BIM技术在型钢混凝土结构中的应用

顾仲鹏 孙泽慷 张逸豪

（东南大学成贤学院，江苏 南京 210088）

型钢混凝土是钢筋与混凝土结合形成的一种结构，具体是在混凝土制作环节将型钢作为核心，以横向箍筋和受力钢筋两种结构作为基础。梁柱节点处，钢筋较为密集，操作空间受限；制作柱钢骨时，对钢板具备较高的要求，焊接环节容易出现变形问题，钢筋与柱钢骨存在较大的连接难度，而应用BIM技术能够保证型钢混凝土结构施工顺利开展，因此，研究BIM技术在型钢混凝土结构中的应用意义重大。

1 BIM技术的特点

BIM技术即建筑信息模型，该技术属于公共标准化协同作业的共享数字化模型，其包含以下特点：

（1）BIM技术是一种可视化分析及设计技术，其不仅具备可视化展示功能，还具备较强的可视化分析功能，能够全面分析和设计施工环节，判断各环节是否存在问题，如规范检查、过程预测、碰撞分析及监控等。在项目的整个实施环节中，通过BIM可视化平台，相关人员可实现信息共享，在有效地沟通和讨论下进行科学决策。

（2）BIM技术属于一种协同工作过程，涉及工程项目的整个生命周期。从设计阶段到周期终结，会涉及较多复杂的信息，利用整体协同工作的方式，可获得更高的产品质量及工作效率，在实现精细化管理的同时，有效节约资源和成本。

（3）BIM技术属于一种信息模型集成工具。建筑行业的精细化管理存在较大的难度，主要是因为不同阶段及不同专业的工程数据信息未能紧密相连，通过BIM技术的集成功能，可准确获取相关专业数据信息。利用集成技术，可将不同专业及阶段的BIM子模型统一成一个模型，达到信息共享及交换的目的，避免因为信息交流不畅对工作效率产生影响，精简工作流程。

（4）BIM技术属于一种多维数据信息模型，如工程与某个单元形状的3D几何模型，几何维度与时间构成的4D、5D、6D、7D等模型。

2 工程概况

某工程总建筑面积为43 920.5m2，地上6层，地下1层，属于框架剪力墙结构，建筑高度最高处为27.95m。其中，首层层高为5.7m，其余层层高为4.2m，1～6层设置型钢，结合原设计图纸，通过BIM三维建模软件，实施三维建模，优化型钢混凝土结构各项施工的重点环节，以保证施工具备较强的可行性。实际施工过程中，存在一定的难点问题，因为工程结构体系较大，存在复杂的结构节点，特别是在型钢混凝土节点位置拥有较为密集的钢筋，框架柱箍筋就位、型钢与钢筋碰撞、型钢与梁受力筋连接等均属于施工技术难点，为顺利开展型钢混凝土结构施工，选择BIM技术进行施工前模拟，从而优化施工方案，使实际施工更加科学、合理，获得更高的施工质量。

3 型钢混凝土结构中BIM技术的应用

3.1 建立BIM三维模型

严格按照施工图纸构建BIM三维模型，根据相应顺序，先针对柱纵向受力钢筋排布进行三维模拟分析，再针对梁纵向受力钢筋排布实施三维模拟分析，最终进行梁柱箍筋建模。完成柱纵筋建模后，排布梁纵筋，会获得多角度三维可视化图与节点，包括侧面、切割面及梁截面等，能够实施初步深化设计。开展梁柱箍筋建模工作时，应与梁柱纵筋设计相结合，构建相关模型，以此避免梁柱箍筋调整环节出现问题。此外，梁柱箍筋建模环节需要重点关注开口箍存在的问题，不但要优化设计柱箍筋，还应做出相应的设计调整，从而提升现场施工速度，获得更高的施工效率。改进柱箍筋时，通过实际建模与优化调整，可有效防止大部分碰撞情况，获得良好的整体布置效果。

