BIM技术在劲性混凝土钢筋复杂节点中的应用

■ 丛楠 温国威 孙喜亮

BIM技术在劲性混凝土钢筋复杂节点中的应用

■ 丛楠 温国威 孙喜亮

大型公共建筑结构复杂，包含大量劲性混凝土结构，节点处钢筋密集复杂，深化难度大。描述BIM技术在乌鲁木齐新客站劲性混凝土钢筋复杂节点中的应用以及取得的成果，并通过与传统二维图纸深化进行比较，体现采用BIM技术进行三维建模对劲性混凝土钢筋复杂节点深化设计的优势，为同类工程在此类问题上的解决提供借鉴。

BIM技术；建模；复杂节点；深化设计；劲性混凝土

BIM作为数字技术，可以解决建筑工程在软件中的描述问题，使设计人员和工程技术人员能够对各种建筑信息做出正确的应对，并为协同工作提供坚实的基础。BIM技术在我国正处于起步阶段，目前已在一些大型项目中展开应用，部分应用取得了良好的效果，得到了广泛的认可。在中国建筑业协会发布的《施工企业BIM应用研究报告2012》调查结果中显示，BIM对施工阶段技术提升最大的4个价值为：辅助施工深化设计或生成施工深化设计图纸；利用BIM技术对施工工序的模拟和分析；基于BIM模型的错漏碰缺检查；基于BIM模型的实时沟通方式。

1 工程概况

乌鲁木齐新客站工程为兰新高铁的重要枢纽，位于乌鲁木齐市沙依巴克区。站房总建筑面积99 982 m2，高架落客平台投影面积5 822 m2，雨棚投影面积59 490 m2，建筑高度40．9 m，地下1层（局部2层），地上2层（局部4层），站房主体结构（除屋盖部分）采用现浇框架结构体系，因站房有层间高度大、跨度大的特点，设计时采用了大量的劲性混凝土结构。结合BIM技术的优点，同时考虑到工程的实体规模和施工难度，乌鲁木齐新客站项目决定引入BIM技术对项目进行全生命周期的管理，在工程施工前，使用建立了三维模型达到节点可视化。施工阶段作用明显，在钢结构、钢筋、装饰装修深化设计，机电管线综合布置等方面应用取得了一定的成果。

选取运用BIM软件Autodesk Revit解决劲性混凝土钢筋复杂节点深化设计这一应用点，通过具体深化设计案例实践和体会，探讨BIM技术在解决施工问题中所体现的作用（见图1）。

2 传统劲性混凝土结构钢筋复杂节点深化设计问题

2.1 深化设计配合

劲性混凝土节点深化设计大多需要土建工程师以及钢结构工程师共同进行，由土建钢筋工长对钢筋进行深化设计，钢结构工程师对钢构件进行深化设计，受专业所限，在深化设计过程中往往对其他相关专业考虑不周全，现场施工时钢结构与钢筋接泊会出现偏差，增加施工难度，影响施工质量。

2.2 穿筋孔位置

十字钢骨柱在与梁相交处设置有牛腿担筋板，担筋板处设置穿筋孔以保证柱主筋的通过，因此，担筋板上的穿筋孔限制了柱主筋的定位。依靠传统二维图纸深化设计时对梁、柱节点处钢筋的相对位置关系不能做到准确把握，无法准确定位穿筋孔的位置，不能保障梁筋、柱筋相交时无碰撞通过。

2.3 劲性混凝土梁、柱相交节点

本工程劲性混凝土梁与柱相交，梁钢筋在节点与钢柱相交时存在3种设计形式。一是钢筋与钢管柱采用接泊器连接；二是钢筋穿过钢管柱穿筋洞通长设置；三是钢筋绕过钢管柱，形成加掖的形式。钢管柱在深化设计过程中分别在上层和下层分别设置接泊器和穿筋洞，剩余钢筋绕柱设置。但钢柱可焊接泊器位置有限，开洞受到力学限制，加掖宽度也受到设计限制，实际施工过程中3种形式都对钢筋通过数量有限制，本工程又存在钢筋数量多、直径大的特点，深化设计时就需要综合考虑钢筋与钢筋间的位置关系以及钢筋与钢柱相交时每种形式的数量分配，进行合理排布。而依靠传统二维图纸深化设计这种形式复杂、钢筋密集的节点难度很大，深化设计结果在实际施工时难以操作。

3 BIM技术在新客站劲性混凝土钢筋复杂节点应用

3.1 穿筋孔准确定位

图2（a）所示KZ4在C1KL16方向为13根直径25 mm钢筋（HRB400）。以钢筋在构件中等间距布置原则对此节点进行建模，建模完成后对梁柱钢筋进行碰撞检查，对产生碰撞的钢筋位置进行调整，确定梁柱主筋的排布定位（见图2（b）），从而确定担筋板穿筋孔的位置。最后由模型生成二维图纸（见图2（c）），标注尺寸，指导钢构件加工。

