【钢构知识】钢结构深化设计中，BIM技术就该这么用

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前言：如今几乎每个建筑人对BIM（Building Information Modeling）几乎都耳熟能详，但大部分人对钢结构BIM技术究竟为何还知之甚少。相信以下的钢结构BIM技术应用会给你答案。

长沙世茂广场效果图与钢结构BIM模型对照

长沙世茂广场钢结构地下4层，地上裙楼5层，塔楼75层，建筑总高度348.5m。总建筑面积约23万㎡，地上约17.9万㎡，地下约5.1万㎡。塔楼为钢管混凝土框架+混凝土核心筒+伸臂桁架结构体系。

五星级酒店效果图与revit模型对照

湘江欢乐城五星级酒店钢结构塔楼为核心筒+钢框架结构，裙楼为钢框架结构；总建筑面积6.3万㎡，地下2层，面积约1.7万㎡；塔楼地上23层、裙楼地上4层，面积约4.6万㎡。建筑总高度98m，裙楼高度24m。

一. 利用BIM技术对项目现场平面布置进行科学规划

世茂广场利用BIM技术对现场平面布置进行科学规划对不具备材料堆放条件的天井部位，采取增加型钢梁、满铺钢板的形式进行加固处理，达到可堆放重型构件的目的，提高了空间利用率。

世茂现场平面布置规划

五星级酒店在主体施工前期，充分利用BIM进行三维立体施工布置规划，直观的反映施工现场情况，保证现场运输道路畅通、方便施工人员的管理，解决二维施工场地布置中难以避免的问题。

五星级酒店现场平面布置规划

二. 钢结构BIM深化设计

深化设计时，BIM小组首先根据设计图建立3D结构模型，接着深化钢结构连接节点，综合考虑构件制作、运输及安装等多个环节以及和其他专业的联系与配合，对复杂节点进行深化设计，同时对部分节点进行优化，最终生成可直接用于工厂加工的深化设计图，并生成构件清单，便于工厂加工及现场吊装。

1.根据原设计图建立3D结构模型

项目体量大，图纸繁多，土建、机电、钢结构、幕墙等专业交叉密集，如何从“先天有问题”的结构图纸建立精准的三维模型是一件繁重而又艰巨的工作。

结构设计图

2.深化设计复杂节点

世茂广场外框为伸臂桁架结构体系，外框圆管柱与钢梁连接节点复杂， BIM小组人员考虑工厂制作与运输、现场实际安装等多个环节及时与项目部人员及设计进行沟通协调，对复杂节点进行深化设计，同时合理分段分节，得到业主及设计的一致认可。

圆管柱连接节点

五星级酒店混凝土梁与钢柱节点中钢筋密难定位，施工难度大。BIM技术人员对复杂劲性柱框架梁节点进行深化，在钢柱上预留套筒和搭接钢板，待安装时直接与钢筋相连，现场施工反应良好并达到创效的目的。

