BIM技术在钢结构超高层空中连廊的应用

夏呈驰 于兆波 李文虎 刘兆旭

【摘要】利用BIM技术，通过现有设计图纸建立了项目钢结构BIM模型。在建立BIM模型过程中，收集、整理图纸问题提交设计院，辅助图纸会审的进行。通过对BIM技术的应用，对钢结构节点进行深化设计，拆分钢结构构件、深化梁柱节点;编制合理的专项施工方案;对连廊提升进行安全验算。达到节省工期、節约施工成本以及保障施工安全的目的。

【关键词】BIM技术;钢结构;空中连廊;工程应用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.28.071

1、引言

钢结构空中连廊是工程项目的一个重难点，解决其施工难、体量大、提升高度大是项目部长久以来围绕的话题。以国家（威海）创新中心项目为例，钢结构空中连廊施工广受社会关注，空中连廊的提升不容有失，通过公司层面的帮助，最终决定采用BIM技术来解决现场施工难题。BIM技术在工程项目已广泛应用[1]，同时在公司内部也已推广开来，通过Revit建立建筑结构模型与Tekla钢结构模型进行整合，深化整合节点、模拟连廊拼装提升，确保空中连廊能够安全、稳定的提升至指定位置[2]。

2、工程概况

国家（威海）创新中心工程总建筑面积273721.58㎡，其中地下建筑面积55428.37㎡，地上建筑面积217473.41㎡，建筑用地面积79688㎡。钢结构主要分布在2#楼，2#楼结构形式为型钢混凝土框架+核心筒结构，地下1层，地上裙楼4层，A、B塔楼32层，建筑总高：148.5m。钢结构连廊跨度60.9m，自身高度12.6m共3层，总重量约为1800t，提升高度至115.45m，由2榀纵向主桁架和其间次梁结构组成。钢结构构件类型主要有十字型劲性钢柱，H型劲性钢柱，箱型钢梁，连廊异形节点等。

3、BIM技术应用

3.1 模型建立

利用BIM技术，对项目建设内容，根据建筑施工图，结构施工图进行可视化模型设计，让项目各参与方对建设项目设计阶段细节了如指掌，结合建设单位，设计单位，监理单位的意见和想法，建立钢结构模型，完善模型中构件截面，并对轴线以及标高进行复核。让各参与方进一步加深对钢结构设计和施工过程中的理解。图1为钢结构模型。

3.2 深化设计

利用Tekla软件建立BIM模型，确定分段位置，对每根构件及节点进行深化设计，确认构件截面，对节点进行细化处理，明确节点连接处详细构造，初步确定工程量。在现场施工有难度时，及时开会讨论出优化方案，修改钢结构深化出图，给设计院报审。提前解决现场施工问题，保证进度。项目目前已开展多次专项讨论会，效果明显。

如图6原设计节点模型重达35.4吨，构件体量大，运输及吊装困难，经深化拆分后分解为4个节点模型如图7，大大减少施工难度，也解决了构件加工难题，降低了材料浪费，提高了现场安装速度。

综合考虑构件工厂预制化[3]、运输、安装等多个环节，对构件进行分段分节，根据细化后的模型，选择构件如图8，用BIM技术生成图纸（构件图、零件图以及布置图等）如图9。最后调整图纸，即可指导现场施工和工厂构件加工，通过提前出图、提前利用数控机器进行精确加工保证钢结构构件不间断进场，节省工期。

3.3 钢结构空中连廊安全性验算

利用Midas gen2020安全计算软件对钢构模型及连廊提升过程进行应力应变分析计算，对受力不利位置，确定增加结构强度的方案，检测完成后与设计沟通确认参数，对模型进行优化。

钢连廊在其正下方投影向北偏700mm的地方放置，考虑钢连廊起提时的应力及变形及钢连廊自身发生的单摆运动。通过施工模拟可以有针对性的制定连廊提升安全方案，制定安全措施[4]。图10为连廊起提应力云图，图11为塔楼变形云图。

利用Midas gen2020软件对连廊安装后拼装胎架对裙房顶的应力验算，裙房悬臂梁受力情况分析如图12。对悬臂梁回顶胎架进行施工验算，了解其变形及应力变化，优化回顶方案如图13。

