基于BIM技术的钢结构深化设计应用研究

基于 BIM技术的钢结构深化设计应用研究

张国文 1 胡钢 2 周德林 3

中建二局第一建筑工程有限公司 北京 100000

摘要：在建筑工程施工过程中，运用钢结构不仅能够进一步提高建筑结构的安全性，钢结构具有可塑性、稳定性和抗压能力强的优势，有效提高建筑工程的承载力，还能够提高建筑工程的整体施工质量。钢结构深化设计作为钢结构工程的一项重要工作，其对工程进度、施工安全、制造安装质量和商务成本产生较大影响。

关键词：BIM技术；钢结构；深化设计

引言

现阶段钢结构施工仍采用传统的施工方法，各个施工阶段间相互独立，比如深化设计、构件加工制作，信息的不及时获取将会浪费大量的人力物力。由于现代钢结构在功能上要求越来越高，造成钢结构形式复杂，施工难度加大，这对传统的钢结构施工技术提出了巨大的挑战。深化设计作为钢结构施工的源头，成为钢结构建造过程中不可或缺的一部分，深化设计直接影响着工程的工期以及经济效益等。传统的深化设计也就是对图纸进行拆分，如今的深化设计已经发展为对结构的优化、材料的优化等方面。

1基于BIM技术的钢结构设计关键技术

1.1软件的选择

钢框架结构在建模过程中对软件的选择是非常重要的。Ｒevit侧重于对主要构件建模;Tekla软件具有强大的三维建模功能，能将传统的二维CAD图纸通过建模转化为可视化的三维模型，可以对钢结构节点构件加工详图进行设计，方便建筑内精确制造或加工构件。钢结构部分用Tekla建模，其他部分用Ｒevit建模，最后将Tekla模型导出为IFC文件，将此文件导入到Ｒevit中进行合模，最终得到完整的三维模型。

1.2搭建钢结构施工管理信息化模型

主体钢结构节点形式复杂多样，若只凭借二维的CAD图纸无法有效地对复杂节点进行表达。利用Tekla软件建立三维可视化模型则很好地解决了此类问题。首先，根据CAD图纸创建轴线，轴线搭建完成后，沿着轴线创建平面视图，定义所需的设置，创建完成后，工程的视图就会出现在视图列表中。设置完成就可以对钢梁钢柱建模，在建模的过程中，零件号和构件号要严格按照图纸进行编号，便于后期导出零件报表。当构件搭建完成后，就可以给构件与构件之间创建节点了。当系统里的节点不能满足工程需要时也可以自己创建参数化节点，最终得到钢结构模型。

2基于BIM技术的钢结构深化设计

2.1钢结构复杂节点深化设计

Tekla Structures软件中包含600多个常用的节点，在创建节点时只需选择符合图纸的节点类型，然后填上相应的参数，选择主部件、次部件即可。对于钢结构复杂节点选用Tekla软件进行深化设计。如果节点库的节点不能完全满足需求，故我们根据图纸信息建适合工程特点的参数化节点族。首先把连接板、螺栓、加筋板、焊缝绘制出来，然后定义用户单元，添加零件及螺栓的属性变量，特别注意零件的规格和材质参数、螺栓的尺寸以及间距是否符合标准，对于加筋板添加距离变量，根据次序选择主次构件。

