錢曉村

上海機(jī)施建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司 上海 200072

1 工程概況

衛(wèi)星廳工程是上海浦東國際機(jī)場三期擴(kuò)建工程的主體工程，由2座相連的衛(wèi)星廳組成（圖1），形成工字形的整體構(gòu)型，年處理旅客設(shè)計(jì)能力3 800萬人次。衛(wèi)星廳總建筑面積6 220 000 m2，分為6層布局，地上5層，地下1層。自下而上為捷運(yùn)站臺層、中轉(zhuǎn)層、國際到達(dá)層、國內(nèi)出發(fā)到達(dá)混流層、國際出發(fā)層，為目前世界上最大單體衛(wèi)星廳。登機(jī)橋數(shù)量、種類多是衛(wèi)星廳另一大特點(diǎn)，設(shè)有83座各類登機(jī)橋，能夠提供86～125個各型機(jī)位，大面積的登機(jī)橋采用了國際、國內(nèi)可轉(zhuǎn)換及組合機(jī)位，足有4層樓高，方便機(jī)場、航空公司根據(jù)航班情況和機(jī)型大小靈活調(diào)整安排。

2 工程難點(diǎn)

圖1 上海浦東國際機(jī)場衛(wèi)星廳效果圖

1）衛(wèi)星廳屋頂造型復(fù)雜，工期緊張，建模僅憑建筑三維線性模型難度大，除屋面桁架系統(tǒng)圖紙外，天溝、檁條、馬道、托架的設(shè)計(jì)均由我公司承擔(dān)，構(gòu)件數(shù)量多。挑檐、天溝、屋脊排水、天窗等各類專業(yè)分包均要協(xié)調(diào)。

2）衛(wèi)星廳埋件種類繁多，達(dá)到上萬件，由4家土建單位共同承建，需全天候不停航施工，提前預(yù)判做好深化設(shè)計(jì)工作，市政重點(diǎn)項(xiàng)目刻不容緩。

3）83座登機(jī)橋中的轉(zhuǎn)換橋，從4 m步道到17 m屋頂，有土建、屋面、幕墻、機(jī)電安裝、電梯、自動扶梯、TMD減振設(shè)備，拉索鋼棒等十幾家外單位配合，1座登機(jī)橋的深化不亞于十幾層樓的深化時間，深化進(jìn)度控制超乎想象。登機(jī)橋建筑美觀要求高也是其他工程中罕見的。

3 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)多種技術(shù)取長補(bǔ)短提高效率

隨著科技日新月異地發(fā)展，深化設(shè)計(jì)已經(jīng)從傳統(tǒng)的CAD二維、CAD三維轉(zhuǎn)變成現(xiàn)在最常應(yīng)用的Xsteel軟件三維建模技術(shù)。通過3D實(shí)體建模，參數(shù)化節(jié)點(diǎn)應(yīng)用，自動生成圖紙（包含材料，螺栓數(shù)據(jù)表）后再進(jìn)行人工標(biāo)注尺寸，剖面零件標(biāo)注，最后轉(zhuǎn)換為AutoCAD格式圖紙。Xsteel相比之前CAD制圖，優(yōu)點(diǎn)就是可以隨時三維渲染視圖，并從任意角度查看模型的整體和細(xì)部情況，模型完成后的出圖就相對簡單很多。模型還能轉(zhuǎn)換成網(wǎng)頁，CAD的三維格式給設(shè)計(jì)院審圖和現(xiàn)場施工帶來便捷，提高了工作效率。在BIM模型中導(dǎo)入Xsteel模型，輸出CAD三維模型，通過仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息達(dá)到可視化模擬施工狀態(tài)，即“所見即所得”的形式，便于檢查出結(jié)構(gòu)間的軟碰撞、硬碰撞及各工種配合的合理性。

