BIM技術(shù)下復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工的方案設(shè)計(jì)應(yīng)用

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［摘要］某工程為帶上蓋開發(fā)的地鐵車輛段，其跨度大，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)多，型鋼柱、梁、剪力墻數(shù)量多，分布廣，且其型鋼與外包混凝土，鋼柱、鋼梁、鋼板剪力墻與鋼筋的避讓與連接是工程施工難點(diǎn)，鋼筋與型鋼的連接主要采用“繞”“穿”“焊”的方式。當(dāng)空間條件允許的情況下，鋼筋繞過(guò)型鋼；在開孔率可控的范圍內(nèi)，鋼筋穿過(guò)型鋼；兩者均無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)，鋼筋通過(guò)預(yù)制的連接板與鋼結(jié)構(gòu)焊接。如何合理地設(shè)計(jì)“繞”“穿”“焊”的覆蓋范圍，是解決本工程施工難點(diǎn)的關(guān)鍵。通過(guò)三維模型，可直接反映出該節(jié)點(diǎn)的鋼筋與鋼筋之間，鋼構(gòu)與鋼筋之間的關(guān)系。型鋼剪力墻結(jié)構(gòu)鋼筋接頭形式與施工方法基本相同，但比型鋼框架結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。

［關(guān)鍵詞］bim；鋼筋；型鋼剪力墻

1基于BIM的方案設(shè)計(jì)要求

對(duì)于復(fù)雜的型鋼剪力墻節(jié)點(diǎn)，施工過(guò)程中的難點(diǎn)在于需要在施工開始前進(jìn)行合理的施工方案設(shè)計(jì)，以便施工時(shí)各項(xiàng)環(huán)境要素滿足施工條件，避免出現(xiàn)因節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的施工難度增加。正因?yàn)槿绱?，這一環(huán)節(jié)需要耗費(fèi)大量的工作且經(jīng)過(guò)交底后依然可能受限于施工工藝、施工順序等因素而無(wú)法順利施工。工程上通常的做法是利于BIM技術(shù)對(duì)施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行提前模擬，利用BIM技術(shù)可視化的特點(diǎn)，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。通過(guò)工程中實(shí)際用為的BIM技術(shù)案例，來(lái)探討該項(xiàng)技術(shù)對(duì)工程的支撐。

2工程實(shí)例與BIM模型

2.1工程概況

本工程位于北京市北安河車輛段廠區(qū)，總用地面積約30萬(wàn)m2，由地鐵維修庫(kù)及住宅開發(fā)等部分功能組成，地鐵維修庫(kù)由咽喉區(qū)、運(yùn)用庫(kù)、聯(lián)合檢修庫(kù)3部分組成，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，無(wú)地下室。本工程結(jié)構(gòu)底標(biāo)高–4.600m，頂標(biāo)高14.150m，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)集中在咽喉區(qū)、運(yùn)用庫(kù)以及聯(lián)合檢修庫(kù)，用鋼量約4萬(wàn)t。工程采用型鋼混凝土，主要鋼構(gòu)件類型為組合柱、十字形、H形、圓管及鋼板墻組合結(jié)構(gòu)，最長(zhǎng)鋼柱13.15m，最大截面尺寸為組合柱2900mm×800mm×30mm×50mm，單體最大重量約28t，鋼材型號(hào)均選用Q345B。

2.2關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)與特點(diǎn)分析

本工程為帶上蓋開發(fā)的地鐵車輛段，跨度大，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)多，型鋼柱、梁、剪力墻數(shù)量多、分布廣，其中型鋼柱1311根，型鋼梁2235根，型鋼剪力墻132片，其規(guī)模較大且罕見。其施工難點(diǎn)有以下5方面。（1）型鋼斜撐與型鋼柱斜交形成K形節(jié)點(diǎn)，斜撐部位梁鋼筋與斜撐外露型鋼節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，型鋼柱頭部位框架梁鋼筋與型鋼柱連接部位多，連接節(jié)點(diǎn)多。（2）框架柱鋼筋與型鋼柱連接主要采用焊接連接，盡量避免使用鋼筋連接器，以免因連接器將鋼筋位置固定死，導(dǎo)致鋼筋不能靈活調(diào)整。（3）柱頭部位鋼筋較密，且存在多根框架梁相交于同一柱頭的現(xiàn)象，導(dǎo)致多層鋼筋互相重疊，鋼筋與H形鋼柱連接及鋼筋標(biāo)高的控制難度很大。（4）柱鋼筋盡量繞過(guò)型鋼梁，在柱底生根部分鋼筋無(wú)法避免與型鋼梁連接時(shí)可使用鋼筋連接器，并在鋼梁上下翼緣板之間設(shè)置連接板。（5）鋼筋直徑大，柱主筋一律采用直徑40mm的，構(gòu)造筋采用直徑16mm的，梁主筋采用直徑25mm,32mm的，導(dǎo)致鋼筋間距較小。梁柱、墻柱節(jié)點(diǎn)鋼筋根數(shù)較多，所有梁柱節(jié)點(diǎn)均存在抗剪托座及預(yù)應(yīng)力筋，節(jié)點(diǎn)處最多時(shí)鋼筋根數(shù)達(dá)120根。預(yù)應(yīng)力筋須滿足自身預(yù)應(yīng)力束布置規(guī)范。

