高超，陳翔，丁飛

（1.中國建筑股份有限公司，北京 100176；2.中建二局第一建筑工程有限公司，北京 100176；3.中建-大成建筑有限責任公司，北京 100176）

1 引言

鋼結構是當前我國建筑領域應用較廣的一種結構形式，其在應用過程中主要是利用鋼材制作構件進行現(xiàn)場拼裝，在進入現(xiàn)場拼裝階段之后，工作人員可以采用特定的連接方式對其構件之間進行連接。從整體來看，其有較多的優(yōu)勢，例如，有著良好的抗震性能以及力學性能等，與此同時，其還能夠在原有的基礎上加快施工進程，外形也能展現(xiàn)出一定的美觀性，鋼結構還能夠實現(xiàn)回收，這便提升了材料的利用率。因此，當前鋼結構構件廣泛應用到大型廠房以及高層建筑等領域，并取得了諸多成果[1]。

結合當前的實際情況來看，我國針對鋼結構設計和施工已經建立起了相對較為完善的標準和要求，并在實踐過程中吸取經驗教訓積極提升設計和施工的相關技術，推動了鋼結構建筑領域的進一步發(fā)展。但現(xiàn)如今在對鋼結構進行安裝的過程中依然面臨著諸多不利因素，例如，若是設計方案存在偏差便會在一定程度上增加鋼材的使用量，并加大成本，與此同時，在實際應用到施工中之后難以起到參考作用，無法真正提升生產和管理效率，所以有必要亟待積極引入BIM技術，為鋼結構安裝施工提供強有力的技術支持。

2 BIM在鋼結構安裝施工中的實踐應用

2.1 案例分析

2.1.1 工程概況

本鋼結構天幕工程的上部和下部分別是空間桁架、平面桁架和鋼管柱支撐，天幕整體的構成包括H形側向支撐、鋼管柱、平面桁架以及空間桁架等，總共由17個折面所組成，總長度為512 m，其最高和最低處同地面之間的距離分別是49.1 m和27 m，該鋼結構天幕工程主要劃分成南、北兩個分區(qū)，工程整體所使用的鋼材總量在2 300 t左右。其中鋼結構南區(qū)天幕的構成為8個折面，其長度為207 m，其天幕最高的位置同地面之間有著44 m的距離，桁架的最大跨度為51.8 m。本工程南區(qū)鋼結構的安裝使用的為履帶吊和塔吊相結合的形式，二者按照從北向南的方式實施吊裝，并通過汽車吊和現(xiàn)場塔吊的手段開展現(xiàn)場拼裝工作。

2.1.2 工程重難點

1）吊裝困難

工程施工階段在吊裝環(huán)節(jié)面臨一定的難度，天幕鋼結構在建筑工程中處在中間的部位，管桁架最大的跨度為52 m，與此同時其還有著較高的高度，構件本身有著極大的質量，并且數(shù)量較多。在施工階段，其北區(qū)的結構基本上已經完成封頂，所以能夠為鋼結構安裝提供必要的條件。鋼結構所處位置在建筑工程整體的中間部位，目前已經實現(xiàn)對于其下部分混凝土連廊的施工，但受到塔吊長度限制，難以在相應的部位實現(xiàn)順利進出。

2）結構復雜

本文所闡述的天幕鋼結構工程本身是一個折板式空間結構體系，主要是由規(guī)格各不相同的鋼管相互拼裝而形成的，每一個構件無論是在形態(tài)、尺寸還是在連接方法方面都呈現(xiàn)出了一定的差異性，不利于高效加工和組裝。

3）較高的精度要求

該項目在實際進行鋼結構安裝施工階段不可避免地會用到大尺寸桁架，而該類桁架的安裝工作在精度方面有著相對較高的要求，所以工作人員應當在實際安裝的過程中嚴格把控好相關工藝數(shù)據(jù)，規(guī)范制作行為，最大限度地減少誤差的產生，這樣便可以盡量提升構件安裝的準確性和有效性。鋼管桁架所使用的是全位置焊接形式，這使得其在施工階段存在著一定的困難，整體有著相對較大的工作量，工作人員需結合實際情況掌握好變形以及焊接應力，特別是要加強對于鋼板對接焊縫的重視。