3.1 Xsteel與CAD技術(shù)在衛(wèi)星廳登機(jī)橋中的結(jié)合應(yīng)用

衛(wèi)星廳83座登機(jī)橋中包括37座單橋，25座轉(zhuǎn)換橋，4座剪刀橋，17座合并橋。應(yīng)用Xsteel軟件能保證連接的準(zhǔn)確性，出圖的統(tǒng)一性，特別登機(jī)橋大部分是細(xì)小構(gòu)件，90%的方管都是焊接拼制，需要為工廠預(yù)留比傳統(tǒng)加工多一倍的時間，這樣又壓縮了深化時間。就最復(fù)雜的轉(zhuǎn)換橋而言，一個轉(zhuǎn)換橋從搭模、出圖、校對到圖紙送審需要3個人共15個工作日。在專機(jī)坪（含9座轉(zhuǎn)換橋， 5座合并橋，3座單橋）現(xiàn)場提出要在2個月內(nèi)完成深化設(shè)計(jì)的條件下，對照前面的時間安排，顯然是不可能完成的任務(wù)。有困難就要找出路，通過圖紙比對發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)換橋雖然體積龐大構(gòu)件數(shù)量多，但橋身寬度，4層平面標(biāo)高及斜率，外單位配合數(shù)據(jù)及類型均相同，先通過表格把9座轉(zhuǎn)換橋進(jìn)行差異比對，發(fā)現(xiàn)相似程度很高。因此決定利用CAD翻圖＋不相同構(gòu)件Xsteel出圖結(jié)合的方式來提高出圖效率，從原來的1座橋3個人共15個工作日壓縮到2人共5個工作日。

1）以22#橋?yàn)槔?，通過表格匯總出與可參考的橋相比，科技圖紙中科技修改的內(nèi)容，在CAD圖上對修改內(nèi)容用不同圖層表示，以方便校對、工廠加工和現(xiàn)場施工。

2）深化設(shè)計(jì)時，為更準(zhǔn)確地表達(dá)CAD翻圖和Xsteel出圖構(gòu)件的區(qū)別， 對Xsteel新出圖構(gòu)件進(jìn)行命名時，均以“－100”開頭，而CAD翻圖構(gòu)件僅修改前綴橋號，構(gòu)件編號不改，從整體上掌控每個橋的修改情況，通過修改總量準(zhǔn)確計(jì)劃深化進(jìn)度，確保滿足加工及現(xiàn)場施工進(jìn)度要求。

3.2 Xsteel與Rhino3D犀牛技術(shù)在衛(wèi)星廳三角屋面中的結(jié)合應(yīng)用

Xsteel軟件最大的優(yōu)點(diǎn)是保證正交結(jié)構(gòu)精確的同時最大限度發(fā)揮建模出圖的速度，簡化操作，缺點(diǎn)是網(wǎng)架弧形結(jié)構(gòu)建模困難，尤其需要三維曲線坐標(biāo)定位時更是難上加難。衛(wèi)星廳中的三角屋面恰巧是雙曲屋面（圖2），Xsteel軟件只能完成主體部分詳圖，上部檁條及檁條托架要在三維曲線空間中找點(diǎn)建模，這時就要尋找其他軟件。Rhino3D NURBS（犀牛）是一個功能強(qiáng)大的高級建模軟件，可以創(chuàng)建、編輯、分析和轉(zhuǎn)換NURBS曲線、曲面和實(shí)體，并且在復(fù)雜度、角度和尺寸方面沒有任何限制，建模完成后可導(dǎo)出高精度模型給其他三維軟件使用，這些優(yōu)點(diǎn)可以彌補(bǔ)Tekla等軟件在空間曲面建模上的弱勢。Grasshopper則又是基于Rhino的一款可視化節(jié)點(diǎn)編程建模軟件，功能全面的運(yùn)算器能提供節(jié)點(diǎn)式可視化編程操作[1]。衛(wèi)星廳雙曲屋面就由Rhino＋Grasshopper、Xsteel、AutoCAD等軟件協(xié)同進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。

圖2 衛(wèi)星廳三角雙曲屋蓋形成示意

1）首先在建筑提供的屋面完成面表皮Rhino三維模型基礎(chǔ)上，我們預(yù)先留出屋面節(jié)點(diǎn)構(gòu)造空間即可推算出檁條完成面?？紤]到現(xiàn)場安裝誤差及沉降，在安裝檁條前需要現(xiàn)場復(fù)測支托的實(shí)際標(biāo)高數(shù)值，根據(jù)理論數(shù)值再調(diào)節(jié)檁托板長度，以保證檁條安裝的準(zhǔn)確性。支托頂部中心基準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)高數(shù)值運(yùn)用Grasshopper運(yùn)算器輸入操作及其中各種幾何類型的分析和變動等，最終輸出我們所要的數(shù)據(jù)。根據(jù)自動生成的標(biāo)高點(diǎn)號及標(biāo)高數(shù)據(jù)匯總到CAD圖紙中。在同一個模型中每個點(diǎn)都有可追溯性，大大提高了各個工種工作效率。