3.2 型钢混凝土结构配筋

（1）梁上下主筋配筋。在设计图纸的型钢梁柱节点处，其梁截面配置的主筋为6φ25，通过BIM技术进行模拟分析发现，型钢柱翼缘板与梁主筋存在碰撞情况，通过与设计单位的及时沟通，在确保符合设计要求的基础上，对内侧主筋位置进行了调整，向下移动了最内侧的两根钢筋，并重新调整了钢筋间距，实现型钢柱与梁主筋的良好连接。将钢连接板焊接于型钢柱的翼缘上，避免出现主筋无法穿过的情况，钢连接板与钢筋平行，并垂直于型钢柱翼缘，一方面，确保梁钢筋可以正常绑扎锚固；另一方面，使型钢柱截面具备良好的完整性，不会对型钢刚度及强度产生较大影响。

（2）型钢柱箍筋配筋。通过BIM技术进行模拟发现，型钢柱腹板与型钢柱箍筋存在碰撞情况，无法顺利穿过腹板实施绑扎操作。由于存在较多的钢筋数量，若型钢截面处存在过多孔洞，会使型钢整体刚度明显下降，需实施加固补强处理，不利于施工进度及质量，所以，不能在型钢腹板处开孔，以保证钢筋顺利穿过。要科学选择型钢柱布置方式，尽量减少穿孔情况，将加劲板设置在型钢柱上，用插口箍筋代替对称箍筋，随后在加劲板上焊接箍筋，这种方式不仅可满足设计配箍率要求，还能指导施工。加劲板配置如图1所示。

图1 加劲板配置

（3）梁柱节点位置钢筋配置。对于梁型钢与柱竖向钢筋碰撞情况，应断开碰撞位置钢筋，将一个连接钢板焊接于型钢上下翼缘板上，保证与翼缘板垂直，随后焊接钢板与钢筋，因为梁柱节点区箍筋不具备足够的箍筋净间距，需要增大梁柱节点区域的箍筋设计间距，降低箍筋使用数量，减少梁箍筋，以柱箍筋为主，并且要避免细柱与梁中的拉筋不进入至节点处。通常将箍筋做成90°弯钩，以焊接的方式，形成封闭箍筋，连接钢板与梁受力筋焊接。与梁筋排布位置结合，确定出连接钢板的尺寸和标高方向，最终得到梁筋的焊接位置。

3.3 安装施工

3.3.1 型钢柱安装

①安装型钢柱地脚锚栓时，利用BIM 模型准确定位理论坐标，同时确定地脚锚栓安装范围及部位。将全站仪架设于轴线控制点上，精确定位地脚锚栓，选择全站仪获得地脚锚栓的水平位置，在底板措施钢筋处，用电焊将锚杆固定住，同时实施措施钢筋的加固连接。

②通过BIM技术，可将施工工艺制成模拟动画，演示型钢柱吊装环节，全过程展示塔式起重器吊装距离、覆盖范围、起吊点与落钩点的实际情况，从而判断吊装环节是否符合要求，复查没有问题后，方可正式起吊。

③型钢柱BIM三维模型下，通过连接板固定上下型钢柱，在BIM三维模型上明确标注不同等级的焊缝。其中，一级焊缝为溶透焊缝，二级焊缝为现场拼接焊缝，三级焊缝为角焊缝，从而有助于现场实际操作。结合BIM三维模型，精确定位型钢柱同悬挑钢梁间的位置关系，明确焊缝高度与位置，保证不存在问题后，开展焊接作业。

④与BIM三维模型中的型钢柱焊缝高度、长度要求相结合，检测型钢柱各位置处的焊缝情况，根据不同级别的焊缝要求，分别进行针对性的检测，同时，详细记录检测数据，形成准确的记录表。

⑤安装型钢柱箍筋前，结合BIM三维模型得到的图纸，为现场施工人员开展三维可视化交底，具体需要交底的内容较多，主要有套筒位置钢筋连接方式、纵向受力钢筋位置等，若为贯穿型钢柱腹板，其开孔位置处需要采用相应的补强方案。