該工程所開展鋼結構工程采用的是規(guī)格不一的鋼管，所以構件安裝在精度的把控方面存在困難，是需要解決的重點問題。

2.2 空間定位測量

安裝施工對于精確度和協(xié)調性有著較高的要求，傳統(tǒng)的安裝方式大多依靠工作人員自身經驗，而BIM技術則能夠幫助工作人員更加科學地對各個步驟和要點進行計算，切實保障計算結果的精確度和準確性，進而為后續(xù)安裝施工的開展提供數(shù)據(jù)參考。合理使用BIM技術可以工程參建方提供更多的便利條件，以往大多是利用經緯儀和全站儀等設備展開二維平面圖紙放樣工作，而在BIM技術的支持下則能夠在BIM放樣機器人的移動終端中實現(xiàn)對于BIM模型的導入，并設置放樣原點，放樣機器人可以進行現(xiàn)場測繪、放樣，并對安裝工作進行指導，相對于固有的放樣儀器和方式來說，BIM放樣機器人的應用能夠在極大程度上減少誤差的出現(xiàn)，并減少工作量，同時達到縮短工期的效果。

該鋼結構工程本質上是一種異形結構，其在安裝的過程中，涉及多種構件的應用，而BIM技術的應用能夠通過建立三維模型更加精確地實現(xiàn)空間定位測量。所以在實際開展測控工作的過程中需要嚴格遵循相應的原則，加強對重點部位的合理把控，并嚴格按照先整體后局部的順序進行實施，工作人員應當結合現(xiàn)有條件完成高程控制網(wǎng)以及平面控制網(wǎng)的建立，并確保其具有較高的精度[2]

工作人員需要對下部土建結構控制網(wǎng)展開科學合理的復核工作，在此基礎上運用BIM技術構建起平面以及高程控制網(wǎng)。上述控制網(wǎng)的建立應當能夠同土建結構控制網(wǎng)之間形成各自獨立又相互統(tǒng)一的關系。在高程控制網(wǎng)的基礎上進行高程測量，同時還要在BIM模型上對具體的數(shù)據(jù)及時進行標記，以便后續(xù)使用全站儀就近引測，工作人員需通過懸吊鋼尺法以及直接量尺法的應用針對標高控制展開豎向引測工作。

此工程天幕鋼結構有著相對復雜的節(jié)點，各個桿件在尺寸上各不相同，難以支撐起高空安裝，不利于更加精確地對傾斜角度和定位進行計算，與此同時，在空間桁架上并沒有將鋼柱以及上弦桿充分連接起來，制約了空間測量放樣工作的高質量開展?；诖耍ぷ魅藛T需要將全站儀和三維模型有機結合起來，提高空間定位測量精確性?？臻g定位測量如圖1所示。

圖1 空間定位測量

工作人員可以利用BIM技術建立三維實體模型，對施工過程中的精確高程以及坐標點進行明確，通過對高精度全站儀的應用能夠在極大程度上提升測量工作的準確性，同時還能為高空安裝工作提供方便，盡可能縮短后續(xù)在調整和返工方面所花費的時間，此舉有助于縮短安裝工期，以達到減少材料和人工成本的效果。在桁架標高方面，工作人員需要在三維模型的基礎上對該點的具體標高值進行合理測量，同時依據(jù)桁架自身的分段情況落實標記，按照順序使用高精度水準儀進行引測，直至相應的固定點，對其進行標記之后方便后續(xù)參考。對下弦控制節(jié)點標記點位的具體標高進行測量，通過比較設計標高明確二者之間的高差值，對其進行合理控制，確保其能夠維持在±5 mm范圍之內。

2.3 安裝施工

2.3.1 桁架組成

桁架組成如圖2所示，鋼結構在施工階段所設置的拼裝場地總共是7個，其長度和寬度分別是30 m和5 m。針對小部分長桁架而言，在對其進行拼裝工作時，工作人員可以綜合考慮各方面影響因素基于BIM模型對現(xiàn)有的現(xiàn)場拼裝場地展開適當?shù)耐卣?，拼裝場地尺寸如圖3所示。