3.2 劲性混凝土梁、柱相交节点

乌鲁木齐新客站站台层C1KL37节点处上层钢筋为31根直径36 mm（HRB400），三排设置（13/13/5），下层钢筋为26根直径36 mm（HRB400），两排设置（10/16）；C1KL7上层钢筋为24根36 mm（HRB400），三排设置（10/10/4），下层钢筋为26根直径36 mm（HRB 400），两排设置（10/16）；KZ13B主筋为68根直径25 mm钢筋（HRB400）。

建立BIM模型后，对钢筋进行排布，为保证钢筋全数穿过，经过数次调整，得到最终模型（见图3（a）），确定C1KL37上层钢筋6根与接泊器连接，13根由穿筋洞穿过（一侧7根，一侧6根），12根分两边从钢柱旁绕过，下层钢筋6根与接泊器连接，12根由穿筋洞穿过，8根分两边从钢柱旁绕过；C1KL7上层钢筋4根与接泊器连接，12根由穿筋洞穿过，8根分两边从钢柱旁绕过，下层钢筋排布同C1KL37下层钢筋排布。由BIM模型形成剖面图（见图3（b））方便现场携带，指导现场施工。

3.3 发现节点问题，优化节点设计

图4（a）为本工程北站房地下挡土墙一部分，依据平面图纸建立BIM模型（见图4（b）），由BIM模型可以看出墙水平筋一侧可通长设置，另一侧水平筋因钢柱限制只能锚固于柱内，其中在十字钢骨柱处有足够的空间进行弯锚锚固，但在圆钢管柱一侧没有足够空间进行锚固，因此在圆钢管柱设置接泊器（见图4（c））。

两柱间间距6 800 mm，小于一根钢筋原材9 000 mm，按钢筋工长深化设计结果，下料表两钢柱间为一根整料，按料表将钢筋录入模型，从模型可以看出此墙钢筋密集，弯锚端墙柱节点空间狭小，而钢筋与接泊器连接时会带动弯锚端转动，依此可以推断出一端弯锚，另一端与接泊器连接的钢筋在此节点在实际施工中无法操作的。为解决这个问题，在模型中每根水平筋截断为两段，断点处加正反丝扣直螺纹套筒，在实际操作中先将直钢筋与接泊器连接，再将有弯头钢筋与直钢筋用正反丝扣直螺纹套筒连接。

4 结论

BIM模型对比传统二维图纸在劲性混凝土复杂节点深化设计主要优点有：（1）具有强大的三维设计功能节点可视化，表达直观，解放深化设计人员的想象力；（2）提供了良好的合作平台，使各专业间的合作简单化，做到了信息共享、协同工作；（3）可以在深化设计阶段检查钢筋碰撞等问题，利于在施工前发现问题，解决问题，避免返工整改等问题；（4）深化设计准确，可以指导加工；（5）可以在三维模型和二维图纸间进行转换，能适应传统看图模式。

在应用过程中发现基于BIM模型进行深化设计在目前工作中存在一些不足：（1）BIM建模技术在我国仍处于起步阶段，建模大多需要借助专业咨询公司的参与；（2）BIM模型软件对计算机硬件要求高。

通过以上优缺点分析总结可以看出，就目前国内建筑行业现状而言，对于结构复杂的工程，BIM技术在深化设计节点、提前解决施工问题产生的资金节省较为可观，应用效果明显，对工程的安全质量提供了良好的保障；对于体量较大、结构复杂的工程而言，选择BIM建模来对劲性混凝土钢筋节点进行深化设计，是一种切实可行、效果良好、具有一定收益的选择。其不足之处就是前期投入了一定的咨询费用和计算机硬件费用，如果施工单位自有一批具有掌握BIM技术的管理人员，硬件设施在项目间周转使用，这种不足可以消除。要利用好BIM技术来解决施工问题，施工单位应从企业层面上重视BIM技术，大力推广BIM在施工阶段的应用，进行专项资源投入，培养属于自己企业的BIM专业技术人员、管理人员，把BIM作为一种常态化的技术方法、管理手段，不仅可以提高工作效率，进一步节约成本投入，产生更好的经济效益，同时也是对企业形象和企业竞争力的提升。

[1] 杨富华，邹惠芬，唐昊，等． 建筑信息模型（BIM）与传统CAD的比较分析[C]//第十届沈阳科学学术年会论文集，2013．

[2] 江宇冠，吴平春，王耀，等． BIM技术在某工程复杂节点钢筋设计中的应用[J]． 施工技术． 2013，12(24)：93-96．

丛 楠：中建交通建设集团有限公司，助理工程师，北京，100142

温国威：中建交通建设集团有限公司，助理工程师，北京，100142

孙喜亮：中建交通建设集团有限公司，工程师，北京，100142

责任编辑 杨环

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