BⅠM在预应力密肋空心楼盖的碰撞研究

邱建忠，祖晓东

（1.中交第二航务工程局有限公司，武汉 430000；2.中交二航局第三工程有限公司，江苏 镇江 212000）

随着我国建筑业的发展，预应力混凝土技术被愈来愈广泛地应用。预应力混凝土是采用预应力钢筋在混凝土结构受荷前施加一定应力。利用预应力钢筋具有一定的弹性回缩能力来使混凝土性能得到提高，材料的性能可以得到充分发挥，促使结构在荷载作用时达到最优状态。由于施工工序少、施工快速、可减少建筑结构柱、增大跨度、提高使用空间及减轻结构自重等优点，不仅在大跨度建筑结构上，在高层建筑及一些功能建筑中也采用预应力混凝土技术[1]。现代建筑对自重、空间和层高、间隔及抗震性能等要求更多元化，单一的楼盖体系已经不能满足需要，各种新型的楼盖体系应运而生[2]。其中密肋楼盖适用于对跨度大及梁高要求较高的情况，密肋楼盖主要组成内容包括现浇顶板、底板及现浇横纵肋梁、暗梁等。

建筑结构受到的水平力需要有相应构件进行传递及抵抗，楼盖作为水平受力构件，在没有支撑结构柱支撑的时候，钢筋混凝土结构的抗拉能力较弱，通过在梁内设置预应力筋，在一定程度上提高钢筋混凝土的抗拉力和承载力，保证钢筋混凝土结构的稳定性。在预应力混凝土楼板盖施工过程中，预应力筋的施工是一个比较复杂的过程，特别对于大跨度密肋楼盖结构，肋梁宽度小而且布置空心箱钢筋密集并且横、纵2个方向均布设预应力筋，不同方向预应力钢筋及钢筋骨架之间相互交错，施工中定位困难如果发生定位偏差，返工困难从而影响整个工期，增加成本。

由此可见，对于密肋楼盖中预应力筋位置精准度的要求，无疑对施工控制提出了更大的挑战。为此，本文以宝清县文化创意中心项目为背景，对楼盖的预应力筋精准布置进行研究。通过在施工前期创建整体模型及预应力钢筋模型进行分析，精准模拟设计图中预应力钢筋位置，分析横、纵梁之间交叉点位置预应力钢筋碰撞情况，进一步提出解决方案，保证现场施工精准度。

1 工程概况

宝清县文化创意中心项目位于黑龙江省双鸭山市宝清县，主要包含报告厅、文化馆及图书馆、博物馆和消防泵房4个部分。其中报告厅采用的现浇预应力混凝土密肋空心楼盖体系。如图1所示，该双向密肋楼盖厚度为1.5 m，部分区域为1.0 m，其中底板厚0.7 m，顶板厚0.8 m，平面尺寸为31.2 m×34.2 m，如图2所示，设置横、纵共5道有粘结预应力暗梁，在横、纵向肋梁下部设置2根设置预应力钢筋，预应力钢筋采用直径为15.2 mm的低松弛钢绞线，施工中在两端进行张拉。填充箱采用钢质空心箱，箱体平面尺寸为0.6 m×0.6 m、0.6 m×0.3 m 2种规格。

图1 空心楼盖标准断面图

图2 预应力钢筋立面布置图（单位：m）

2 BⅠM模型建立

基于Revit软件，建立建筑精细化模型包括混凝土结构、钢筋、预应力钢筋等，BⅠM精细化模型能够精确建立钢筋及预应力钢束布置位置，并对钢筋进行碰撞检查，避免施工过程中发生位置冲突[3-4]。

2.1 主体结构模型建立

主体结构模型搭设主要步骤为：①根据设计图建立轴网及标高线，然后把整理好的CAD文件导入软件，导入CAD时需注意与轴网单位是否一致；②选择合适的族样板，创建不同族文件；③创建构件族的实体形状；④设置族的尺寸、约束、材质等参数；⑤逐步建立各种构件族并形成族库；⑥选择建筑项目样板，创建建筑项目文件；⑦载入族构件，创建族模型；⑧根据轴网精准定位，放置族实例，完成主体结构模型的创建。主体结构三维模型如图3所示。

图3 主体结构三维模型

2.2 钢筋模型建立

Revit对于梁、板、柱与墙这一类结构构件，可以对其进行钢筋模型的绘制。钢筋绘制主要步骤为：①绘制剖面视图；②选择结构中钢筋面板的“钢筋”按钮；③在剖面图中对钢筋路径进行绘制。钢筋三维模型如图4所示。

图4 钢筋三维模型

2.3 预应力钢筋模型建立

该项目施工体量大，双向均布预应力筋错综复杂，在施工前期对预应力筋的排布进行合理的设计、规划。通过BⅠM技术所构建的预应力筋模型内包含了预应力的尺寸、长度等信息参数，基于BⅠM技术的整个模型构建过程就是一个参数化设计过程，对模型内的基本单元参数进行调整完成对模型的构件的修改，对设计方案进行验证、修改。预应力钢筋模型建立主要步骤为：提取报告厅作为关键区域，创建预应力钢筋族，载入项目中进行放置。预应力钢筋三维模型如图5所示。

