重庆国际马戏城钢结构工程BIM在设计制造安装工程中的应用

1、重庆际华目的地钢结构工程BIM在钢结构、幕墙施工中的应用中冶建工集团有限公司 2016年 目 录一、工程项目简介 二、项目重点难点 三、BIM团队介绍 四、应用软硬件配置 五、BIM实施过程及实现功能六、应用成效七、经验教训 一、工程项目简介 1.工程概况 重庆国际马戏城项目是重庆市十大公益性项目之一。位于重庆市主城区弹子石大佛寺长江大桥下，是以杂技马戏演出为主，集文化展示、文化交流、休闲娱乐、旅游为一体的大型综合性文化设施。 重庆国际马戏城项目一期建筑总面积为24816m2，其中主表演馆 21847m2 ，配套辅助设施2969m2，建筑高度49.78m。 图1 总体效果图 一、工程项目简介项

2、目名称重庆国际马戏城建设项目I期工程建设单位重庆市地产集团设计单位北京市建筑设计研究院有限公司施工单位中冶建工集团有限公司监理单位重庆赛迪工程咨询有限公司 重庆国际马戏城项目I期工程具有较强的复杂性，包含主体混凝土结构、反弧墙结构和钢结构和幕墙等部分，施工技术难度较大 。本项目钢结构工程主要分为屋面双向桁架、飘带钢结构以及幕墙龙骨钢结构；主表演馆钢结构采用双向钢桁架结构，该结构系统由六榀大跨度横向主桁架梁与纵向次桁架梁形成倾斜式空间稳定结构；幕墙龙骨依照建筑外观设计特点，设计为双向斜交钢结构体系，分别与钢筋混凝结构上预埋件连接，最高约48m，宽度约18m；飘带结构由幕墙系统延伸而出，共分为3段

3、。 一、工程项目简介钢结构三维模型 2.钢结构工程概况 幕墙龙骨主体桁架飘带结构静压箱马道消防水池屋顶桁架弧形柱反弧墙舞台基坑看台幕墙二、项目重点难点 1）外观造型和内部空间复杂给现场施工人员图纸理解、各专业协调、进度及质量控制带来很大困难，钢结构专业与土建，舞台机械、马道、幕墙等专业交叉碰撞协调工作量很大。马戏城主体剖面外圈幕墙支撑钢结构内圈幕墙支撑钢结构飘带钢结构二、项目重点难点 2）幕墙支撑钢结构为空间箱型弯扭构件，其二次深化、加工制作和安装难度大；场地局促，屋顶双向桁架吊装困难；飘带为三维空间管桁架，相贯线切割和空间定位安装难度大。双曲面扭转钢箱梁参与人员 姓名单位职务职责分工徐国友中

4、冶建工集团钢构公司钢构公司副总经理、总工程师负责项目施工组织、技术协调管理敬承钱中冶建工集团钢构公司钢构公司设计室主任负责项目模型审核，计算分析，BIM技术协调工作曹 波中冶建工集团钢构公司钢构公司设计室副主任负责模型建立与出图陈 磊中冶建工集团钢构公司钢构公司设计室科员模型建立与出图应丽君中冶建工集团钢构公司钢构公司设计室科员模型建立与出图谢廷明中冶建工集团钢构公司钢构公司设计室工艺负责人制造工艺与胎架设计邱文波中冶建工集团钢构公司钢构公司马戏城项目部项目经理负责现场的施工组织和安装工作李 明中冶建工集团钢构公司钢构公司马戏城项目部技术负责人负责现场装技术指导及专业协调工作三、项目团队及人员

5、介绍 马戏城钢结构BIM应用主要成员 中冶建工集团在项目成立之初就制定了BIM技术在马戏城项目应用的详细计划，由公司总工程师亲自组织实施。四、应用软硬件配置 软件名称在项目中的主要工作在工作中最有效的功能需要改进的地方Tekla Structures 18.03d实体模型建立，3d钢结构细部设计，钢结构深化设计详图设计，清单报表生成等三维协调交底、材料统计弯扭构件深化不足，不能结构受力计算3D3S计算分析，弯扭构件出详细加工图弯扭构件出详细加工图不能节点实体有限元分析。midas gen计算分析计算分析不能出图rootmodel弯扭构件深化弯扭构件出详细加工图操作系统需要升级犀牛弯扭构件轮廓建

6、立弯扭构件轮廓建立出图功能不强Revit三维模型建立三维模型建立五、BIM应用实施工程及实现功能 1.项目采用BIM技术的应用背景 （1）结构复杂：重庆国际马戏城项目造型复杂，钢结构制作工艺和节点连接复杂，钢结构深化设计出错概率大，仅仅使用AUTOCAD进行放样，工作效率低，劳动强度大。对于复杂的空间曲线和曲面，使用AUTOCAD难以完成，必须借助先进的三维软件可实施。 （2）专业交叉多：钢结构施工队伍要承接建筑设计以及结构设计的信息完成深化设计及各个构件的制作，同时钢结构承接土建以及幕墙装饰和舞台吊顶等连接部位，钢结构工程的整体质量能否实现都依靠准确的深化设计以及高精度的加工制作，施工单位必

