基于BIM技术的钢结构装配式工业厂房工程建设研究_陈媛.pdf

装配式建筑Prefabricated Building38CHINA CONCRETE 2023.01 NO.163收稿日期：2022-11-22第一作者：陈媛，1993年生，主要从事建筑设计相关工作，E-mail：引言工业建筑有别于传统的民用建筑，在侧重建筑本身的安全性、实用性的同时，更加关注的是建成的工业建筑能否满足正常生产的要求。一般来说，工业厂房具有楼层高、跨度大、建筑单体体量大、专业类别交错复杂等特点，在建设管理上，采用传统的管理模式时，因其施工难度大、专业性强、工序复杂且较多等原因，不仅容易造成人、机、物的投入量大且不易对工程施工进度进行合理的掌控，容易造成施工效率低下，且设计与施工阶段相脱节的现象发生。如今，随着信息化、BIM技术的日益成熟，实现了由手工绘图到二维平面绘图再到如今的三维立体化模型的时代蜕变，BIM技术的引用，最大限度的实现建筑工程的施工进度可控化、模型可视化、模型信息集成化，为这类问题的解决提供了一种可能。本文以大铸钢项目为例，对BIM技术在工业化建筑中的应用开展研究，为今后装配式钢结构工业项目与信息化集成应用及施工建造提供理论指导依据。1 项目概况本项目位于唐山市曹妃甸协调发展示范产业园区重型机械热加工中心一期项目东侧，占地面积166亩，总投基于BIM技术的钢结构装配式工业厂房工程建设研究陈媛洪洋刘畅田旭唐山冀东发展燕东建设有限公司 河北 唐山 064000摘 要：工业是推动社会发展的主要动力和物质保障，在整个国民经济中占据绝对主导地位。随着我国建筑业的转型与升级，在十四五时期，对装配式钢结构建筑的建造模式、信息化应用水平、系统化集成设计程度提出了更高的要求。通过新一代信息技术驱动，以建筑工程全寿命期系统化集成设计、精益化生产施工为主要手段的新型建筑工业化逐渐成为建筑业主流趋势。本文以施工项目为例，从钢结构深化设计、模型优化整合，施工场地布置，管综优化等方面开展BIM技术研究，争做施工级BIM技术应用，为实现BIM技术在民用建筑向工业建筑的转型升级及实施奠定基础。关键词：建筑工业化；BIM技术；钢结构装配式Research on Engineering Construction of Steel Structure Prefabricated Industrial Plant Based on BIM TechnologyAbstract:Industry is the main driving force and material guarantee to promote social development and occupies an absolutely dominant position in the whole national economy.Along with the transformation and upgrading of Chinas construction industry,in the period of the 14th five-year plan,the assembly type steel structure building construction mode,information application level,the systematization integration design degree has been put forward higher requirement.Driven by the new generation of information technology,the new construction industrialization,which takes the whole life cycle systematic integrated design and lean production and construction as the main means,has gradually become the mainstream trend of the construction industry.Taking the construction project as an example,this paper carries out research on BIM technology from the aspects of steel structure deepening design,model optimization and integration,construction site layout,integrated management optimization,etc.,striving for the application of construction-level BIM technology,laying a foundation for the transformation and upgrading of BIM technology in civil buildings to industrial buildings and its implementation.Key words:Building industrialization;BIM technology;fabricated steel structure装配式建筑Prefabricated Building39总163期 2023.01 混凝土世界资30918万元。场地类别为II类，场地特征周期Tg为0.65s。设计地震分组为第3组，抗震设防烈度为7度，抗震等级为4级。如图1所示，此项目分为1个主厂房及2个附属辅房，是现浇钢筋混凝土框架结构体系及门式刚架体系相结合的钢结构综合厂房，主厂房建筑高度23.45m。