探讨BIM技术在超高层建筑复杂钢结构中的应用

2023-01-13窦鸿宾

建筑与装饰 2022年8期

关键词：全站仪钢结构钢管

窦鸿宾

上海锦萌建筑工程有限公司上海 201112

引言

提升超高层建筑复杂钢结构设计工作效率，确保钢结构设计质量，理应结合周边环境与相关标准，全面引进BIM技术，构建三维建筑模型，合理规划建筑施工方案，做好钢结构空间设计工作，确保钢结构的稳固性。

1 建立完善的三维建筑模型

确保超高层建筑复杂钢结构设计施工质量，促进钢结构施工方案和所处地质结构的有效对接，加强钢结构稳固性，则需要借助BIM技术构建三维建筑模型。三维模型是一项重要的作业。在构建三维建筑模型的过程中，设计师应准确获取施工参数和钢结构图，认真浏览细致的施工图纸，对所获取的数据进行整合与全面分析。构建模型的主要目标是对超高层建筑钢结构构造形态、结构构造关系和内部所有相关属性的变化状况展开可视化分析，了解建筑环境，以此设计更科学的超高层复杂钢结构施工方案。运用BIM技术对建筑钢结构模型相关数据资料进行分析，结合分析结果将二维剖面图转化成三维立体化结构模型，这样方能直观化展示复杂的钢结构。通过三维建筑模型分析，设计师能够和施工技术人员能进行深度交流，全面理解复杂的钢结构组合，在后期施工中规避相关风险。在建立三维建筑模型时，需要谨遵建模标准要求，运用BIM技术在二维横坐标和纵坐标上，适当增加空间坐标系，然后，正确运用插值法预估复杂的空间坐标。在Bentley平台上，运用BIM建模软件开展三维建筑建模工作时，应发挥土木工程工具和克里金方法的作用，准确模拟大量的空间数据，这样能够设计好复杂的钢结构模型。因为所有参数信息和获取的数据处于统一管理工作状态，所以在构建三维建筑模型时会自动生成完整的三维建筑围合面。其次，因为图形环境和BIM文件转换格式均是统一的，所以在建立三维地质模型时会建立统一的坐标系，同时，发挥BIM建模软件的参考连接功能，促进超高层建筑和三维模型的有效对接，使三维建筑模型最终能够体现出超高层建筑复杂的钢结构组合与表征[1]。

2 做好超高层建筑钢结构测量工作

2.1 控制好钢管柱的位置

在超高层建筑钢结构测量工作中，首先要重视量化建筑钢结构的施工秩序，其标准施工流程大致分为以下十三步。

2.1.1 做好建筑钢管柱的安装工作。在具体安装中，应先精准校对标高，结合三维建筑模型做好位移的校对工作，最后，要对钢管柱的垂直度偏差实施相应的微调。

2.1.2 运用BIM技术所搭建的三维模型做好测量校对管理工作。

2.1.3 做好首层框架梁的施工处理作业。

2.1.4 做好二层框架梁的施工处理工作。

2.1.5 做好测量工作。

2.1.6 对螺栓进行初拧。

2.1.7 做好首层次梁和小梁的施工作业。

2.1.8 对二层压型钢板进行科学堆放处理。

2.1.9 做好二层次梁和小梁的施工作业。

2.1.10 运用BIM技术所设计的三维建筑模型实施精准地测量校对。

2.1.11 对高强度的螺栓进行终拧。

2.1.12 做好压型钢板的铺设工作。

2.1.13 做好钢筋混凝土结构的施工作业。

其次，要充分利用BIM技术对测量装置予以全面改进。不可忽视的是，核心筒内属于异形结构，其操作空间也比较小，如果每在建筑楼层板开展施工，就很难架设测量仪器。对此，需要在钢板墙上固定好特制全站仪支架，用它来替代常规情况下所使用的三脚架，这样也能够提供良好的测量放样条件。测量工作人员应正确使用全站仪极坐标测量法实施钢管柱测量定位工作，准确把握三项基本要点：第一，运用全站仪准确定位超高层建筑钢管柱的中心点坐标，精确计算坐标的参数，将该坐标视作建筑塔楼钢管柱的测量控制点。然后，依次对其他楼层钢管柱的中心坐标所处位置实施精准定位，认真参考设计图纸，按照标准尺寸准确计算钢管内控制点控制和把控轴线之间的位置关系。第二，在控制点上架设莱卡全站仪（英文简称TS06），谨遵整平对中的架设方案，这样方能对控制钢管柱的轴线径向位置实施精准测量与定位。第三，如果超高层建筑的核心筒呈弧形，在架设全站仪和进行测量时，就需要在楼层板上锚固一块厚度为10mm的钢板，使这块钢板能够延伸出核心筒以外50cm的区域，这样能够在架设全站仪脚架的支腿区域形成一个牢固的支撑点，满足钢管柱坐标的精准放样需求。

