu)屋面，總建筑面積約16500㎡，看臺(tái)座位總數(shù)5190個(gè)，建筑總高度23.8m（如圖1）。本工程作為齊齊哈爾市重點(diǎn)工程，以中國(guó)建設(shè)工程“魯班獎(jiǎng)”為目標(biāo)，對(duì)于項(xiàng)目施工的技術(shù)含量、建設(shè)質(zhì)量都需要嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求，本工程為異型結(jié)構(gòu)，控制圓心多，曲線段多，弧形梁周長(zhǎng)達(dá)1175m，最大跨弧形梁跨度為10.87m，并且每一層的外圈造型都不相同。傳統(tǒng)放線采用經(jīng)緯儀、線墜、鋼卷尺定位的方法，受場(chǎng)地、地面情況及自然因素影響較大，過(guò)程復(fù)雜誤差大，效率低下，傳統(tǒng)的施工安裝工藝無(wú)法滿足大跨度異形曲面球型網(wǎng)殼安裝施工。圖1齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院大學(xué)生活動(dòng)中心效果圖2BIM技術(shù)輔助大跨度異形曲面球型網(wǎng)殼安裝施工流程BIM技術(shù)輔助大跨度異形曲面球型網(wǎng)殼安裝施工技術(shù)，在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)安裝前，首先利用Tekla軟件對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，對(duì)每一根桿件和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，確定每根桿件弦長(zhǎng)、方向及每個(gè)螺栓球結(jié)點(diǎn)的空間位置，并編號(hào)、定位在BIM模型上，以此指導(dǎo)安裝。利用中間某段拱為一個(gè)單元跨搭設(shè)起步網(wǎng)殼安裝操作平臺(tái)，在操作平臺(tái)上進(jìn)行首跨網(wǎng)殼的安裝，利用已安裝完成的首跨作為配重，將地面上事先按需要組裝好的單元構(gòu)件，采用機(jī)械吊裝后在空中完成三角錐的三個(gè)頂端的高強(qiáng)螺栓的對(duì)接，同時(shí)向兩側(cè)不斷延伸拼裝小椎體，逐步形成大跨度異形曲面球型網(wǎng)殼，最終完成鋼結(jié)構(gòu)的安裝，其工藝流程為：網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)建?！S加工→支座測(cè)量定位矯正→搭設(shè)起步架操作平臺(tái)→組裝首跨桿件→空中散拼安裝桿件→網(wǎng)殼調(diào)整→支座連接。3操作要點(diǎn)及技術(shù)要求：3.1網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)建模利用Tekla建立網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)BIM模型，細(xì)化圖紙進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析，在三維可視化模型中對(duì)所有構(gòu)件進(jìn)行拆解、分段，逐一編號(hào)，經(jīng)過(guò)反復(fù)校準(zhǔn)后標(biāo)注構(gòu)件的尺寸，便于工廠加工，如圖3.1所示。圖3.1網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)BIM模型3.2工廠加工依據(jù)深化的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)圖紙，進(jìn)行螺栓球、桿件、套筒、錐頭、緊固螺釘?shù)攘慵庸?，并在工廠進(jìn)行桿件焊接，對(duì)桿件焊縫進(jìn)行全數(shù)探傷試驗(yàn)，驗(yàn)收合格后將構(gòu)件運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)。3.3支座測(cè)量定位矯正采用全站儀對(duì)支座預(yù)埋件的軸線位置、標(biāo)高進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，放出各支座的中心線，發(fā)現(xiàn)誤差超出規(guī)范及時(shí)進(jìn)行修正。3.4搭設(shè)起步架操作平臺(tái)根據(jù)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，結(jié)合網(wǎng)殼組裝需要操作平臺(tái)的位置，設(shè)計(jì)起步腳手架操作平臺(tái)，腳手架搭設(shè)須滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，能夠承受構(gòu)件及施工人員荷載，下弦桿連接的螺栓球下部須采用格構(gòu)柱支撐，如圖3.4所示。起步架操作平臺(tái)起步架操作平臺(tái)圖3.4網(wǎng)殼起步架操作平臺(tái)平面示意圖采用鋼管扣件搭設(shè)支撐系統(tǒng)，頂部張?jiān)O(shè)安全網(wǎng)，其上滿鋪50mm厚腳手板，平臺(tái)頂標(biāo)高距離螺栓球底部的距離不小于500mm。