謝地，許夢

（湖南省第三工程有限公司）

1 引言

現(xiàn)代建筑不再是簡單的滿足使用功能，而且還要具有時代的特征和藝術(shù)的欣賞效果，因此，出現(xiàn)了很多空間受力小、重量輕、剛度大、抗震性能好、外形多樣的大型、異形鋼網(wǎng)架建筑。由于鋼材的特殊性，其加工拼裝精度差、現(xiàn)場吊裝效率低、機械成本高、安全風(fēng)險高。本文針對大型、異形鋼網(wǎng)架精確定位的技術(shù)難點，通過BIM技術(shù)，進(jìn)一步提高建筑造型的美觀效果，程序化企業(yè)鋼結(jié)構(gòu)施工的操作模式，以降低企業(yè)施工成本費用，提升建筑施工質(zhì)量。

2 項目概況

本方法用于岳陽浮空器總裝、試驗廠房項目，項目主體鋼結(jié)構(gòu)長124.4m、寬64m，高65.5m，采用雙層橢圓柱面網(wǎng)架+四角錐單元結(jié)構(gòu)形式，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件為圓管，節(jié)點采用焊接球節(jié)點。鋁嵌板幕墻造型復(fù)雜，端部為異形雙曲，整個網(wǎng)架展開面積約為26200㎡，總用鋼量2400 噸。該工程精度要求高，BIM技術(shù)與施工相結(jié)合成功解決了異形建筑在施工中對縫及精度等難題，完美展現(xiàn)建筑的設(shè)計美感。

3 適用范圍

適用于鋼網(wǎng)架球結(jié)構(gòu)拼裝、吊裝階段的高精度定位施工，在各類異形鋼網(wǎng)架球結(jié)構(gòu)施工中有顯著效果。

4 應(yīng)用原理

通過鋼結(jié)構(gòu)軟件建立高精度BIM 模型，獲取所有球心坐標(biāo)及半徑。依據(jù)球面方程公式（X-X0）2+（YY0）2+（Z-Z0）2=R2，在拼裝單榀網(wǎng)架和吊裝兩個施工過程中，通過反光貼，實測某個球面上任意4點的坐標(biāo)[（X1，Y1，Z1），（X2，Y2，Z2），（X3，Y3，Z3），（X4，Y4，Z4）]，將4點坐標(biāo)帶入球面方程，得到以球心坐標(biāo)X0，Y0，Z0和半徑R為未知數(shù)的四元二次方程組[（X1-X0）2+（Y1-Y0）2+（Z1-Z0）2=R2;（X2-X0）2+（Y2-Y0）2+（Z2-Z0）2=R2;（X3-X0）2+（Y3-Y0）2+（Z3-Z0）2=R2;（X4-X0）2+（Y4-Y0）2+（Z4-Z0）2=R2]，通過小程序輸入4 點坐標(biāo)，立馬得到實測的球心坐標(biāo)及半徑。

在設(shè)計藍(lán)圖中已知網(wǎng)架球理論半徑，考慮加工誤差，將理論半徑作為已知數(shù)代入方程組，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差。所以在施工中，將網(wǎng)架球理論半徑作為一個校核條件，當(dāng)程序計算出的網(wǎng)架球半徑與理論半徑差值大于5mm時，應(yīng)對該網(wǎng)架球重新測量。如差值小于5mm 時，表示這組計算值有效，再通過對比BIM 模型球心理論值與計算值X0，Y0，Z0的差額調(diào)整吊裝方向。

5 應(yīng)用流程及步驟說明

①工藝流程（見圖1）

圖1 網(wǎng)架拼裝、安裝流程圖

②建立高精度網(wǎng)架模型

按BIM 行業(yè)LOD400 標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行鋼網(wǎng)架的高精度深化建模（見圖2）。

圖2 鋼網(wǎng)架高精度模型

③網(wǎng)架模型合理分區(qū)

結(jié)合建筑特點，考慮分塊劃分重量、外形尺寸、安裝高度、機械性價比等綜合因素，將主體鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架劃分為若區(qū)域（見圖3）。

圖3 網(wǎng)架合理分區(qū)

④轉(zhuǎn)換加工球心坐標(biāo)

在BIM模型中，將每塊網(wǎng)架單獨提出，按方便加工的倒橫方式調(diào)整模型，收集單榀網(wǎng)架新形態(tài)下的球心相對坐標(biāo)。

⑤建立加工控制網(wǎng)

在規(guī)劃加工區(qū)域澆筑墊層混凝土，保證加工區(qū)域平整，在墊層上彈出加工控制網(wǎng)，并在拼裝前，通過BIM動畫對人員進(jìn)行技術(shù)及安全交底。