2.2 做好钢管柱的安装测量工作

在钢管柱的安装测量工作中，需要在钢管构件安装的定位测量工作之前，充分利用BIM技术所搭建的三维模型精确校对钢管柱、钢管梁、钢管支撑等重要结构尺寸和中线位置进。然后，按照施工工序的划分和钢管柱的吊装工作顺序，按照钢管原来的位置，在要进行吊装的钢管柱上面标注轴线和中心线，用红色三角进行标记，这样能够为校测工作提供便利。在安装之前，应认真校对和测量钢管柱的长度和截面几何尺寸[2]。在定位复测工作中，需要在建筑基础混凝土的面层上做好第一节钢管柱的安装工作，在正式安装前，必须认真检查并科学调整钢管柱地脚螺栓位置，将误差控制在±1 mm范围内。在浇捣混凝土的过程中，需要在地脚螺栓的反射片中心位置坐标设置全站仪进行测量，这样方便采取全方位动态监测工作，准确获取反射片的中心位置坐标数值，及时了解偏差问题，将误差控制在标准范围内。对于钢管柱的垂直度校正工作，需要把两台全站仪分别稳固安置在相互垂直的轴线控制网之上，做好精确的整平对中处理工作。等到钢柱校准之后，测量人员就要通知焊接技术人员开展钢管柱焊接工作，以此确保钢管结构的稳定性。

3 启用基于BIM的复杂节点深化技术

超高层建筑复杂的钢结构由大量的节点与构件组成，这些节点与构件也给建筑钢结构施工带来了不容小觑的难度，对此，则需要启用基于BIM的复杂节点深化技术，准确把握复杂的钢结构施工难点，处理好各种复杂的问题[3]。从整体框架来看，超高层建筑钢结构施工难度主要体现在九个方面：

第一，平面布置工作难度。超高层建筑的周边环境通常非常复杂，所处施工场地面积、范围狭小，施工过程中涉及众多专业，需要使用大量的不同专业材料，成品保护工作有很高的难度，必须对各种材料应用进行合理跟踪与协调管控，尽量减少大量施工材料的堆积。

第二，机械选型工作难度。超高层建筑现场结构的平面都非常狭小而且多变，有大量不同种类的钢构件，这些构件的重量存在较大的差异，而钢结构的吊装工期都比较紧，在具体工作中还须兼顾塔吊的拆装与爬升，因此，工作难度很高。

第三，深化设计工作难度。在超高层建筑钢结构中，各种节点的形式具有复杂性，这些钢结构节点经常和土建作业、机电工程作业、幕墙施工作业存在大量的交叉点，很难在短时间内进行有效协同。对此，需要做好深化设计工作，面对多种难度，不仅要设计精确细致的图纸，确保图纸的全面性、准确性、局部完整性、操作可行性，而且要重视尽快出图，确保图纸设计工作效率。

第四，复杂构件的加工难度。超高层建筑复杂的钢结构有众多节点，组合形式非常复杂，不少构件的构造存在多变性，其内部有大量的不规则组合零件，结构空间定位非常复杂，这给构件的加工作业与质量检验工作带来了不容小觑的难度。

第五，钢结构安装工作流程复杂。因为超高层建筑钢结构组合复杂，并存巨型结构、异型结构、倾斜结构和桁架结构，它们的重量都比较大，空间位置非常复杂，给高空定位和吊点选择工作带来诸多困难。

第六，测量精度控制工作难度。因为超高层建筑钢结构的形式具有复杂性，其巨柱的截面积非常大，有很多对接位置，钢结构的重量也很大，在施工过程中，钢结构很容易受到日照、外在温度和风荷载、日照和温度等气候变化的影响，这样就很难控制测量精度。

第七，焊接质量控制工作难度。超高层建筑钢结构的施工周期一般都很漫长，期间必然要经过寒冷的冬季和雨季，而建筑钢结构对焊接质量有很高的要求，因为，钢结构材料在有大量的超厚板，所以焊接质量控制工作也有很高的难度。

第八，安全防护管理工作难度。大多数超高层建筑所处环境复杂，位于繁华市区，需要做好高空作业、机电作业、动火作业和临边作业，这样就存在很多安全隐患因素，给安全防护管理工作带来诸多困难。对此，应准确评估施工风险，制定完善的解决对策，及时消除安全隐患因素。

第九，垂直吊装工作难度。当代超高层建筑的工期都比较紧张，涉及大量的不同专业，这给塔吊的选型和布置工作带来了很高的难度，因而，很容易导致塔吊爬升期间的工作效率低下，施工资源比较紧张。然而，必须注意的是，因为大型钢结构构件的体量非常大，所以要着重提高塔吊的吊装效率，克服很多困难。

此外，在应用BIM技术解决难点问题的过程中，需要精确模拟建筑钢结构下料工作，借助BIM软件来控制精确的排版，如果弧形零件存在扭曲现象，就需要采用BIM软件放样来构建实体模型，对板块的分割进行优化，从而得到有多个控制点的精确性空间坐标，这样能够有效解决复杂的节点问题，提高深化加工精度与效率，有效减少弯扭构件下料过程中的材料损耗问题。