3復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工方案設(shè)計(jì)

3.1問(wèn)題分析

（1）在組合鋼柱或墻連柱中，型鋼截面較大，部分型鋼在水平方向突出墻柱豎向主筋界面，導(dǎo)致柱外側(cè)箍筋及內(nèi)圈箍筋與型鋼碰撞，須在型鋼上預(yù)留箍筋孔洞。（2）鋼梁上下翼緣板寬度范圍內(nèi)柱豎向主筋與翼緣板相撞，無(wú)法通過(guò)。鋼柱寬度范圍內(nèi)梁主筋與柱翼緣板或柱腹板相撞，無(wú)法通過(guò)或不滿足錨固長(zhǎng)度。（3）鋼柱插入承臺(tái)內(nèi)部，承臺(tái)鋼筋籠水平鋼筋與鋼柱翼緣板及腹板相撞，利用開孔通過(guò)。（4）柱豎向鋼筋與地梁托座上翼緣板相撞，無(wú)法落地，利用鋼筋連接器連接。（5）地梁上下鐵主筋與鋼柱翼緣板或腹板相撞，利用連接板連接。（6）柱箍筋與斜撐腹板相撞，箍筋無(wú)法穿過(guò)，柱箍筋與（7）鋼柱外圈箍筋與鋼板墻腹板相撞無(wú)法通過(guò)箍筋利用穿孔穿過(guò).（8）梁拉筋遇鋼梁腹板利用開孔通過(guò).（9）預(yù)應(yīng)力筋與對(duì)向鋼梁腹板或混凝土梁鋼托座腹板相撞，利用開孔通過(guò)。（10）勁性梁上下鐵主筋與斜撐加勁肋板相撞無(wú)法通過(guò)或錨固，梁端頭箍筋與斜撐腹板相撞利用連接板焊接.（11）斜撐節(jié)點(diǎn)內(nèi)部箍筋及拉筋與斜撐腹板相撞，利用開孔通過(guò)，（12）樓板內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋與鋼板墻腹板相撞，預(yù)應(yīng)力筋利用開孔通過(guò).BIM技術(shù)就是結(jié)合了Tekla及魯班鋼筋可視化的特點(diǎn)，對(duì)施工中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行提前模擬，并根據(jù)模擬的情況對(duì)節(jié)點(diǎn)鋼筋排布，鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以達(dá)到合理實(shí)現(xiàn)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工的目的。

3.2施工方案設(shè)計(jì)

