基于BIM技术的体育馆网架结构整体吊装方案优化

梅焕明

（广州市第三建筑工程有限公司，广东广州 510000）

1 网架结构

大跨度的体育馆网架构造极复杂，其中包含的杆件、结构类型较多，并且节点结构类型较多，所以在进行施工的过程中通过对施工信息模型的应用能够有效地提升网架结构的施工效率和施工质量，并且能够减少在施工过程中潜在的危险性。BIM 技术涵盖了物理、几何以及造价等多种数据，同时其可视化的方式能够为方案设计提供施工建设优化管理的参考，能够为工程施工做到全周期的技术服务。

2 基于BIM技术下的施工方案问题

（1）案例工程施工组织概况

本项目情况为网架整体重量为80 吨，分三块区域整体吊装，其中区域与区域之间采取高空散装进行调整衔接，每块区域整体网架结构最重为21.12t，长度37.5 米，宽26.25 米。通过BIM 数据及现场全站仪测量数据读取复核，得到良好的效果。在网架吊装前，通过安全计算（考虑双机抬吊起重量80%安全系数）在安全性的保证下兼顾经济性，最终选择用两辆200T 汽车吊进行施工，使用全站仪测定网架拼装轴线、汽车吊站位和在确保起吊间隙、最佳吊装半径的条件下，确定地面拼装网架构件与建筑之间的相对位置（如图1所示）。

（2）网架构件的安装

在建筑南侧外设有网架构件的存放区，并且在室内地坪上设计了拼装区，拼装区的地面设置了临时安装支托来实现对网架进行拼装，网架按照下弦节点→下弦杆→腹杆及上弦节点→上弦→校正→拧紧螺栓的施工顺序来进行拼装。在进行下旋球与杆件连接过程中需要将高强度的连接螺栓进行一次性的拧紧；在进行腹杆与上旋球的组合过程中需要将两者组合成向下的四角锥形，并通过高强度螺栓来进行固定；腹杆的下端连接着下弦杆，这里需要注意的是连接处的三颗固定螺栓在组装的过程中只需要将其中的一颗进行拧紧，这样能够保证在后续安装上弦杆的过程中具有一定的活动空间；上弦杆的安装过程中需要按照由内向外的顺序来进行安装，同时与已经安装好的腹杆进行排列固定。

（3）网架整体抬吊及卸荷体系转换的仿真模拟

由于网架结构在支座设计在边沿，而吊点则布置在网架中心周围，设计内力都会出现很大的变动，从而进一步过渡到架构设计的受力状态。通过BIM模拟吊点受力及卸荷后的整体变化（如图2 所示）。避免因吊点受力不均匀情况下出现拉扯的操纵导致网架结构整体的坍塌。因此针对不同节点网架结构需要建立科学合理的起吊及卸荷过程，以确保网架结构能稳定安全地落位在支座上。卸荷过程控制重点主要包括：装卸过程中应当注重整体下落的姿态及高度的稳定平整，以确保整个卸荷过程变形协调一致，在必要时辅以临时支撑的方式，做到水平均匀受力的转换，已达完成整个卸荷过程。

图2 BIM模拟抬吊及卸荷的稳定性

（4）现场支点尺寸复核与监测控制

1轴～12轴支座设计标高为8m，钢网架结构总拼完成后及达到规定高程时应分别测量其挠度值，且所测的挠度值不超过设计值1.15 倍且挠曲变形范围要限制在1/250 的跨度之内，观测点随机设置在网架下弦节点、腹杆及上弦节点，采用全站仪、对1-1轴交1-A 轴支托平水度，测量相邻、对边之间支座水平度差为5mm，符合设计值；1-12 轴、A-E 轴支座测量水平高度为8m；测量1-12 轴交于1-A 轴90 度角为90度；对其1-1轴至1-12 轴跨度进行测量；测量每跨对角线距为对角线长度，均符合设计要求。

3 体育馆网架结构整体吊装方案优化及BIM可视化模拟验证

对于常规吊装条件，施工人员可以通过视觉想象预览吊装过程，避免和处理潜在的风险点。然而，对于复杂的吊装过程，仅依靠个人经验是不可靠的，需要视觉BIM分析来准确掌握吊装过程中的所有细节及网架受力状态，在优化后的整体吊装具体过程如下：

（1）试吊阶段：开始起重作业时，应先进行试吊作业缓慢吊起钢网架（边加负荷边检查各主要受力点）至刚好离开组对支撑点停止，提升高度控制在100mm 范围内。进行悬停稳定后再整体提升，缓缓将钢网架吊起300mm，然后停吊不少于0.5h，进行全面检查。在此过程中，应对各吊点绑扎绳的受力情况及吊点处钢网架的受力等进行监控。确认无问题后，方可进行正式吊装。

（2）整体吊装阶段：以匀速缓慢提升至设计标高，必须监测并控制网架结构的整体稳定性及抬吊速度均匀性，构件就位时应将构件上升到安装部位上空0.5 米，然后再慢慢下降并就位（如图3 所示）。构件就位后及时穿入临时螺栓，同时进行校正并检查其垂直度，然后再与支托进行连接，构件在最后固定前应检查其垂直度是否符合要求。

图3 双机竖向抬吊示意图及现场吊装工况照片

（3）区域间联结安装：待其余分区按上述步骤安装到位检查无异常后，进行区域间的连接，采用高空散装法将网架的构件吊至相应设计施工处进行拼装的方法与已整体吊装的网架进行调整衔接。沿建筑物纵向，从一端开始向另一端延伸。拼装过程中应持续监测网架挠度及变形，当挠度变形超过设计变形时，可利用独立钢管柱及千斤顶网架变形较大的位置设置临时支撑，以抵抗网架安装时产生的下挠，待网架悬挑至下一轴柱点支座安装完毕后，撤除临时支点。

4 结语

体育馆网架构件的整体抬吊施工具有施工效率高、节省时间的优点，在国内外施工实体项目上都获得了应用。本文主要通过工网架工程案例，总结研究了网架系统的吊装工艺的基本流程、控制要领及安全控制的知识。基于BIM技术进行了整体抬吊分析，就实际施工结果的反应来说，BIM技术在优化分析中具备可视化、协调性和仿真性等优势，通过施工模拟和动态控制，提出更完善的施工方案，避免不利因素的影响，更好地指导施工，因此BIM 参数化技术在工程领域有着广泛的应用前景和重要的实用价值。