7、须采用BIM技术。 （3）质量标准高:本工程钢结构工程为重庆市建委指定的钢结构观摩基地，确保“巴渝杯”，争创“钢结构金奖”，在满足质量要求的同时最大限度的达到美观效果，把大剧院工程打造成重庆市钢结构的行业标杆，树立行业品牌。设计建模多专业协同工作深化设计辅助加工可视化交底算量及成本管理施工全过程分析施工模拟五、BIM应用实施工程及实现功能 2.项目采用BIM实现的功能模拟预拼装（1） 设计阶段建立模型 应用TEKLA建立幕墙龙骨整体模型，3D3S和mids gen计算分析。 五、BIM应用实施工程及实现功能 幕墙龙骨模型 幕墙龙骨计算模型（2） 三维模型辅助专业协调，检查设计遗漏与错误 a：屋

8、面钢桁架与舞台机械，马道通过吊杆连接，统一在一个模型中操作，多专业协同作业 ，碰撞校核，检查设计遗漏与错误。五、BIM应用实施工程及实现功能桁架杆件马道通道吊杆五、BIM应用实施工程及实现功能（2）确定构件重量，合理安排施工 b：本工程牛腿钢筋密集，钢结构预埋件钢筋容易与土建钢 筋碰撞，借助BIM可视化，可模拟化来深化钢筋复杂节点的施工工序，通过与设计协商调整钢筋配置和埋件设计（钢筋间距），二者协同设计，减少施工钢筋碰撞，高效的解决施工中钢筋穿插。五、BIM应用实施工程及实现功能（2）三维模型辅助专业协调，检查设计遗漏与错误 c：钢结构与混凝土梁的碰撞，调整幕墙龙骨截面，局部混凝土梁调整位置。

9、（3） 三维模型深化设计 a:辅助屋顶桁架节点等二次深化设计五、BIM应用实施工程及实现功能深化设计（3） 三维模型深化设计 b:弯扭箱型构件深化设计五、BIM应用实施工程及实现功能构件实体模型弯扭板件三维实体模型弯扭构件截面控制参数弯扭构件安装过程图 幕墙龙骨为400*350的箱型弯扭构件，采用专业的“三维特型弯扭构件软件”进行深化设计，为后续加工提供理论数据。（4）三维模型和动画辅助加工 通过三维模型直接转化成数控加工数据，精度高，速度快，质量好。五、BIM应用实施工程及实现功能节点模型数控加工加工后的钢管件a:辅助飘带管桁架的相贯线放样与数控加工（4）三维模型和动画辅助加工 五、BIM应

10、用实施工程及实现功能b:弯扭钢管工艺模拟 自行设计与制作弯管机：利用BIM软件计算和绘制顶弯设备设计图，主要包括支架平台、数控电动分离式液压千斤顶、限位端模具、行程端模具等。（4）三维模型和动画辅助加工 五、BIM应用实施工程及实现功能b:弯扭钢管工艺模拟 自行设计与制作弯管机：利用BIM软件计算和绘制顶弯设备设计图，主要包括支架平台、数控电动分离式液压千斤顶、限位端模具、行程端模具等。（4）三维模型和动画辅助加工 五、BIM应用实施工程及实现功能C：三维模型模拟制作胎架和动画辅助演示幕墙龙骨加工过程 利用BIM软件计算和绘制可移动式预组装平台设计图，主要包括水平底架、固定端、可移动端、安装定

11、位板等。按照设计轴线布置图，以两轴线间为一跨设为一个预组装单元；每个单元均可通过可移动端调节尺寸。采用动画演示幕墙龙骨加工工艺流程。 可移动式预组装支架平台杆件端头定位支座调节（4）三维模型和动画辅助加工 五、BIM应用实施工程及实现功能C：三维模型模拟制作胎架和动画辅助演示幕墙龙骨加工过程 主管的组装 次管的组装（5） 三维模型模拟预拼装 a:辅助幕墙龙骨放样及模拟预拼装 通过三维模型将一榀幕墙支撑钢结构转化投影到平行于地面的三维坐标（坐标转换），辅助弯扭构件车间加工时在地面整体预拼装。五、BIM应用实施工程及实现功能 车间整体预拼装（5） 三维模型模拟预拼装 b:屋面桁架电脑模拟预拼装 通

12、过电脑模拟屋面桁架预拼装，通过精确控制每榀桁架的加工尺寸，实现桁架在高空的准确安装。五、BIM应用实施工程及实现功能 屋面桁架整体预拼装图 屋面桁架吊装过程图（6） 施工模拟，有效控制安全与施工进度 马戏城屋顶采用空间钢桁架结构，该结构系统由六榀大跨度横向主桁架和纵向次桁架形成倾斜式空间桁架。其中MTR1跨度28.09米，重量约14.5吨、MTR2跨度43.48米，重量约22吨、MTR3跨度53.978米，重量约38吨、MTR4跨度55.65米，重量约40吨、MTR5跨度47.55米，重量约35吨、MTR6跨度31.99米，重量约15.5吨。通过三维吊装动画模拟并结合现场实际情况，决定主桁架M