3.3.2 柱箍筋安装

安装柱箍筋前，需要利用Revit软件优化后的箍筋，实施现场试安装，明确柱箍筋安装位置及间距，节点区域钢筋密集位置应进行钢筋安装演示，以保证箍筋顺利安装。

3.3.3 型钢柱模板安装、加固

通过BIM技术中的Revit 软件构建新型加固体系模板加固模型，保证根据实际要求进行次龙骨及紧固件设置。完成竖向模板排版后，应明确模板拼缝在模型中的位置。因为型钢混凝土存在较大的柱截面尺寸，拉螺栓无法穿过型钢柱，选择这种模式，能够获得更好的成型质量，同时，BIM模型效果展示可对现场施工人员实现可视化交底。

3.3.4 型钢柱交接部位，梁纵向钢筋安装

利用BIM技术中的Revit 软件，获得梁柱节点钢筋连接图纸，获得梁纵向受力钢筋连接方式，从而以此为主要依据，焊接加劲板、套筒与型钢柱。

3.3.5 梁箍筋安装

通过BIM三维模型可排布梁箍筋的具体定位，同时，可在梁侧进行箍筋间距控制线的准确标记，合理确定箍筋绑扎间距。梁端部位其第一道箍筋应与型钢混凝土柱边相距50mm，保证箍筋加密区符合规范要求。

3.3.6 梁模板安装

模板安装前应结合BIM三维模型进行梁模板排版，同时，明确主次龙骨的实际布置要求，找准梁对拉螺栓的间距及实际位置，保证梁起拱度、垂直度及外形尺寸均满足实际要求。

3.4 混凝土浇筑

型钢混凝土结构施工环节会存在较多数量的钢筋，混凝土浇筑不可一次成型，需要分三次浇筑，实际浇筑环节，首先进行下平板与下层梁浇筑，再进行斜撑与立柱浇筑，最后进行上平板与下层梁浇筑。因为型钢混凝土结构中，梁柱节点位置处存在较为密集的钢筋，并且内部钢筋情况较为复杂，混凝土浇捣前需要确定振捣的具体位置，以确保充分振捣，提升振捣效果。同时，应按顺序浇筑，先浇筑的柱混凝土初凝前应进行梁板混凝土振捣，以获得良好的浇筑与振捣效果。

3.5 节点施工工艺控制

因为型钢柱与梁钢筋存在较多的交叉点，各部分间的关系尤为复杂，所以，存在较大的施工难度和处理难度。具体施工过程中，应通过施工仿真技术，呈现钢柱与钢筋在空间中的实际关系。通过实际分析，全面了解两者间的关系后，构建合理的施工顺序，避免出现严重的钢筋碰撞问题，降低实际施工难度，在处理柱箍筋捆绑遇到的问题时，应进一步优化节点。可以选择以下方式处理梁、柱节点的钢筋，有效控制节点施工工艺。

（1）柱钢筋处理。实施梁柱型钢绑扎时，因为存在较高的难度，实际设计环节应改变箍筋形状，可以选择U型形状连接钢柱腹板，随后通过焊接的方式，将两者固定住。如果钢柱安装主筋存在较高的密度，则各型钢梁翼板周边均需要存在两根柱主筋；如果型钢梁两侧安装的柱主筋存在严重的偏移情况，则会对模板支设产生影响，因此，需要重点避免这一情况出现。

（2）梁钢筋处理。事先进行钢柱翼缘板开孔，并使钢梁主筋穿过，随后通过螺纹套筒进行良好连接，还应选择焊接的方式，保证良好的固定强度。型钢柱腹板梁主筋穿过时，在加工厂直接进行腹板的机械开孔，无需进行补强处理，梁主筋通过开孔深入梁中和梁端 1/3 处，再实施套筒连接或是穿过开孔后直锚。

4 结语

综上所述，随着建筑行业的不断发展，型钢混凝土结构应用日益广泛，将BIM技术应用于型钢混凝土结构中，有效转变了以往的施工管理模式，可以通过数字信息化模型直观地呈现施工效果，进一步优化施工方案，提升现场施工效率。因此，深入研究BIM技术在型钢混凝土结构中的应用具备较强的现实意义，有助于在型钢混凝土结构中充分发挥BIM技术的作用，促进建筑行业可持续发展。