BIM 技术在大跨度钢结构中的应用研究

吴威滨

（中建四局第六建筑工程有限公司，安徽 合肥 230001）

近年来，上海新博览中心、上海南站、南京奥体中心等一大批大跨度钢结构项目建成，大跨度钢结构在我国进入了一个蓬勃发展的时期。钢结构工程的特点在于设计施工一体化，在建设中面临以下几个难点：（1）制造工艺及连接节点复杂，深化设计出现误差概率大；（2）钢结构2d 图纸信息传递损失；（3）现场安装管理不确定因素多，现场施工方案复杂。本文以某大跨度钢结构体育馆屋盖网架系统为例，通过建立该网架结构的BIM 三维模型，针对复杂节点连接、构件碰撞检测、预知构件清单管理和现场施工管理等方面进行了三维可视化模拟，对BIM 技术在大跨度钢结构工程中的应用进行了初步探索。

1 工程应用

1.1 工程概况

本文研究对象大跨度钢结构屋盖网架，网架高度为6m，面积为10866.24 ㎡，由12 榀纵向桁架和14 榀横向桁架组成。其中纵向桁架包含五种类型，桁架高度为6m，跨度为117.6m。横向桁架包含七种类型，桁架高度为6m，跨度为92.4m。

1.2 模型建立

本项目采用Autodesk Revit 2014 软件进数据化建模。本项目研究对象具有工程体量大、构件类型多、结构复杂等特点，根据图纸特点并结合建模软件分析，制定建模方案：（1）创建各细部构件族库；（2）对各类型桁架进行成榀组装；（3）建立项目所需轴网，进行整体组装。

在BIM 建模过程中总结出设计技巧：（1）为方便管理，创建项目样板时，规定各类必要参数的设定，并规范命名；（2）创建构件族时，设立精准参照线及视图的各项参数，保证构件族的专业性和准确性，提高设计效率。

基于BIM 技术实践研究，对某大跨度钢结构体育馆屋盖网架系统进行精细化建模。为项目后继节点模型和模型碰撞研究确立了技术基础。Revit 屋盖网架模型如图1。

1.3 节点连接模拟

图1 Revit 屋盖网架模型

钢结构节点连接是钢结构工程的设计施工难点，对整体结构安全起着至关重要的作用，因此，必须保证节点连接的可靠性与精确性。对于大型钢结构而言，其节点连接形式复杂多样，杆件交叉连接较多，传统二维设计图纸节点详图信息有缺失，给工厂加工制造以及现场安装带来了困难。通过建立BIM 三维节点模型，能有效解决这一难题。

以吊顶与桁架下弦连接点为例，进行节点连接模拟。创建好的节点模型导入Autodesd Navisworks Manage 2014 软件当中，运用Timeliner 功能对节点4d管理，从而实现节点的施工模拟过程。通过BIM 模型建立钢结构节点模型，可以提高图纸的可视化与模拟性，有助于构件生产方对构件的理解，通过节点连接的模拟，也可以辅助施工人员正确的安装构件、组装节点。节点的施工模拟图如图2。

图2 节点的施工模拟

1.4 构件碰撞检测

大跨度钢结构工程中，由于涉及构件众多，同类型不同尺寸的构件多达千种以上，其设计、生产、施工需要严格按照尺寸要求、位置要求进行生产和安装。运用BIM 技术，将创建好的模型导入Autodesd Navisworks Manage2014 中，运用Clash Detective 功能，对模型进行碰撞校险检查，查找各项碰撞列表，通过应用BIM 技术进行碰撞校验能直观地发现图纸中的错误，包括与尺寸相关的错误、与位置关系有关的错误、与标高有关的错误及与管道有关的错误。通过碰撞检查能更为直观、更为快速、更为全面地发现模型的错误，减少人工手动检所造成的纰漏，并且应用BIM 技术完成碰撞测试之后，能自动生成文本、html 格式的报告。通过三维模型的创建和碰撞分析，能及早地预测和发现大跨钢结构中的错误，避免因错误而带来巨额的损失。Revit 碰撞检验渲染图如图3。

1.5 预制构件清单管理

图3 Revit 碰撞检验渲染图

大跨度钢结构构件种类繁多，生产构件的生产商能否及时掌握构件的类型和尺寸，设计方能否提供构件的精确度和数量的准确性，直接影响工程的质量和工期。所以大跨度钢结构的清单管理尤为重要。基于BIM 模型进行清单管理，能够及时获取项目所需要的构件清单，通过对应的尺寸资料能确保构件生产的准确性，为顺利施工提供保障。

1.6 施工模拟

大跨度钢结构施工由于各种不确定的因素，实际施工情况一般很难跟施工计划保持一致。运用BIM 技术，将整体桁架系统模型导入Autodesd Navisworks Manag 2014 使用Timeliner，进行4D 施工模拟，可清晰地反映施工过程和施工进度，从而对项目纠偏提供技术支撑。

应用BIM 技术进行施工模拟，主要体现在三个方面：（1）对施工环境进行模拟，使整个模拟环境更为真实；（2）引进时间维度，可以对建筑结构的整个施工进行可视化模拟与分析，对工序进行定义，实时调整进度，制定施工计划；（3）可优化施工方案。管理者通过可以依据不同时间间段了解施工进度，可观察不同时段的工程结构的施工进展和某一构件的详细施工状况，制定多种施工方案，对多种方案的可施性进行比较，为施工方案的优化提供支持。Revit 施工模拟图如图4。

图4 Revit 施工模拟

2 结语

本文以某大跨度钢结构体育馆屋盖系统为例，利用BIM 技术对结构进行三维建模，并运用其三维可视化特点实现了该结构的节点连接模拟、构件碰撞检测以及施工模拟。结果表明：（1）通过BIM 模型能有效发现结构碰撞点，及时调整设计，提高施工效率；（2）利用BIM 技术对工程的复杂节点进行三维可视化交底，并进行施工模拟，指导现场施工；（3）BIM 技术能对工程预制构件清单提供有效计算和管理；（4）应用BIM 技术对施工现场的进行模拟管理，为项目管理中心提供管理决策。