⑥胎架制作

拼裝胎架垂直方向采用圓管支撐，長度具體根據(jù)網(wǎng)架弧度現(xiàn)場放樣確定；垂直支撐大于2m的設(shè)斜撐，與垂直支撐夾角不小于30度。

⑦每個焊接球上貼4個測量反光貼

將反光貼貼在網(wǎng)架球安裝位置處，朝內(nèi)朝下的一面，方便施工測量。

⑧復(fù)核球心相對坐標(biāo)

在拼裝階段，進(jìn)行多輪精度調(diào)整把控，將單榀拼裝尺寸偏差控制在5mm 以內(nèi)。高于GB50205 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。

表1 GB50205規(guī)范分條或分塊單元拼裝長度的允許偏差

⑨無誤后連接桿件焊接

⑩焊接點探傷、合格后除銹防腐

在BIM 模型中將單榀網(wǎng)架按模型位置，收集球心在網(wǎng)架安裝位置處的坐標(biāo)，通過軟件模型，設(shè)置測量原點，選取網(wǎng)架球查看屬性，得到每個網(wǎng)架球的理論半徑和理論施工球心坐標(biāo)。

建立施工測量控制網(wǎng)：本工程的各部分結(jié)構(gòu)體系的施工精度直接影響下道工序的安裝誤差精度，因此必須在現(xiàn)場拼裝制作至吊裝過程中，嚴(yán)格按照測量方案實施[1]。

測量吊裝網(wǎng)架球心反光貼組；將球表面任意4點實測值輸入算法小程序：輸入4點球面實測值，得到現(xiàn)有球心坐標(biāo)位置。

與模型球心理論坐標(biāo)對比，調(diào)整網(wǎng)架吊裝位置：通過BIM 模型精確定位球心在整體網(wǎng)架中的位置，在吊裝過程中進(jìn)行第二輪精度調(diào)整把控，將網(wǎng)架整體尺寸偏差控制在20mm以內(nèi)。高于GB50205鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)。如有誤差且超過控制值，重新測量單榀吊裝網(wǎng)架的4角球心反光貼組；誤差在符合規(guī)范誤差范圍內(nèi)，進(jìn)行電焊固定（見表2）。

表2 GB50205規(guī)范鋼網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)安裝的允許偏差

無誤后焊接、探傷、除銹、防腐；鋼架與滑移平臺臨時固定（見圖4）。

圖4 單榀吊裝定位焊接后與滑移平臺臨時固定

6 項目經(jīng)濟效益

運用BIM 技術(shù)和自開發(fā)的測量計算程序，使網(wǎng)架球結(jié)構(gòu)施工緊湊及流暢，節(jié)約了機械和人工成本，縮短了工期。與傳統(tǒng)異形拼裝、安裝方式相比，新工藝通過BIM 技術(shù)精確定位，吊裝速度得到較大提升（見表3）。

表3 工期效益分析表

因項目特點，選用施工機械型號差異大，主要節(jié)約因縮短工期減少的機械費用，同類型項目比較傳統(tǒng)施工，可減少施工周期約15%，同比節(jié)約機械、人工成本約15%，見表4。

表4 經(jīng)濟效益分析表

7 優(yōu)勢

通過BIM技術(shù)在異形鋼網(wǎng)架球項目施工中的研究與應(yīng)用，相較傳統(tǒng)施工主要有一些優(yōu)勢。

①模型坐標(biāo)數(shù)據(jù)精度高，且轉(zhuǎn)換靈活。通過BIM精確建模，球心理論坐標(biāo)精度高，且可以通過施工方式靈活轉(zhuǎn)換。

②施工測量速度快，數(shù)據(jù)準(zhǔn)。制作球心算法小程序，通過測量4點球面反光貼坐標(biāo)，在自動復(fù)核網(wǎng)架球加工誤差的前提下，直接得出球心坐標(biāo)，方便球心位置調(diào)整。

③機械化程度高，工期短，節(jié)約成本，降低風(fēng)險。有了程序算法，大大加快了施工速度，提高了機械臺板的使用效率，降低了工人高空作業(yè)的時間，縮短了工期，減少了成本。

8 結(jié)語

BIM 技術(shù)滿足未來建筑造型各異的發(fā)展趨勢，合理地將BIM 技術(shù)與鋼結(jié)構(gòu)已有前沿技術(shù)、先進(jìn)設(shè)備整合在一起，提高精細(xì)度，開拓新思路，創(chuàng)新建造、智能建造，有利于推動建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展。