圖2 桁架組成圖

圖3 拼裝場地尺寸

鋼結構拼裝場地基本上處在地下室的頂板之上，所以有必要在適當位置采取相應的加固措施。

2.3.2 拼裝過程

本工程規(guī)模相對較大，所以對于天幕鋼桁架桿件的數(shù)量有著較多的要求，在施工現(xiàn)場通過小型汽車吊機的使用實現(xiàn)對其的拼裝。為了能夠切實保障其拼裝的實際成效，在正式進入拼裝環(huán)節(jié)之前，工作人員需要利用BIM技術進行動畫仿真模擬，以全方位梳理鋼桁架桿件，充分結合各種數(shù)據(jù)信息制訂拼裝計劃，強化對于各個環(huán)節(jié)的合理把控。對于BIM技術來說，動畫仿真模擬是其比較主要的功能之一，靈活應用這一技術能夠幫助人員對構件拼裝施工的全過程進行模擬，工作人員早在進行施工準備時應當進行4D動畫模擬，將三維模型和項目進度時間有效結合起來，立足于施工組織設計對實際施工進行模擬，在此基礎上制訂更加科學可行的拼裝方案。除此以外，技術人員還需要將預算和成本等信息融入其中建立5D模型，以高效落實成本控制。在運營期間也可以利用動畫仿真對緊急情況進行模擬，分析各種處理方式的應用成效，進而確定最佳應急處理方案。在吊裝工作的過程中應當使用相關儀器展開對其的測量工作，這樣便能夠為桿件拼裝合理性以及精確度的提升創(chuàng)造良好的條件。在開展空間桁架拼裝工作的過程中，工作人員需要先確保拼裝胎架搭設的合理性，同時保障下弦桿準備就緒，并完成兩根上弦桿的準備工作，接下來便可以對腹桿以及橫向腹桿進行安裝，按照相應的順序拼裝空間桁架。

2.3.3 吊裝方案確定

在正式開展天幕鋼結構施工之前，工作人員需要綜合施工現(xiàn)場以及施工圖紙設計的各方面情況對施工方案進行初步確定。與此同時，還需全面詳細分析機械設備吊運的能力，通過對于3D MAX軟件的應用，在明確障礙物以及現(xiàn)場施工情況的基礎上開展三維建模工作。

工作人員可以在分析三維模型的過程中更加科學有效地實現(xiàn)對于起重吊裝方案的分析和驗證工作，這樣便能夠保障起重設備在各種情況下都能夠發(fā)揮出其應有的吊裝能力，并且還要盡可能減少在運行過程中所面臨的同建筑物等相互碰撞的現(xiàn)象，進而更加科學合理地對最優(yōu)吊裝方案進行確定[3]。吊裝所使用的履帶吊性能如表1所示。

表1 履帶吊性能表

工程中圓管鋼柱以及空間桁架與塔吊的位置相距較遠，所以工程人員選用履帶吊對二者進行吊裝，而塔吊則吊裝其余的部分。在正式進入吊裝環(huán)節(jié)之后，工作人員需要先采用分段的形式對圓管鋼柱實施吊裝，接下來再進行鋼柱間空間桁架的吊裝工作，然后便可以對臨時支撐進行搭設，并進行平面桁架的吊裝，最終便要按照相關要求進行側向外撐以及外懸挑桿件的安裝工作。天幕鋼結構工程施工安裝的三維仿真模擬如圖4所示。

圖4 三維仿真模擬圖

3 結語

綜上所述，靈活使用BIM技術能夠從各個環(huán)節(jié)著手提升鋼結構安裝施工的合理性和有效性，對于建筑工程的高質量建成有著積極的促進作用。因此，相關工作人員應當在明確工程建設實際要求的基礎上強化引入BIM技術，這樣便能夠從技術層面著手為安裝施工的高效進行提供必要的支持，進而推動工程整體綜合效益的進一步提升。