图5 预应力钢筋三维模型

3 BⅠM技术应用

通过应用BⅠM技术增强协同设计、净高碰撞检查、钢筋碰撞检查、空间优化、可视化设计及交底、自动审图等途径，BⅠM碰撞检查技术可排除约90%的图纸错误，减少超过60%的返工，降低超过10%合同价款额。相比传统2D碰撞审查，其排误率及审图效率均有很大提高，从而降低因碰撞造成的成本增加[5-6]。

3.1 碰撞检测

传统碰撞检测需要在2D图纸中进行，需要由不同专业人员同时在场的情况下进行讨论检查。采用传统碰撞检测有3种弊端：①检测速度慢；②容易出现错漏；③将2D图纸在脑海中形成三维模型过于抽象，检测结果的准确度得不到保证[7]。BⅠM技术不但可以实现三维可视化，而且随着软件的不断发展更新换代目前大部分BⅠM软件还具有碰撞检测功能，通过三维可视化更直接地给出碰撞点位置及碰撞相关数据，并可以一键生成报告。本文选用Navisworks软件及CATⅠA软件2种软件分别进行碰撞分析。

3.1.1 利用CATⅠA软件进行碰撞检测分析

通常BⅠM软件进行碰撞检测仅仅考虑物体与物体之间是否发生碰撞，CATⅠA软件可以选择3种模式进行碰撞分析：①接触+碰撞：用于检查物体之间是否占用相同空间及是否接触；②间隙+接触+碰撞：除了检查物体之间是否占用相同空间及是否接触之外，还可以检查物体之间间距是否小于定义间隙；③授权穿透：可以自由设定区域，区域内即使发生碰撞也不予考虑。CATⅠA的碰撞检测步骤：将预应力钢筋的Revit模型导入CATⅠA中并分割成若干单元，通过软件碰撞功能逐一单元进行碰撞分析，采集碰撞数据并得出结果（图6）。

图6 CATⅠA碰撞分析结果

3.1.2 利用Navisworks软件进行碰撞检测分析

Navisworks软件的碰撞检测具有以下几个特点：①可以由用户根据自身需要，选择任意2个不同的模型进行碰撞检测。②对于一个复杂模型，可以根据需求建立多个测试条件。保存这些测试条件，当用户更改模型时，可以继续使用这些测试条件而不用再次建立测试条件。③多种规则：在碰撞检测中，有一些碰撞是可以忽略的，即用户认为是可以接受的一些碰撞。Navisworks也为用户提供了这些规则，方便用户在进行碰撞检测前可以选择将这些规则忽略掉。用户也可以根据自身需要来制定一些规则。④可以输出HTML、作为视点、XTL、正文的4种格式的测试报告来满足用户需求。⑤返回到原设计软件：在原设计软件中安装Navisworks软件的插件，用Navisworks打开该软件模型并做碰撞检测发现碰撞时，可以通过插件，直接点选Navisworks中的碰撞点就能返回原设计软件模型的碰撞位置。

Navisworks的碰撞检测步骤：将预应力钢筋的Revit模型导入并存为对应格式文件—选定检测目标设定检测条件—运行检测—生成报告—输出报告—修改模型。分析结果如图7所示。

图7 Navisworks碰撞分析结果

3.2 碰撞结果分析

通过碰撞CATⅠA软件分析预应力钢筋碰撞情况，得出预应力筋碰撞点共29处，碰撞值最小值为2.61 mm，最大值为91.97 mm。CATⅠA碰撞分析报告如图8所示。

图8 CATⅠA碰撞分析报告（截图）

通过碰撞Navisworks分析，得出预应力筋碰撞点共29处，碰撞值最小值为2.63 mm，最大值为92.15 mm。Navisworks碰撞分析报告如图9所示。

图9 Navisworks碰撞分析报告

通过对比2种BⅠM软件碰撞分析的结果，不难发现预应力筋碰撞点个数相同、碰撞值略有不同。不论采用哪种软件都可以根据不同位置的碰撞数值，整理报告提供出合理化的优化调整建议，从而形成一套具有及时性、准确性的BⅠM仿真分析应用体系。

4 结论

本文以宝清县文化创意中心项目为研究对象，通过使用BⅠM技术将建筑结构完整搭建，建立密肋空心楼盖精准模型，对结构的钢筋与预应力钢筋之间进行碰撞检查，出具详细碰撞报告、钢筋优化报告，通过研究得出以下结论。

（1）通过采用BⅠM软件进行碰撞分析，可以快速、准确地调整结构设计及施工方案。对比传统检查碰撞方式，采用BⅠM技术进行碰撞分析提高了工作效率及准确度，大大减少了返工率，节省成本。

（2）对于密肋楼盖中钢筋排布密集还设有双向预应力钢筋时，以三维模型取代CAD平面图纸，可以更加清晰、准确地指导加工，结合预应力筋排布模型，并整理出预应力筋排布报告，现场施工人员以便得到更直观的了解。

（3）采用不同BⅠM软件对碰撞的分析结果会有细小差别，但是碰撞点数量及碰撞位置基本一致，由此得出采用单一软件进行分析得出的数据即可以指导施工。CATⅠA软件碰撞检测的优势为对于在密集钢筋骨架中设置横、纵向预应力筋不仅仅单纯模拟碰撞还可以对钢筋间隙进行精准调整，便于现场施工控制。Navisworks软件碰撞检测的优势为可以自动生成报告方便快捷。