该项目的建成，将成为华北地区重要的大型铸钢件生产基地，不仅利于区域内经济发展，对振兴装备制造业，促进唐山乃至整个华北区域经济快速持续发展具有重要意义。2 设计阶段BIM技术应用研究一个项目的关键环节在于设计，模型的搭建是BIM技术实施的首要环节。随着人们对工业项目的需求越来越复杂，设计难度也在逐渐增加。传统的二维设计由于处于各个专业相互闭塞且各自为战的时代，不能适应协同设计的要求，容易形成信息孤岛，已不能满足目前工业建筑设计行业的要求，逐渐被三维设计所取代，更趋向于协同设计。三维模型的建立是一个数字化、信息化高度集成的正向设计过程。BIM+装配式+钢结构工业建筑的协调发展，是信息化技术与新型建造方式的高效结合，是建筑业未来发展的必然趋势1。目前，距正向设计仍有很大的差距，做得更多是二维向三维转化的一个过程。在项目开展前，基于设计院出具的二维平面图纸，应用CAD软件，分别对建筑、结构、通风、电气等相关专业进行图纸拆分，并按照LOD300等级对各专业进行分组精细化建模工作，充分利用BIM的可视化、参数化的特性，以图元的形式，赋予模型中每个构件专属的信息属性及ID参数，并以参数化族的形式存在于模型当中，每一个参数化族就如同“积木”一样，通过赋予的参数信息，搭在指定位置，如图2所示，最终组建形成一个整体项目模型。2.1 参数化设计工业项目有别于传统的民用项目，需更侧重车间生产加工设备、吊车梁、供人通行的联系平台、检修平台、生产线等空间布置，在工业项目建筑设计阶段，传统的二维平面设计模式下，设备管线、基础布置及定位、生产机具安装位置等只能在平面布置图中指明平面定位，而剖面图与立面图对于车间里所有设备不可能面面俱到。设计师们常常将标高等空间垂直参数用文字标出及注明，对现场施工人员、设计人员来说，可视化程度低，可理解性相对较差，没有一个直观体现，而且对设计的精度和准度也很难把控，常常在施工安装过程中才能发现，此时只能通过设计变更、签证等手段进行补救，但会严重影响施工进度及造成不必要的经济损失。当传统的CAD设计出现问题时，工程中某一数据的更改，难免会牵一发而动全身，其他专业也会有所影响，比如车间的开间或者进深产生改变，那么周围构件、设备基础、管线预埋位置也会出现错位，影响正常的施工。现代工程中急需的是信息的集成性、协调性，由此而产生的Revit软件就是借助软件的建模功能，引入参数化设计，对每个构件图元进行参数化定义，实现数据的关联与互通。采用该模式下，在图纸修改的过程中，通过参数来控制建筑的外形，或者构件的形状，这些参数既可以是尺寸信息，也可是材料信息等等，将信息集成与参数，通过参数来控制建筑的实体，一个参数可以存在多个图元之中，起到了链接各个图元的作用，同时在修改的过程中通过参数的各向传递，自动完成对图形中相关视图的修改，达到设计更新的一体化设计。以工字型双肢柱图 1 大铸钢项目效果图装配式建筑Prefabricated Building40CHINA CONCRETE 2023.01 NO.163为例，对每个构件列入参数公式，可实现水平撑数、斜撑数、构件宽度、高度等参数信息的联动及快速修改，实现一族多用，模型的快速搭建，如图3所示。2.2 深化设计应用Tekla Structures 软件，以CAD平面图纸作为底图参照，对项目的主体结构构件进行钢结构深化设计，实现由平面到立体的转化。针对此项目，在保证结构安全、施工快捷、经济适用的基础上，依托门式钢架的结构形式及施工方案，利用软件自带的节点库及日常工作中添加的节点族，优化柱梁节点、主次梁连接等节点形式，并生成钢结构工业厂房三维信息化模型，实现建筑的“所见即所得”，如图4所示。对于一个完整的钢结构深化模型来说，不应只有“躯干”而缺失“四肢”。对于钢结构厂房来说，整个深化过程中，除主体构件的搭建之外，节点优化也是关键环节。深化设计一直强调：强柱弱梁，强节点、弱构件。厂房主要由钢柱、吊车梁、屋面梁、柱间支撑、水平支撑、檩条、刚性系杆、拉条、压型钢板等构件组成。针对工业厂房的组成部分，此项目的钢结构深化设计阶段主要分为5个部分，即基础预埋搭建，横梁与立柱搭建，支撑系统搭建，围护结构搭建，女儿墙柱、钢梯、雨蓬附属结构搭建等深化设计工作。（1）基础预埋基础预埋深化设计是模型搭建的第一步也是最重要的一步，基础预埋件的定位不准确，轻则影响钢柱，地脚螺栓等构件的顺利定位及安装，重则会影响建筑物整体的结构安全。此项目占地面积大，地质情况相对复杂，地处环渤海中心地带，降水时间约为6090d，绝对工期只有150d，在施工工期短、施工难度大、建造技术要求高的情况下，通过BIM技术，对桩基础进行预排布，为项目部提前确定降水方案提供技术支撑。图5为此项目的桩基础排布，通过可视化三维模型，实现构件的精准定位。从下部地脚锚栓定位是否精准和杯口柱基础质量，到钢柱组对安装精准度，直接影响到安装钢柱准确性，地脚锚栓定位施工控制成为控制的重点难点。构件的制作精度为重点关注对象，根据基础平面布置图，地脚螺栓不同规格，轴线居中，偏轴线分类，制作定位板，根据定位板大小，考虑平面刚性，定位板厚度可考虑在36mm间。定位板孔大小比螺栓圆钢大1mm，并在定位板中画出轴线交叉点，这个交叉点作为定位板位置定位点和复测点。图 2 大铸钢项目三维信息化模型整合图 3 大铸钢项目族模型参数化设置图 4 钢结构厂房内外部模型深化设计（a）外部（b）内部装配式建筑Prefabricated Building41总163期 2023.01 混凝土世界（2）横梁与立柱搭建门式结构的主体承重钢构件为钢柱和钢梁，通过基础定位确定柱网定位，柱子纵向定位轴线间的距离为跨度，决定了屋架的尺寸；横向定位轴线间的距离为柱距，决定了吊车梁、屋面板的跨度尺寸。此项目中，在满足生产工艺需求的基础上，全面协调跨度和柱距，尽量使柱网统一，使建筑平面合理。（3）支撑系统搭建门式刚架的支撑系统一般包含系杆、水平支撑、柱间支撑。支撑有柔性和刚性之分，柔性支撑一般多采用圆钢，刚性支撑一般采用角钢或圆管。支撑主要用来传递横向水平力，并将结构件连为一个整体。