BIM技术在雪车雪橇赛道钢木组合结构遮阳棚上的应用

王鹏 薛永涛

摘要：通过BIM技术在国家雪车雪橇中心赛道钢木组合结构遮阳棚上面的深化设计、工厂加工、现场安装等方面的应用，解决了项目结构造型复杂，设计施工难度大，工期紧，设计要求高等难题。

关键词：钢木组合结构;BIM技术;深化设計

1、工程概况

北京2022年冬奥会国家雪车雪橇中心项目位于北京市延庆区海坨山，是中国首条，全球第十六条，也是唯一拥有360°回旋弯的雪车雪橇赛道。赛道的设计难度为冬奥会项目单独最高，需两个国际单项组织（IBSF国际雪车联合会、FIL国际雪橇联合会）进行认证;目前通过国际单项组织认证的赛道为15条（亚洲2条、北美4条、欧洲9条），延庆国家雪车雪橇中心赛道为通过认证的第16条赛道。主赛道总长度约1935米，最低点高程892米，最高点高程1019米，垂直落差121米。平均坡度9.8%，最大坡度16%，共计16个弯道。

2、重难点分析

赛道遮阳棚沿着整个赛道长度方向布置，贯穿出发区、综合运营区、结束区三个区域，将雪车雪橇中心结合成一个整体。依据赛道制冷设计要求，将其整体结构划分为54段。共计277榀木梁，在垂直落差121米的赛道上安装，单边悬挑长度7～13米，木梁成品体积大、重量重、造型及节点形式复杂，每榀木梁有50多种不同规格的构件构成，内含高钒索、过锁鞍、销轴等特殊构件，且加工和安装精度必须保证在1毫米左右。遮阳棚屋面为不规则双曲面造型，主要结构由钢檩条和钢拉杆构成。钢檩条和钢拉杆规格型号较多，其中部分檩条为异形双曲，每根檩条尺寸和弯曲弧度大小不一，且钢檩条和拉杆在整体结构的空间定位复杂，屋面成型精度要求高。国内亦无同类建设工程经验，缺乏相关施工经验和施工技术的指导。

3、赛道钢木组合结构遮阳棚BIM技术应用

3.1 BIM组织策划

经项目组织策划，决定采用BIM技术辅助赛道遮阳棚体系施工的整体过程。通过创建BIM人员组织架构，制定BIM技术应用实施方案，划分人员职责分管，建立有效的沟通机制，分析采购适用于本项目的BIM相关软件（Tekla Rhino Grasshopper Fuzer Navisworks）其他辅助性软件（Revit CAD 3Dmax）。配置对应软件的硬件设备等。创建可视化、数字化的建筑信息化三维模型，通过模型深化，碰撞检测，模型出图，模型出量，动画模拟等方法，将其合理应用到赛道遮阳棚体系的深化设计、材料采购、工厂加工、现场安装等施工全过程，实现与异形双曲赛道遮阳棚体系施工无缝对接。

3.2深化设计阶段BIM技术应用

3.2.1 在深化设计阶段主要考虑整体结构的建模准确度，完整性，合理性。重点在于因木梁内部结构复杂，组成构件较多，前期提供资料、施工图资料不够完善，通过建立三维模型进行可视化分析，碰撞检测，现场施工技术分析等对设计不合理位置进行重点深化。

首先建立tekla三维模型通过直观分析，发现原设计节点伸缩缝、步道斜坡屋面等位置存在不合理性，重新与设计沟通对相关节点二次深化。

通过软件进行碰撞校核发现垂直拉杆、钢拉索锚杆、锁头与胶合木梁碰撞等共计300余处。通过软件自动对其碰撞类型、对象名称、对象ID、构件ID，做自动排序和区分，生成碰撞检测列表，便于高效调整优化。

通过现场焊接技术分析，考虑到木梁安装时，木梁内部钢立柱与钢承梁焊接操作空间不足，且后续还需施工U型梁托，通过模型直观分析，对木梁节点重新深化。

3.2.2 为保证赛道屋面截面尺寸、双曲造型、结构体系受力效果。要对每根钢檩条的长度、弯曲弧度，拉杆长度，钢檩条、拉杆耳板与金属马鞍件的焊接角度重新放样，精确定位。

3.2.3为保证构件加工排版工作量简化和深化设计成果的快速准确输出，运用软件中编号功能对模型构件进行编号，很大程度上解决了项目本身结构形式复杂、组成构件多的突出问题。达到了构件快速梳理、图纸和工程量清单输出简洁明了的效果，便于工厂针对构件批量加工，提高效率，缩短了加工周期。

3.2.4应用软件的出图功能，对既有模型中的构件、节点自动生成初步的深化图纸（构件的组装图及钢构件的加工图），对生成图纸加以校核，力求深化图纸表达准确、简洁。在合理的人员安排情况下，通过软件出图功能，一天完成了上千张加工图纸，大大提高了工作效率。

应用软件出报告功能，对已经深化确认的模型进行报告输出，通过软件报告模板编辑器，对木梁木构件和钢构件采购所需的一系列数据进行模板编程，利用创建报告命令选择设置好的材料清单模板进行材料清单一建输出

3.3加工安装阶段BIM技术应用

3.3.1 加工阶段采用BIM模型与工厂机器人加工生产线相结合的方式，前期建立木构件的Rhino模型，通过GH平台上开发的机器人控制插件，达到从后台设计到机器人加工指令一键生成，有效提升了胶合木梁切割、开槽、打孔的工作效率和精准性，降低成本的同时也大大提高了生产效率。运用三维动画模型演示进行木梁组装交底培训，提升木梁拼装的效率和准确性。

3.3.2采用BIM模型分别提取木梁顶部、端部、尾部等处的三维坐标点，应用GH软件，编写坐标点输出程序，生成三维坐标列表。在木梁对应位置张贴反光片，全站仪全程监测确保木梁精准就位，就位后设置临时拉结支撑，然后进行木梁与钢承梁焊接固定，并时刻监控其位移状况，大大提升了木梁安装的施工效率及精度。

4、结语

通过运用三维数字化模型指导异形双曲赛道遮阳棚体系的设计、加工及安装，钢材和木材原材料在项目完成组装后做到零剩余。钢材加工损耗率控制在3%以内，木材加工损耗率控制在10%以内。上万种构件合理组装，准确率达100%，实现零报废。通过模型可视化分析，比对现场工况，做到一次性安装成优，现场安装零返工。三维数字化模型技术与异形双曲赛道遮阳棚体系施工无缝对接，为这种异形曲面超常规项目快速、准确地提供了基础数据，施工效率大幅提升，施工成本有效控制，施工质量、安全得以确保。在项目建设全生命周期的管控中取得了良好的经济效益。

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