3.2.1型鋼框架結(jié)構(gòu)（1）型鋼柱與混凝土梁相交梁鋼筋連接方法。根據(jù)框架梁與軸線的角度及H形鋼柱的特點(diǎn)，框架梁鋼筋與型鋼柱連接方式主要采用兩種：當(dāng)梁縱向鋼筋與H形鋼柱腹板垂直相交時(shí)，可采用直螺紋連接器與型鋼柱連接；此種情況梁水平鋼筋的位置被鋼筋連接器的位置固定牢固，柱鋼筋施工時(shí)應(yīng)提前預(yù)留好梁鋼筋的位置，放置梁水平鋼筋施工時(shí)，被已施工的柱鋼筋阻擋而無(wú)法施工。當(dāng)梁縱向鋼筋與H形鋼柱翼緣板板垂直相交或與H形鋼柱斜向相交時(shí)，采用與連接板焊接的方式與H形鋼柱連接。采用連接板連接時(shí)，當(dāng)梁鋼筋上鐵或下鐵為上下兩排時(shí)，需為上下排鋼筋分別預(yù)留一塊連接板，其中上排鋼筋預(yù)留連接板長(zhǎng)度為20mm+5d（d為鋼筋直徑），下排鋼筋預(yù)留連接板長(zhǎng)度為20mm+5d+20mm+5d，以達(dá)到二排鋼筋也可直接與連接板焊接的目的。（2）梁鋼筋與型鋼柱采用連接板的連接方法。鋼筋混凝土柱存在大量箍筋需與鋼柱、鋼梁、型鋼剪力墻交叉的情況，通常采用穿孔和焊接連接板兩種方式施工。一般情況下采用穿孔的方式穿過(guò)型鋼梁腹板及型鋼剪力墻，但在箍筋加密區(qū)或會(huì)導(dǎo)致被開孔的構(gòu)件截面削弱過(guò)大時(shí)，可采用設(shè)置1塊與型鋼相垂直的焊接連接板進(jìn)行連接。3.2.2型鋼剪力墻結(jié)構(gòu)型鋼剪力墻結(jié)構(gòu)鋼筋接頭形式與施工方法基本相同，但比型鋼框架結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。由于鋼板剪力墻的連續(xù)性，導(dǎo)致鋼筋只能穿過(guò)鋼板剪力墻或與之焊接，無(wú)法繞過(guò)。本工程與鋼板剪力墻連接的鋼筋主要包括梁、柱、板及預(yù)應(yīng)力鋼筋。其中梁鋼筋主要集中在柱身范圍內(nèi)，此部分鋼筋均采用開孔穿過(guò)方式與鋼結(jié)構(gòu)連接。柱與鋼板剪力墻連接的鋼柱主要為柱箍筋，因箍筋間距較密，通常情況下僅一肢箍筋穿過(guò)鋼板剪力墻時(shí)可在鋼板剪力墻上開箍筋孔解決連接問(wèn)題；若數(shù)量較多，鋼板剪力墻斷面開孔率超過(guò)25%則須按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。板鋼筋僅在設(shè)計(jì)方有特殊要求時(shí)按需求穿過(guò)鋼板剪力墻，其他情況可將鋼筋延伸至鋼板邊緣后斷開。本工程利用建筑信息模型技術(shù)，在施工開始之前就對(duì)型鋼、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土進(jìn)行建模，細(xì)化施工節(jié)點(diǎn)，將全部施工部位按1∶1的比例在模型中建立出來(lái)，將理論上的空間位置實(shí)現(xiàn)可視化，將復(fù)雜節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)可視化，使施工管理人員可以輕而易舉的從實(shí)體模型中判斷施工節(jié)點(diǎn)的合理性及施工方法的可行性。對(duì)于車輛段這種復(fù)雜的系統(tǒng)工程，只保證單專業(yè)自身的合理性是遠(yuǎn)不夠的，各系統(tǒng)之間的配合才是工程是否能順利實(shí)施的關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)利用BIM技術(shù)進(jìn)行直接設(shè)計(jì)的相對(duì)較少，但可以進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，利用BIM技術(shù)進(jìn)行技術(shù)交底，讓現(xiàn)場(chǎng)人員更直觀地了解圖紙意圖，提前控制施工問(wèn)題，也為各專業(yè)互相配合提供了一個(gè)低起點(diǎn)的條件，為工程順利施工提供保障。

4綜合效和優(yōu)勢(shì)分析

通過(guò)對(duì)勁性結(jié)構(gòu)中鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋、預(yù)應(yīng)力整體深化，同時(shí)采用BIM技術(shù)建模，模擬復(fù)雜節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，進(jìn)而在施工上改進(jìn)了施工方法及順序，節(jié)約了返修損失，同時(shí)節(jié)約了下料，加快了施工進(jìn)度，節(jié)約成本。本工程因成功的采用整體深化及BIM技術(shù)，致使整個(gè)工程超過(guò)1萬(wàn)個(gè)構(gòu)件不重不漏，制作廠預(yù)制了數(shù)百萬(wàn)個(gè)鋼筋孔，避免了施工現(xiàn)場(chǎng)開洞。綜合統(tǒng)計(jì)，BIM技術(shù)的應(yīng)用，減少了返工成本及工期成本約150萬(wàn)。

5結(jié)束語(yǔ)

本文基于某市政車輛段的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了BIM應(yīng)用分析，通過(guò)工程的應(yīng)用，可以得到以下結(jié)論。（1）勁性鋼結(jié)構(gòu)施工模擬分析是工程施工時(shí)的重點(diǎn)，通過(guò)模擬分析，可以避免很多后期施工中無(wú)法協(xié)調(diào)的問(wèn)題，主要體現(xiàn)在：避免鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)碰撞、避免預(yù)應(yīng)力鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)碰撞、避免鋼結(jié)構(gòu)超出混凝土面。（2）提高工作效率，減小復(fù)審工作量。應(yīng)用BIM技術(shù)一方面可以提高施工單位的效率，另一方面由于其可視化的特點(diǎn)，可以使其他相關(guān)單位人員快速檢測(cè)施工單位對(duì)施工方案的設(shè)計(jì)，以便及時(shí)溝通，并予以反饋。（3）提高項(xiàng)目綜合效益。運(yùn)用BIM技術(shù)在計(jì)算機(jī)中模擬項(xiàng)目的建造，將所有的問(wèn)題前置解決，從而達(dá)到縮短工期、節(jié)約成本的目的，取得較高的投資回報(bào)率，為項(xiàng)目的良性發(fā)展提供可能。

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作者:郎晴 劉新樂(lè) 魯廣 單位:中鐵電氣化局北京建筑工程有限公司 中建鋼構(gòu)有限公司