BIM技术在三维异形曲面结构施工中的应用★

葛燕锋 陈 龙

(1.北方工业大学土木工程学院，北京 100144； 2.北京兴电国际工程管理有限公司，北京 100048)



BIM技术在三维异形曲面结构施工中的应用★

葛燕锋1,2陈 龙1

(1.北方工业大学土木工程学院，北京 100144； 2.北京兴电国际工程管理有限公司，北京 100048)

介绍了BIM的概念及其对建筑行业带来的影响，并以某文化中心项目为例，分析了建立该建筑异形结构BIM模型的方法，从模板定位安装、可视化技术交底、虚拟施工三方面，阐述了BIM技术在该结构施工中的应用，有利于提高我国建筑业的信息化水平。

BIM技术，异形结构，曲梁模型，模板

0 引言

BIM,即建筑信息模型(Building Information Modeling),是在CAD技术基础上发展起来的一种全新的建筑信息管理理念，其内涵可以概括为以下几点：1)BIM包含建筑项目的海量信息，能够数字化表达建筑的物理和功能特征。2)BIM相当于一个中央数据库，能够为各建设参与方提供信息共享服务。3)BIM通过分享建筑项目的信息，为该建筑项目在规划、设计、施工、运营阶段等全生命周期内的决策提供可靠的依据。4)BIM作为一个建筑信息数据库，在建设项目的全生命周期内，各个专业可以从中导入、提取、变更和更改信息，为各个专业参与工程建设提供信息支持，促进各专业间的协同工作。

CAD技术的发展让建筑工程师甩掉了图板，大大提高了设计效率，引起了建筑业的一次革命，而现如今BIM技术的兴起将引起建筑业的另一次革命，大大促进建筑信息化的发展，如图1所示。BIM技术由于具有信息完备性、可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性等特点，在国内外很多工程项目中已广泛应用，并取得良好的效果。

随着人们审美水平的提高和建筑技术的不断发展，越来越多的异形建筑拔地而起，如何解决异形结构的施工问题、准确表达设计思想，这给施工企业带来了严峻的挑战。BIM技术的应用在我国尚处于起步阶段，在异形结构施工中的应用还在摸索阶段。

本文结合某市文化中心项目，针对该工程中的三维异形曲面结构进行BIM应用研究。

1 工程概况

某文化中心项目建筑高度42 m，地下3层，建筑面积18 131.42 m2，地上8层，建筑面积23 101.21 m2，总建筑面积41 232.63 m2。

本工程结构复杂，在2层～5层有两块大面积异形曲面板将空间分隔开，曲面板造型奇特，弯曲曲率无规则可寻，在5层以上，有很多斜柱直通屋顶，形成锥形中筒，如图2所示。

2 建立异形结构BIM模型

建模采用的是Autodesk Revit Structure 2016软件，结合CAD图纸，保证所建的模型与设计图纸完全吻合，不出现多余或缺失构件等情况。标准层模型的建立比较简单，本文就不再赘述，主要针对该三维异形曲面结构建模展开研究。

2.1 建立标高轴网

在建模之前，为了顺利建模，我们选择构造样板。一般建模时我们先在立面视图中定好标高，再在平面视图中建立轴网，需注意的是，所有的标高以及轴网都要和CAD图纸严格对应，避免后续建模出现偏差。建好的标高和轴网如图3所示。

2.2 建立曲梁模型

由于2层～5层曲梁无标准层，曲率变化无规则可寻，所以用常规结构梁直接绘制的方法在这里不适用，为了达到高度拟合的效果，这里建模方法是先将曲梁剖面图导入Revit中，利用CAD图纸中的剖切面位置关系精确定位，再在Revit中利用样条曲线工具沿着剖面图中的曲梁边界拟合，建立平滑的曲梁模型，建成的曲梁模型如图4所示。

2.3 建立曲面板模型

该曲面板附着在不规则的曲梁上，表面走势自由，亦无规律可循。本异形结构板建模采用的是内建体量的方法，分块建模。在建成的曲梁边界上绘制模型线以创建概念体量，用屋顶工具将体量转为实体屋顶结构，再对屋顶赋予楼板属性，即建成异形曲面板，内建体量以及楼板模型如图5所示。