3.4 钢结构空中连廊施工模拟

国家（威海）创新中心项目在2#楼AB两栋塔楼26到29层之间设置钢结构连廊，连廊由两榀纵向主桁架和其间次梁结构组成。连廊长60.9m，高12.6m，总重量1800t，提升高度至115.450m。连廊提升采用超大型构件液压同步提升技术施工，利用3D MAX软件对连廊提升进行施工模拟如图14。

连廊提升施工工艺流程：

第一步，采用BIM技术，Tekla软件对钢结构连廊进行深化设计，建立三维模型，生成构件加工图;对塔楼内超重节点进行深度优化，合理划分成若干个节点，以满足现场吊装施工条件，分析复杂节点，辅助方案编制与交底，指导现场施工;

第二步，主体结构施工至连廊层时，连廊的预装节点和钢柱同步安装。施工至提升位置时，安装上吊点提升支架，提升支架由提升梁、斜拉杆、斜撑、上吊点牛腿、侧向支撑杆及加固杆等组成，总共设置四个提升点;

第三步，连廊构件加工前实测实量塔楼预装节点相对坐标，并根据实测数据调整Tekla三维模型;

第四步，现场拼装放线，将钢连廊安装位置投影在裙房顶板上，在向北侧偏移70公分的位置放线并且把柱和顶板梁的位置画出，在柱的位置放置垫片，根据放线及顶板梁架设拼装胎架;拼装钢连廊，在拼装胎架上按照由西向东，由北向南，由下至上的顺序将钢连廊中的节点和组合梁焊接连接成整体;

第五步，安装提升装置和下吊点临时吊具，每个提升点配置两台TLJ-4500型液压提升器，共八台。下吊点安装在连廊两榀桁架的上方，在提升上下吊点之间安装专用底锚、钢绞线和传感器;

第六步，试提升，液压提升装置逐级加载至100%，连廊向南缓慢滑动70公分并离开拼装胎架，稳定后继续提升200mm，静置12小时，全面检查提升装置，检测提升过程中应力应变的变化;

第七步，正式提升，繼续提升至连廊上弦杆上表面距离预装牛腿下表面约200mm，暂停提升，各提升吊点通过计算机系统的“微调、点动”功能，使各提升吊点均达到设计位置，满足对接要求;

第八步，钢结构连廊与主体结构预装段焊接连接，形成整体，安装连接杆，安装后装段增加稳定性;卸载，液压提升器各吊点卸载，使钢结构自重转移至主结构上，拆除液压提升设备。

结语：

综上所述，BIM技术在钢结构的应用所取得的效果是显著的，BIM技术通过对钢结构施工对成本、工期、安全、质量四个方面全方位精细化管理。BIM技术的应用比传统方法大大减少了施工难度，同时提高现场施工的工作效率，为项目节省工期。随着BIM技术广泛推广，BIM技术愈加成熟，对于超高层钢结构、空中连廊等结构复杂的钢结构工程项目带来便利。BIM技术应用范围将越加广泛，也将为施工企业带来更多的经济效益及社会效益，BIM（Building Information Modeling）终将走向每一个施工项目。

参考文献：

[1]赵亮.探究BIM技术在钢结构工程中的应用[J].智能建筑与智慧城市，2018（01）：61-63.

[2]吴威滨.BIM技术在大跨度钢结构中的应用研究[J].中国设备工程，2019（20）：189-190.

[3]刘李，汪廷秀，孙飞.BIM技术在预制构件生产管理领域的应用[J].建材世界，2019，40（01）：87-91.

[4]李凯，黄振邦，于培德.BIM技术在钢结构施工方案优选中的应用[J].钢结构，2015，11： 88-93+82.

作者简介：

夏呈驰（1996.01.18-），性别：男，籍贯：江西宜春，民族：汉族，职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：建筑工程、BIM技术应用。

于兆波（1986.03.29-），性别：男，籍贯：山东威海，民族：汉族，职称：工程师，学历：本科，研究方向：建筑工程。

李文虎（1986.09.23-），性别：男，籍贯：江苏徐州，民族：汉族，职称：工程师，学历：本科，研究方向：建筑工程。

刘兆旭（1995.11.20-），性别：男，籍贯：山东淮坊，民族：汉族，职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：建筑工程、BIM技术应用。