复杂劲性柱框架梁节点深化设计与现场对照

塔楼地下两层Y型变截面钢柱深化设计

3.节点优化

世茂广场在钢结构施工前，根据工程实际情况，结合以往施工经验，积极和业主及设计进行深入沟通与交流，对以下典型节点进行二次优化，保证了施工质量的同时缩短了施工工期。

项目人员考虑到筏板混凝土浇筑对钢管柱柱脚锚栓可能会产生比较大的扰动，BIM小组人员为此对埋件节点进行优化，设计角钢支架，提高了柱脚锚栓安装精度。

埋件角钢支架BIM模型与现场安装对照

圆管柱内栓钉变更为T型加劲肋，使钢管结构与混凝土咬合更为可靠，增加了结构的安全性。

圆管柱内T型加劲肋模型与成品对照

调整角柱悬挑牛腿形式为T型结构，确保现场施工人员操作所需的必要空间，提高了施工的安全性和便捷性。

角柱悬挑牛腿修改前后对比

将钢管柱外侧钢梁之间的斜撑优化为钢柱外环板，使楼承板端部受力更为合理，同时解决了楼板混凝土浇筑的漏浆现象，保证了楼板混凝土的浇筑质量。

梁间角钢支撑优化为钢柱外环板

4.深化成果输出

当所有结构连接节点深化完成后，就到了结果输出阶段，BIM小组人员通过BIM软件可生成直接指导构件加工的深化图，并生成方便加工和现场施工及商务结算的构件清单。

深化图列表

实际深化图

构件与零件清单

三. 利用BIM技术提前进行碰撞检查

世茂广场施工过程中涉及到钢构件与机电管道碰撞的问题，为此，深化小组在建模时综合考虑机电管道的布置，提前对碰撞部位采取预留洞口的处理方法，保证机电管道能顺利通过。

钢梁预留机电洞口

世茂广场核心筒中设置了大量劲性钢结构，钢筋与钢构件交叉施工工艺较为复杂。深化设计小组利用BIM技术对核心筒中的劲性钢结构和钢筋进行放样，在钢筋与钢构件碰撞部位采取开孔或者设置套筒等措施，保证钢构件与混凝土的合理连接。

世茂广场劲性结构图

设置穿筋孔与套筒（由左及右）

五星级酒店通过搭建各专业的BIM模型，在虚拟的三维环境下方便快捷地发现设计中的碰撞冲突，及时和土建、机电、钢结构等专业联系，显著减少由此产生的变更申请单，提高了施工现场的生产效率，降低了由于施工协调造成的成本增长和工期延误。

3D检验碰撞

四. 利用BIM技术进行3D可视化交底

基于BIM技术可视化的特点，对施工中的重点、难点和工艺复杂的施工区域，向作业人员演示模拟施工场景，直观地对各道施工工序进行交底，避免因管理人员错误理解导致的工序与施工安排不当，从而避免返工和损失。

世茂广场项目可视化交底现场

五星级酒店项目可视化交底现场

五. 利用BIM进行施工模拟安装

世茂广场加强层的核心筒中设置了18.1m长、重约26吨的实心铸钢件。该铸钢件超重超长，无法使用柱脚锚栓固定，同时，因核心筒操作空间狭小，临时固定困难。针对此情况，钢构事业部在铸钢件下部设计预埋钢套管，利用BIM技术进行模拟安装。

铸钢件模型及构件信息

施工模拟

除此之外，世茂广场加强层伸臂桁架节点体量巨大，总重超过33吨，超出现场塔吊的最大吊装能力。BIM小组结合原材采购条件、工厂加工情况，利用BIM技术精细排版，在保证工程质量的前提下，将巨型超重伸臂桁架节点拆分为多个部件，以满足现场安装需求。

伸臂桁架节点拆分模型

伸臂桁架吊装模拟

另外，世茂广场加强层屈曲支撑的安装精度要求非常高，而外框与核心筒间又存在沉降差，为减小施工误差，深化小组结合现场实测实量，对模型进行及时调整，经过多次检查核实，确保屈曲支撑最终顺利安装。

屈曲支撑模拟安装

无独有偶，五星级酒店V型斜钢柱工厂加工困难，安装精度要求非常高，项目BIM人员对此重难点部分进行可建性模拟，通过在三维模型中模拟V型柱安装定位工艺，提高了计划的可行性.同时，借助BIM对施工组织的模拟，项目管理方能够非常直观地了解整个施工安装环节的时间节点和安装工序，并清晰把握在安装过程中的难点和要点。

平面控制网的建立与复核

三维空间定位测量控制与钢结构安装

三维空间位置复测校核

平面与高程控制网竖向传递与复核

六. 利用BIM技术进行施工进度模拟

建筑施工是一个高度动态的过程，随着建筑工程规模不断扩大，复杂程度不断提高，使得施工项目管理变得极为复杂。通过BIM与施工进度计划相结合，空间信息与时间信息整合在一个可视化的4D(3D+Time)模型中，可直观、精确地反映整个建筑的施工过程，方便快捷地进行施工进度模拟和资源优化，并在施工过程中随时根据现场进度调整计划，体现项目精细化管理能力。