2.2型钢混凝土柱与框架梁钢筋连接

型钢混凝土组合结构节点构造十分复杂，节点处的型钢柱、混凝土梁、钢筋等众多构件相互交叉在一起，无论是构件的加工还是后期的现场施工都会有一定的难度。通过建立型钢混凝土组合结构三维可视化BIM模型，按照图纸准确定位梁、柱、钢筋等构件的位置和连接方式，以及钢筋穿孔的方式和位置，依据模型对现场进行技术交底，制定施工方案，解决施工过程中的难点，为型钢混凝土柱与框架梁钢筋连接提出有实际指导意义的施工方法和工艺，使施工既能保证工程质量和安全，又能达到经济合理的要求。此类节点种类十分多，假如一一的将模型全都建出来，工作量太大，也没有很大的指导作用，因此将此类节点进行分类，一类的建一个模型。通过分析，将节点大致分为两大类:一类是十字交叉节点，柱子为方形型钢柱;另一类为环向节点，柱子为圆形型钢柱，混凝土梁不同角度分别与圆钢柱连接。现用Ｒevit软件对两类节点建模。首先建一个剖面，在剖面视图模式下启动钢筋命令，按照梁柱配筋图纸选择相应的钢筋尺寸以及排布方式，创建型钢混凝土组合结构钢筋节点三维模型。通过Ｒevit软件附加模块中的外部工具，将型钢混凝土组合结构钢筋节点三维模型导出“.nwc”格式的文件，在Navisworks软件中，利用“Clash Detective”命令对钢筋间排布进行碰撞检查，发现有多处钢筋排布发生碰撞。根据碰撞报告以及规范对型钢柱设置的要求，需对型钢柱进行深化设计。由于柱内型钢的存在，型钢柱截面占据框架节点处大量的空间，框架梁主筋不能像普通的钢筋混凝土框架梁柱节点那样具备弯折和锚固空间，进而影响框架梁纵向主筋穿过，故在柱内型钢翼缘上焊接钢筋套筒，外侧钢筋从型钢柱两侧穿过的深化设计思路。因此，需要在型钢加工之前对梁主筋的排布位置和锚固方式进行深化设计，依据规范，钢筋在遇到型钢构件时，翼缘板不能打孔，腹板一般可以打孔，故在腹板处进行打孔穿筋。

2.3模型数据导入数控机床进行精准化下料

加工的构件精度高且最大程度的减少材料的浪费是工厂加工制作的一项重大任务，故准确的材料清单是极其重要的。我们选用了STAＲCAM套料软件和Tekla Structures相结合的思路进行精准化排版下料。

2.3.1自动套料

从Tekla模型中导出零件板的dwg格式图纸，运用STAＲCAM中的套料输出模块将多种零件进行套料。启动STAＲCUT程序，首先设置套料参数，根据加工需求，设置加工路径参数，以满足加工要求。在加工类型选择框中选择加工类型、补偿方式和补偿方向，再设置引入引出线类型、长度、位置等。参数设置完成后加入待加工的零件并给出数量，然后进行板材套料。假如出现排列不理想、多个零件没有排料、板材空隙没有合理利用的情况，可以利用零件组合工具对零件进行组合，以提高板材利用率。完成组合操作后在排料计划表会增加一个组合零件，也可在右侧预览图观察其组合图形。重新运行自动排料，观察套料结果。再利用仿真功能对加工路径进行仿真，以确定加工方式是否满意，提高加工效率。

2.3.2钢结构深化设计出图

图纸的精细化程度对于钢结构的安装精度有着很大的影响，Tekla软件具有出图的功能，它能根据三维模型自动创建零件图、构件的施工图、零件大样图等，并且可根据需要在已生成的图上直接做剖视图、大样图等。图纸大小、图纸比例、标注样式、标注内容、焊接坡口、螺栓规格与数量等均可通过相应的人机交互反映在图纸上，进而降低了图纸的出错率，提高了出图的效率。设计变更对于图纸的修改是件非常繁琐的一项任务，Tekla软件强大的自动更新图纸的功能方便地解决了这一大难题，三维模型与图纸有着紧密联系的数据关系，我们一旦改变模型的某个构件，相应的平、立、剖图纸就会自动地更新，方便深化设计出图。

结束语

针对工程项目难点，引入BIM技术，通过模型这个载体传递信息。将模型数据导入数控机床进行精准化下料，提高构件的加工精度，最大程度地减少材料的浪费。革新传统建筑产业协作流程，优化产业链，提高质量和效益，为社会创造出更大价值。

参考文献

［1］姚程渊，陈烨，吴宣泽，等.BIM技术在装配式钢结构中的应用［J］.山西建筑，2016，42(10):61－62.

［2］蒋绮琛，吕彦雷.BIM技术在上海国际航空服务中心钢结构项目应用分析［J］.钢结构，2015，30(12):51－53+40.

［3］黄振邦.大跨度钢结构施工技术及BIM应用研究［D］.北京建筑大学，2016.