BIM在徐州奧體中心體育場鋼結構施工中大顯身手
作者:
來源:
建筑時報
日期:
2015-04-23
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摘 要：
徐州奧體中心是半剛性結構，無論是在設計上還是在施工上都存在一些技術難題。為解決這些技術難題，決定采用BIM技術輔助項目實施。首先制定了族庫的開發標準，根據項目的需求建立了耳板族、索夾族、索頭族、索體族及徐州體育場特有的復雜節點族，形成了預應力結構專用族庫，如何準確地進行模型的定位也是BIM建模的關鍵技術。
BIM作為一種新的技術和工作組織方式，是在工程建設規劃、設計、建造、使用的全過程中，運用全方位、多維、共享的數字化方法。通過技術的推廣與應用，BIM成了業主決策階段的有效輔助工具，是設計和施工單位承接大項目的必備能力，也是未來建筑設計、施工與運營管理的必然發展趨勢。
徐州奧體中心是半剛性結構，無論是在設計上還是在施工上都存在一些技術難題。為解決這些技術難題，決定采用BIM技術輔助項目實施。首先制定了族庫的開發標準，根據項目的需求建立了耳板族、索夾族、索頭族、索體族及徐州體育場特有的復雜節點族，形成了預應力結構專用族庫，如何準確地進行模型的定位也是BIM建模的關鍵技術。
對于業主方而言，采用BIM技術，可實現規劃方案預演、場地分析、建筑性能預測和成本估算等技術內容。對于設計方而言，采用BIM技術，可實現可視化設計、協同設計、性能化設計、工程量統計和管線綜合等技術內容。對于施工方而言，采用BIM技術，可實現施工進度模擬、數字化建造、物料跟蹤、可視化管理和施工配合等技術內容。運營維護階段，采用BIM技術，可實現虛擬現實和漫游、資產、空間等管理、建筑系統分析和災害應急模擬等內容。
BIM族庫開發
徐州奧體中心體育場結構形式為超大規模復雜索承網格結構，平面外形接近類橢圓形，結構尺寸約為263×243米，中間有類橢圓形大開口，開口尺寸約為200×129米。體育場結構最大標高約為45.2米，雨篷共42榀帶拉索的懸挑鋼架，體育場雨篷最大懸挑長度約為39.9米，最小懸挑長度約為16米，下弦采用1圈環索和42根徑向拉索，環索規格為6φ121，長度約為587米；徑向索規格為φ90、φ100和φ127組成，另外在短軸方向中間各布置了4 根斜拉索，斜拉索規格為φ70，所有拉索均采用鋅-5%鋁-混合稀土合金鍍層鋼索。
族庫標準——對于預應力鋼結構來說，施工中構件的準確下料、各構件的施工順序、索的張拉順序嚴重影響著結構最后的成形及受力，決定著結構最后是否符合建筑設計與結構設計的要求。預應力鋼結構的施工難度大，施工要求高，因此基于BIM軟件技術進行項目模型的建立時族包含的信息就更多更大。徐州奧體中心體育場的預應力鋼結構相關族建立時主要考慮了施工深化圖出圖的需要，模型的參數驅動需求以及體現公司特色的目標。因此，在建立預應力鋼結構族庫的時候，運用企業自定義的族樣板，在Revit Structure的原有族樣板的基礎上結合公司深化的經驗與習慣，創建適應公司預應力結構施工及日后維護的族樣板作為族庫建立的標準樣板。在此標準樣板中包含了尺寸、應力、價格、材質、施工順序等在施工中必需的參數。
族庫建立——徐州體育場結構復雜，預應力鋼結構族庫建立是直觀重要的步驟。根據項目的需求主要建立了耳板族、索夾族、索頭族、索體族及徐州體育場特有的復雜節點族，所建立的族具有高度的參數化性質，可以根據不同的工程項目來改變族在項目中的參數，通用性和拓展性強。
IM三維模型建立
模型定位技術——從結構的剖面圖和平面圖可看出，徐州奧體中心體育場結構形式復雜，而構件的準確安裝定位是施工中最關鍵的一步。因此，如何準確地進行模型的定位也是BIM建模的關鍵技術。在徐州體育場的模型定位上有兩種思路可以定位。三維建模要準確表達結構的三維空間形式，并關聯所有的平面、立面和剖面圖。只要建立三維模型即可很快生成平、立、剖面圖，無需像二維畫圖那樣費時費力。利用BIM軟件可以很高效地出圖，這是相對于以往傳統出圖的一大進步。徐州奧體中心體育場BIM模型的建立就是基于導入的Autocad軸線和已經創建的族來建立的。模型建立的思路如下：先將鋼網格用拾取的方式拾取鋼網格軸線繪制出來，然后繪制索體，索體也采用拾取的方式繪制。在繪制鋼網格和索體時可以利用參數化的作用來改變鋼梁或索體的截面，對拉索和鋼網格的連接節點進行繪制。此時的連接節點都是基于創建的預應力構件族，由公司繪制的習慣和經驗來制定的族樣板，待繪制完所有構件后就加入最后的連接構件，即銷軸和螺栓，這樣整體模型就搭建完成了。搭建整體模型的重點在于定位和族的選取建立，選取合適的族才能高效地建立模型。
BIM模型施工動態模擬——利用BIM技術實現建筑的全生命周期的管理是BIM技術的目標。在施工中利用BIM技術可以實現四維的施工模擬、施工管理等。建筑施工是一個高度動態的過程，隨著工程規模不斷擴大，復雜程度不斷提高，使得施工項目管理變得很復雜。施工過程的順利實施是在有效的施工方案指導下進行的。因此，在施工開始之前，確定完善合理的施工方案十分必要。通過將BIM與施工進度相鏈接，將空間信息與時間信息整合在一個可視的4D模型中，可以直觀、精確地反映整個建筑的施工過程。4D施工模擬技術可以在項目建造過程中合理制定施工計劃、精確掌握施工進度，優化使用施工資源以及科學地進行場地布置，對整個工程的施工進度、資源和質量進行統一管理和控制，可以縮短工期、降低成本、提高質量。利用施工模擬不僅可以測試和比較不同的施工方案，還可以優化施工方案，尋找出最優的施工方案。
動態模擬結果——利用BIM技術進行了徐州奧體中心體育場的施工進度模擬和環索及徑索的張拉過程模擬，形象地體現了整個施工的動態過程。體育場的施工進度模擬是將Revit Structure中導出的Navisworks文件及施工進度表導入到Navisworks中，然后利用Timeliner命令按照一定的規則來模擬整個屋蓋的施工過程。
BIM技術帶來了建筑結構界的革命，利用BIM軟件中的Revit Structure可以方便快捷高效地建立模型。而利用Navisworks可進行施工模擬及施工管理，選擇最優的施工方案。BIM技術在徐州奧體中心體育場的應用表明BIM技術在預應力鋼結構上應用的成功，積累了預應力結構建模的經驗，為以后預應力鋼結構的應用提供了寶貴的經驗。其所創建的預應力鋼結構構件族由于參數化的性質而具有很大的拓展空間，高效準確的模型定位技術值得推廣，施工模擬的技術也給企業帶來了效益，值得推廣應用。