2）在屋面雙曲檁條出圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)加工要求，每隔500 mm確定彎曲矢高，獲取所要數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模。

4 鋼結(jié)構(gòu)三維建模和BIM技術(shù)在深化設(shè)計(jì)階段的結(jié)合應(yīng)用

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），近幾年在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用帶來的成效有目共睹?？梢暬┕の臋n存儲、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享與調(diào)用、項(xiàng)目精細(xì)化管理及造價控制等優(yōu)點(diǎn)在大工程中尤為突出。衛(wèi)星廳建筑面積龐大，鋼結(jié)構(gòu)與各專業(yè)交界面多，如果僅依靠在Xsteel軟件中建立的鋼結(jié)構(gòu)模型，而其他專業(yè)不配合，就會顧此失彼，造成現(xiàn)場返工，形成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。在衛(wèi)星廳工程中，BIM小組承擔(dān)了土建和屋面三維建模，還要把幕墻、設(shè)備、二結(jié)構(gòu)精裝等各專業(yè)的模型進(jìn)行整合，通過BIM技術(shù)來進(jìn)行檢查，并及時發(fā)現(xiàn)問題、反映問題、解決問題。

衛(wèi)星廳空側(cè)幕墻柱頂在伸縮縫處的埋件很容易按慣性思維設(shè)置為常規(guī)埋件，但寬280 mm的埋件板與混凝土的碰撞在BIM三維模型里顯而易見（圖3）。整個S1，S2有20多處此類問題，在現(xiàn)場屋頂混凝土梁還沒有施工的前提下，設(shè)計(jì)提出了部分鋼梁移位，部分鋼梁截面縮小，深化埋件不做調(diào)整的修改方案。用最小的調(diào)整達(dá)到了各專業(yè)的要求，BIM技術(shù)功不可沒。

圖3 空側(cè)幕墻柱在混凝土伸縮縫處的碰撞

衛(wèi)星廳后續(xù)有不少在已完成的施工現(xiàn)場狀態(tài)下增加或修改布局的工作量。在B8區(qū)域新增辦公室鋼結(jié)構(gòu)框架柱的過程中，BIM核模時發(fā)現(xiàn)與已有二結(jié)構(gòu)外墻定位重疊（圖4），現(xiàn)場外墻防水已全部完成，敲掉重新施工的可能性很小。二結(jié)構(gòu)圖紙一般涵蓋在精裝系列中，不會與鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生交集，但在BIM模型中很容易直觀地發(fā)現(xiàn)問題，在深化初期即和設(shè)計(jì)討論解決方案，設(shè)計(jì)提出內(nèi)移新增鋼柱避開已有混凝土外墻的解決方案?？此浦皇呛唵蔚囊莆唬绻麑I(yè)間相互不配合，等構(gòu)件到現(xiàn)場再解決，既被動又會造成經(jīng)濟(jì)損失。

圖4 鋼結(jié)構(gòu)與二結(jié)構(gòu)碰撞示意

5 結(jié)語

如今的鋼結(jié)構(gòu)深化已經(jīng)脫離了草圖翻樣的傳統(tǒng)觀念，復(fù)合型的制圖技術(shù)不斷融入深化設(shè)計(jì)領(lǐng)域。不管是僅僅拿到上層建筑提供的一張表皮模型，還是草草幾個節(jié)點(diǎn)，大樣所有定位布局參照建筑圖的設(shè)計(jì)圖紙，深化設(shè)計(jì)總能利用CAD、Xsteel、Rhino軟件及BIM等各操作技術(shù)，深入到非鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)和建筑或機(jī)電溝通，積極開拓思路，起到承上啟下的作用。在衛(wèi)星廳項(xiàng)目中利用一個模型，做到了深化設(shè)計(jì)、加工制作、施工三者一體化，很好地體現(xiàn)了深化設(shè)計(jì)的價值，為工程的順利完成立下了汗馬功勞。