BIM技术在异形网架球节点施工中的应用

2022-04-25谢地许梦

智能建筑与智慧城市 2022年4期

谢地，许梦

（湖南省第三工程有限公司）

1 引言

现代建筑不再是简单的满足使用功能，而且还要具有时代的特征和艺术的欣赏效果，因此，出现了很多空间受力小、重量轻、刚度大、抗震性能好、外形多样的大型、异形钢网架建筑。由于钢材的特殊性，其加工拼装精度差、现场吊装效率低、机械成本高、安全风险高。本文针对大型、异形钢网架精确定位的技术难点，通过BIM技术，进一步提高建筑造型的美观效果，程序化企业钢结构施工的操作模式，以降低企业施工成本费用，提升建筑施工质量。

2 项目概况

本方法用于岳阳浮空器总装、试验厂房项目，项目主体钢结构长124.4m、宽64m，高65.5m，采用双层椭圆柱面网架+四角锥单元结构形式，网架结构杆件为圆管，节点采用焊接球节点。铝嵌板幕墙造型复杂，端部为异形双曲，整个网架展开面积约为26200㎡，总用钢量2400 吨。该工程精度要求高，BIM技术与施工相结合成功解决了异形建筑在施工中对缝及精度等难题，完美展现建筑的设计美感。

3 适用范围

适用于钢网架球结构拼装、吊装阶段的高精度定位施工，在各类异形钢网架球结构施工中有显著效果。

4 应用原理

通过钢结构软件建立高精度BIM 模型，获取所有球心坐标及半径。依据球面方程公式（X-X0）²+（YY0）²+（Z-Z0）²=R²，在拼装单榀网架和吊装两个施工过程中，通过反光贴，实测某个球面上任意4点的坐标[（X1，Y1，Z1），（X2，Y2，Z2），（X3，Y3，Z3），（X4，Y4，Z4）]，将4点坐标带入球面方程，得到以球心坐标X0，Y0，Z0和半径R为未知数的四元二次方程组[（X1-X0）²+（Y1-Y0）²+（Z1-Z0）²=R²;（X2-X0）²+（Y2-Y0）²+（Z2-Z0）²=R²;（X3-X0）²+（Y3-Y0）²+（Z3-Z0）²=R²;（X4-X0）²+（Y4-Y0）²+（Z4-Z0）²=R²]，通过小程序输入4 点坐标，立马得到实测的球心坐标及半径。

在设计蓝图中已知网架球理论半径，考虑加工误差，将理论半径作为已知数代入方程组，会导致数据偏差。所以在施工中，将网架球理论半径作为一个校核条件，当程序计算出的网架球半径与理论半径差值大于5mm时，应对该网架球重新测量。如差值小于5mm 时，表示这组计算值有效，再通过对比BIM 模型球心理论值与计算值X0，Y0，Z0的差额调整吊装方向。

5 应用流程及步骤说明

①工艺流程（见图1）

图1 网架拼装、安装流程图

②建立高精度网架模型

按BIM 行业LOD400 标准，进行钢网架的高精度深化建模（见图2）。

图2 钢网架高精度模型

③网架模型合理分区

结合建筑特点，考虑分块划分重量、外形尺寸、安装高度、机械性价比等综合因素，将主体钢结构网架划分为若区域（见图3）。

图3 网架合理分区

④转换加工球心坐标

在BIM模型中，将每块网架单独提出，按方便加工的倒横方式调整模型，收集单榀网架新形态下的球心相对坐标。

⑤建立加工控制网

在规划加工区域浇筑垫层混凝土，保证加工区域平整，在垫层上弹出加工控制网，并在拼装前，通过BIM动画对人员进行技术及安全交底。

⑥胎架制作

拼装胎架垂直方向采用圆管支撑，长度具体根据网架弧度现场放样确定；垂直支撑大于2m的设斜撑，与垂直支撑夹角不小于30度。

⑦每个焊接球上贴4个测量反光贴

将反光贴贴在网架球安装位置处，朝内朝下的一面，方便施工测量。

⑧复核球心相对坐标

在拼装阶段，进行多轮精度调整把控，将单榀拼装尺寸偏差控制在5mm 以内。高于GB50205 钢结构工程施工质量验收标准（见表1）。

表1 GB50205规范分条或分块单元拼装长度的允许偏差

⑨无误后连接杆件焊接

⑩焊接点探伤、合格后除锈防腐

在BIM 模型中将单榀网架按模型位置，收集球心在网架安装位置处的坐标，通过软件模型，设置测量原点，选取网架球查看属性，得到每个网架球的理论半径和理论施工球心坐标。

建立施工测量控制网：本工程的各部分结构体系的施工精度直接影响下道工序的安装误差精度，因此必须在现场拼装制作至吊装过程中，严格按照测量方案实施[1]。

测量吊装网架球心反光贴组；将球表面任意4点实测值输入算法小程序：输入4点球面实测值，得到现有球心坐标位置。

与模型球心理论坐标对比，调整网架吊装位置：通过BIM 模型精确定位球心在整体网架中的位置，在吊装过程中进行第二轮精度调整把控，将网架整体尺寸偏差控制在20mm以内。高于GB50205钢结构工程施工质量验收标准。如有误差且超过控制值，重新测量单榀吊装网架的4角球心反光贴组；误差在符合规范误差范围内，进行电焊固定（见表2）。