利用相同的方法，在曲梁其他分块建立楼板，最后建成的楼板如图6所示，整个结构模型如图7所示。

3 BIM在该异形结构施工中的应用

3.1 模板定位及安装

由于本工程三维异形曲面板的造型复杂，并有斜柱、弧形梁、曲面板多种复杂构件，模板的定位与安装就成为本工程施工的一大难点。本结构要求为清水混凝土，所以模板的拼接对于最后浇筑效果起关键作用。

应用BIM技术，在Revit中建立模板模型，且分模数对整个模板进行排布模拟，对于每块模板都可以在Revit中生成三维坐标点，现场施工人员就可以根据坐标点利用全站仪将模板角点位置定位到2层楼板上，再用铅锤仪向上引测，确定拼接位置，保证拼接精度。

3.2 可视化技术交底

文化中心项目为大型公共建筑，结构形式极其复杂，特别是2层～5层的三维异形曲面结构。该异形结构曲梁交错，5层以上还有很多斜柱，构件间的连接情况复杂，CAD图纸难以直观地表达各构件的具体情况以及相互关系，但是BIM技术可以很好的解决这一问题。利用Revit软件建立的BIM模型可以进行可视化技术交底，在模型中可以获取构件尺寸信息，各构件间的连接形态也可以很直观的表达出来。对于一些较复杂的节点，设计单位可能没有考虑到施工实际情况，设计出的配筋过于密集，在本结构中，四号核心筒边上型钢梁与斜柱节点就出现了这种情况，按照CAD原先的配筋设计施工就会出现无法穿插钢筋、影响混凝土振捣等问题，项目部BIM工程师通过Tekla软件建立钢结构BIM模型，进行了节点优化设计，在不影响受力的情况下方便施工，缩短工期，保证施工质量。

3.3 虚拟施工

在项目管理中，传统进度计划编制方式一般有两种：横道图和双代号网络计划图，但是这两种方式都不能很好表达工程的动态施工变化过程，难以表述各种工序施工进度的空间和时间关系，也就无法分配施工现场场地和资源。BIM技术可以借助Microsoft Project软件在Navisworks Manage中模拟动态的施工过程，检验已有的施工方案和进度计划，并根据模拟时出现的问题进行施工方案的调整，同时也可以让工程技术人员对本项目的施工方案和进度安排有个更为详尽的了解。

4 结语

对于一些复杂的异形结构，常规CAD二维图纸难以准确指导工程施工，在本工程中，利用Revit软件建立复杂异形结构模型，并给出BIM在异形结构模板定位、施工模拟、可视化技术交底等方面的应用，体现出了BIM技术在异形结构施工中的应用价值。实践证明，BIM技术将大大提高建筑行业的生产效率、保证生产质量，我国建筑业信息化水平也将随着BIM技术的广泛应用更上一层台阶。

[1] 王雪青,张康照,谢 银.基于BIM实时施工模型的4D模拟[J].广西大学学报(自然科学版),2012(4):814-819.

[2] 张建平,李 丁,林佳瑞,等.BIM在工程施工中的应用[J].施工技术,2012(16):10-17.

[3] 刘献伟,高洪刚,王续胜.施工领域BIM应用价值和实施思路[J].施工技术,2012(22):84-86.

[4] 刘占省,马锦姝,卫启星,等.BIM技术在徐州奥体中心体育场施工项目管理中的应用研究[J].施工技术,2015(6):35-39.

[5] 郑华海,刘 匀,李元齐.BIM技术研究与应用现状[J].结构工程师,2015(4):233-241.

[6] 蒋爱明,黄 苏.BIM虚拟施工技术在工程管理中的应用[J].施工技术,2014(15):86-89.

The application of BIM technology in 3D anisotropic curved surface structure construction★

Ge Yanfeng1,2Chen Long1

(1.CivilEngineeringSchool,NorthChinaUniversityofTechnology,Beijing100144,China;2.BeijingXingdianInternationalEngineeringManagementLimitedCompany,Beijing100048,China)

This paper introduced the concept of BIM technology and its influence to construction industry, and taking a cultural center project as an example, analyzed the method for establishing the architecture anisotropic structure BIM model, from the template location installation, visualization technology disclosure, virtual construction three aspects, elaborated the application of BIM technology in the structure construction, conducive to improve the information level of China’s construction industry.

BIM technology, anisotropic structure, curved beam model, template

1009-6825(2017)11-0033-03

2017-01-20★:北京高等学校高水平人才交叉培养“实培计划”毕业设计(创业类)(2016年度)资助

葛燕锋(1964- )，男，副教授，国家一级建造师; 陈 龙(1994- )，男，在读本科生

TU745

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