BIM技术在复杂屋盖体系中的应用

□文/王建勋 亓立刚 杨明 杨永 崔爱珍

BIM技术在复杂屋盖体系中的应用

□文/王建勋 亓立刚 杨明 杨永 崔爱珍

文章依托天津市滨海新区于家堡金融区起步区03-04地块工程，介绍了建筑信息化模型（BIM）技术在大跨度、多屋脊开启式屋面体系深化设计、构件制作和施工安装中的应用。该屋盖造型复杂，施工难度大，除屋盖管桁架结构体系外，包含了金属屋面、直立锁边系统、擦装机系统、虹吸雨水系统、暖通系统等多个系统。

多屋脊；开启屋面；信息化；BIM；深化设计

1　工程概况

于家堡金融区起步区03-04地块工程屋盖的整体造型呈∞形，屋盖形状非常复杂，最大高度达62m，跨中最大厚度达7.5m，端部为悬挑结构，高度逐渐变为零。

为满足建筑造型与受力合理性的要求，采用双向桁架体系，将2个塔楼连接为整体，利用8个核心筒和内环框架柱作为竖向支撑，使大跨度悬挑屋盖形成稳定的连体结构。屋盖部分包含了直立锁边系统、擦窗机系统、虹吸雨水系统、开启式屋盖系统、泛光照明系统、服务走廊、客用走廊次结构，如何合理的穿插屋面各个系统的施工，保证每个系统的施工质量，最终实现建筑的使用功能和效果是本工程的重中之重。

2　工程重难点分析

1）该工程为多屋脊、多曲面的建筑造型，在屋盖结构施工期间，对构件的加工制作和现场的安装精度要求高。

2）多界面交接区域节点处理复杂，如何保证屋面的防水性能和抗风压性能的构造要求是至关重要的。

3）在保证屋面各系统的使用功能的前提下，如何实现复杂的建筑效果。

4）屋面的变更及方案的修改较多，擦窗机轨道的位置、开启式屋盖的形式、排水天沟的构造要求等，在深化设计阶段进行多次调整，如何将方案的调整快速直观体现出来，保证各项工作连续有效的进行，是确保施工工期的关键所在。

3　BIM模型的搭建

本工程屋面施工困难重重。首先，屋面造型独特、功能复杂，其次，在优美灵动的造型下，屋面部分由二维曲面或三维曲面组成，精确设计难度巨大。再次，由于该工程为地标性建筑的特殊性，工程设计不仅涵盖了公共建筑的所有专业，尤其屋面部分还包含了开启式网球馆、游泳馆，协同配合难度巨大。因此，屋面施工前期经过分析决定应用BIM技术进行深化设计。

目前来讲大部分工程前期技术资料中并不能提供较为完善的三维模型，为进一步有效地组织管理，就要求施工单位深化设计阶段能够通过已知的技术资料进行模型的搭建，这就是常说的逆向工程模型搭建。

本工程屋面并没有原始的设计模型，而且屋面造型极其复杂，又包含了多个系统。根据设计院提供的钢结构坐标点以及建筑的外轮廓线进行屋面钢结构模型及屋面建筑模型的搭建，确定天沟、檐口、屋脊、格栅、幕墙的空间位置与屋面钢桁架的相对位置关系。这个环节是非常重要的，是需要完美的将结构造型、建筑效果设计意图体现在三维模型上，之后的碰撞检查、多专业协同等工作都是在这个模型的基础上进行。

4　BIM技术的应用

4.1深化设计阶段各专业协同碰撞检查

工程中各构件交错连接，屋盖钢结构部分主、次桁架共327榀，桁架间水平系杆共2 700根，现场散装牛腿5 400根，纵向桁架与水平桁架间布置环向桁架，结构复杂，不同专业工程间也有交集。如果到施工现场才发现因各专业工程协调不当导致安装困难，无论是运回工厂返工或者是现场调整修改都会造成工期的延误，也会因人工及材料的浪费导致工程成本的增加。本工程屋面钢结构采用Tekla Structures软件本身包含的碰撞检测功能，可以方便快捷的检测出碰撞对象的位置及相关信息。Tekla Structures软件也有相关的接口插件，方便与Revit软件的相互转换。将模型转换成IFC格式文件再与其他专业的模型文件一起倒入Revit软件中，可以进行不同专业间的碰撞检查，两种软件的交互使用可以避免模型错误及专业冲突引起的返工损失。

在传统的设计过程中是按专业进行分工的，每个专业之间依靠碰头沟通来解决不同专业的衔接和配合工作，这样势必带来一定的随意性和非线性问题的出现，现在通过更加直观的BIM三维模型，对不同专业模型合并，对各个环节及细部进行全方位检查，暴露不易发现的深层次问题。通过BIM技术的碰撞检查，可以非常直观的将不同专业间不统一的位置、冲突的位置显示出来并通过列表的形式进行沟通。本工程主要针对钢结构专业与屋面专业进行碰撞检查、机电安装专业与钢结构专业及屋面专业的碰撞检查，见图1-图3。

图1　虹吸雨水管路游与结构碰撞分析

图2　新风口建筑联想在桁架中的布置

图3　排风管与屋面结构的碰撞分析

4.2现场施工阶段的应用

1）构件下料的准确性提高和下料周期的大大缩短。通过深化设计阶段的BIM技术应用，解决多专业协同问题。项目实施阶段仍然根据三维的信息化模型进行材料构件的下料。通过BIM软件可以获得构件的加工数据，包括定位坐标、尺寸大小、弯弧加工所需数据及构件管理编号，有了这些精确的数据就可以提前提供给材料加工厂，缩短构件的加工制作周期，提高构件的加工精度。传统的下料需要测量现场实际尺寸后才能够下料，运用BIM技术，因为要求施工时也完全按照BIM三维模型进行现场实施，所以材料和加工也完全依据BIM三维模型进行，这样大大缩短所需要的下料时间，提高工作效率和产品质量。

2）在屋盖桁架施工阶段利用BIM技术。在屋盖桁架施工过程中，通过BIM技术进行施工措施及安全措施模型的建立，可以有效的进行可行性分析。

在每相邻临时支撑托架上端设置兼作高空通道使用的水平支撑，在水平支撑上铺设脚手板同时在边侧设角钢及安全绳作安全围护。除上述支撑外，在临时支撑四周设缆风绳，进一步保证临时支撑的稳定，见图4。

安装钢屋盖分块嵌补杆件时，在对接处采用脚手管搭设操作平台，平台上按要求铺设走道板，同时在外围拉设安全围护绳。脚手架搭设见图5。

图4　高空通道模型

图5　操作平台模型

5　结语

BIM技术的管理理念和管理模式在于家堡金融区起步区03-04地块屋面工程中的应用，充分利用了现代先进的信息化技术带来的优势，使复杂结构体系中多专业、多系统的碰撞问题在深化设计阶段得以解决，同时在制造、安装等环节的相互协调更加快捷和及时。但BIM软件与其他软件还不能完全实现对接，在相互转换导入的过程中还存在部分问题，在BIM运用过程中还需其他软件进行辅助调整。

□亓立刚、杨明、杨永、崔爱珍/中建八局天津分公司。

TU17

C

1008-3197（2016）03-04-02

2015-12-18

王建勋/男，助理工程师，中建八局天津分公司，从事工程技术管理工作。

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.03.002