對(duì)腳手架操作平臺(tái)專項(xiàng)方案進(jìn)行專家論證，支撐體系搭設(shè)完成后，由項(xiàng)目經(jīng)理組織技術(shù)負(fù)責(zé)人、安全員和建設(shè)單位、監(jiān)理單位相關(guān)人員依據(jù)方案要求進(jìn)行驗(yàn)收，經(jīng)驗(yàn)收合格后經(jīng)項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人和總監(jiān)理工程師簽字后方可進(jìn)行下道工序施工。3.5組裝首跨桿件網(wǎng)殼總體安裝順序如圖3.5所示，采用起步腳手架操作平臺(tái)做結(jié)構(gòu)安裝支撐，網(wǎng)殼首跨安裝前，利用BIM技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)殼安裝模擬，確定最佳安裝方案，安裝時(shí)采用塔吊吊運(yùn)構(gòu)件空中散拼向兩側(cè)同時(shí)推進(jìn)，縮短網(wǎng)殼安裝時(shí)間，利用手拉葫蘆及千斤頂對(duì)網(wǎng)殼的標(biāo)高和軸線位置進(jìn)行調(diào)整，利用全站儀進(jìn)行空間位置復(fù)核。安裝第二部分安裝第三部分安裝第三部分安裝第二部分安裝第一部分安裝第二部分安裝第三部分安裝第三部分安裝第二部分安裝第一部分圖3.5網(wǎng)殼安裝順序示意圖第一步，在起步架上拼裝首跨網(wǎng)殼，利用全站儀進(jìn)行柱上支座定位，確定第一個(gè)柱上螺栓球的位置，第一步第一個(gè)網(wǎng)格下弦支撐胎架定位，墊平墊實(shí)下弦球平面。第二步，完成第一個(gè)網(wǎng)格下弦桿件的組裝，把下弦桿件與螺栓球連接并一次擰緊到位。第三步，將一個(gè)上弦球以及與之相連的網(wǎng)殼腹桿組裝成整體與安裝就位的下弦單元拼裝成整體結(jié)構(gòu)，腹桿下端連接下弦球的四只螺栓僅擰緊一顆，其余保持松動(dòng)，以便在安裝上弦時(shí)起到松口作用。第四步，組裝下一單元格網(wǎng)殼下弦構(gòu)件。第五步，將一個(gè)上弦球以及與之相連的網(wǎng)殼腹桿以及一側(cè)的一根上弦桿組裝成整體與安裝就位的下弦單元拼裝成整體結(jié)構(gòu)，上弦桿與球擰緊應(yīng)與腹桿和下弦擰緊依次進(jìn)行。第六步，重復(fù)以上施工步驟繼續(xù)進(jìn)行其余網(wǎng)格構(gòu)件的拼裝直至首跨安裝完成，整個(gè)首跨作為后續(xù)的安裝配重，首跨安裝平面、剖面如圖3.5-1、3.5-2所示。圖3.5-1網(wǎng)殼首跨安裝平面示意圖3..5-2網(wǎng)殼首跨安裝剖面示意圖3.6空中散拼安裝桿件1把網(wǎng)殼根據(jù)實(shí)際情況合理地分割成各種單元主體：一球三桿、一球四桿、一球五桿、一球六桿組拼成網(wǎng)殼，由小拼單元一球四桿（四角錐體如圖3.6-1所示）、一球三桿（三角錐體如圖3.6-2所示）總拼成網(wǎng)殼；由小拼單元組成中拼單元，再總拼成網(wǎng)殼。圖3.6-1一球四桿示意圖圖3.6-2一球三桿示意圖2安裝順序根據(jù)網(wǎng)殼受力和構(gòu)造特點(diǎn)，在首跨拼裝完成的基礎(chǔ)上，采用塔吊配合，向南北方向沿軸線先拼下弦，將下弦的標(biāo)高、軸線調(diào)整好后，全部擰緊螺栓，起定位作用。3上弦和腹桿拼成四角錐的小拼單元，進(jìn)行小拼單元的安裝。每個(gè)小拼單元的螺栓同時(shí)進(jìn)行擰緊，下弦和另一面腹桿可以采用單件安裝，采用安裝倒四角錐的方法進(jìn)行安裝，網(wǎng)殼安裝以一個(gè)網(wǎng)格為一排，逐排推進(jìn)，直到整個(gè)軸線安裝完，并與支座焊接固定，網(wǎng)殼空中散拼示意圖如圖3.6-3～3.6-6所示。圖3.6-3網(wǎng)殼推進(jìn)安裝平面示意圖3.6-4網(wǎng)殼推進(jìn)安裝剖面示意圖圖3.6-5網(wǎng)殼安裝完成平面示意圖3.6-6網(wǎng)殼安裝完成剖面示意圖4重復(fù)步驟3直至網(wǎng)殼拼裝完成，網(wǎng)殼現(xiàn)場(chǎng)高空散拼流程如圖3.6-7所示，若拼裝較大跨度的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)需在跨中設(shè)置千斤頂，用千斤頂頂住螺栓球，找出螺栓球的定位標(biāo)高，以控制拼裝過(guò)程網(wǎng)殼的擾度。1234123465

圖3.6-7網(wǎng)殼安裝流程圖5將用以調(diào)整網(wǎng)殼標(biāo)高的千斤頂拆除，最后拆除中間最大擾度處的千斤頂，然后拆除腳手架組裝平臺(tái)，完成網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)施工。4結(jié)束語(yǔ)采用BIM技術(shù)輔助大跨度異形曲面球型網(wǎng)殼安裝施工技術(shù)，有效的節(jié)約人工、材料租賃費(fèi)用，節(jié)約了工期，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了工效，推進(jìn)了科技進(jìn)步。為項(xiàng)目創(chuàng)優(yōu)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)得到了建設(shè)單位和監(jiān)理單位的一致好評(píng)，該工程也被評(píng)為黑龍江省建筑業(yè)2018年度新技術(shù)應(yīng)用示范金牌工程，榮獲2019第八屆“龍圖杯”全國(guó)BIM大賽三等獎(jiǎng)，為下一階段的創(chuàng)優(yōu)提供了有力保障。參考文獻(xiàn)[1]李萬(wàn)慶,呂猛,孟文清.大跨度網(wǎng)殼復(fù)雜結(jié)構(gòu)BIM建模關(guān)鍵問(wèn)題對(duì)策研究[J].粉煤灰