13、TR3、MTR4、MTR5采用跨内组装双机抬吊，MTR1、MTR2、MTR6采用跨外组装单机吊装五、BIM应用实施工程及实现功能飘带龙骨吊装路线主体结构下侧龙骨吊装路线主体结构上侧龙骨吊装路线MTR1MTR2MTR3MTR4MTR5MTR6123456主桁架吊装顺序（6） 施工模拟，有效控制安全与施工进度 五、BIM应用实施工程及实现功能a：屋面桁架吊装模拟 屋面桁架总体安装工艺流程：主体结构桁架吊装顺序采用两侧向中间依次进行，即按主桁架编号MTR1MTR2MTR6MTR5MTR4MTR3的顺序进行吊装。其中MTR3、MTR4、MTR5采用跨内组装双机抬吊，MTR1、MTR2、MTR6采用跨外

14、组装单机吊装。（6） 施工模拟，有效控制安全与施工进度 五、BIM应用实施工程及实现功能a：屋面桁架吊装模拟 屋面桁架总体安装工艺流程：主体结构桁架吊装顺序采用两侧向中间依次进行，即按主桁架编号MTR1MTR2MTR6MTR5MTR4MTR3的顺序进行吊装，其中MTR3、MTR4、MTR5采用跨内组装双机抬吊，MTR1、MTR2、MTR6采用跨外组装单机吊装。（6） 施工模拟、有效控制安全与施工进度 五、BIM应用实施工程及实现功能a：屋面桁架吊装模拟双机抬吊模拟（6） 施工模拟，有效控制安全与施工进度 五、BIM应用实施工程及实现功能b：幕墙龙骨吊装模拟（6） 施工模拟，有效控制安全与施工进

15、度 五、BIM应用实施工程及实现功能c：飘带钢结构吊装模拟（7） 施工全过程仿真分析，确保施工安全 五、BIM应用实施工程及实现功能 本工程屋面为双向桁架，在安装过程中，其结构受力情形和和最后设计状态有所不同，在施工前，根据施工方法进行施工模拟仿真分析，对施工工程进行数据校核及结构分析，为现场的施工控制提供前期性的控制理论依据。 桁架组装转运过程分析桁架组装转运过程应力云图 （7） 施工全过程仿真分析，确保施工安全 五、BIM应用实施工程及实现功能 桁架吊装翻身模型桁架吊装翻身应力云图 桁架吊装翻身模型桁架吊装翻身应力云图 （7） 施工全过程仿真分析，确保施工安全 五、BIM应用实施工程及实现

16、功能 吊装工况一整体Z向变形（mm）吊装工况一整体杆件应力（N/mm） 吊装工况二整体Z向变形（mm）吊装工况二整体杆件应力（N/mm）（7） 施工全过程仿真分析，确保施工安全 五、BIM应用实施工程及实现功能 吊装工况三整体Z向变形（mm）吊装工况三整体杆件应力（N/mm） 吊装工况四整体Z向变形（mm）吊装工况四整体杆件应力（N/mm）（7） 施工全过程仿真分析，确保施工安全 五、BIM应用实施工程及实现功能 吊装工况五整体Z向变形（mm） 吊装工况五整体杆件应力（N/mm） 吊装工况六整体Z向变形（mm）吊装工况六整体杆件应力（N/mm）（7） 施工全过程仿真分析，确保施工安全 五、BI

17、M应用实施工程及实现功能 吊装工况七整体Z向变形（mm）吊装工况七整体杆件应力（N/mm） 吊装工况八整体Z向变形（mm）吊装工况八整体杆件应力（N/mm）（7） 施工全过程仿真分析，确保施工安全 五、BIM应用实施工程及实现功能 吊装工况九整体Z向变形（mm）吊装工况九整体杆件应力（N/mm） 根据现场实测桁架安装过程中最大下饶17mm，与计算值19mm基本吻合。五、BIM应用实施工程及实现功能（8） 可视化交底增强沟通协调 应用BIM技术进行三维模型漫游、施工进度模拟等与各专业队伍进行技术交底，大大提高沟通协调效率。 与业主，土建，管理公司沟通技术问题钢构加工技术交底（9）算量及成本管理

18、通过BIM模型软件自带的清单计算程序就可以导出每根构件的重量及连接件重量，还可以统计分类统计重量和面积，方便制定采购计划和制定劳务用工计划，增强建造成本计划性和可控性。五、BIM应用实施工程及实现功能 工程量统计表马戏城一期工程铆工(工作日)焊工(工作日)起重工(工作日)普工(工作日)总计(工作日)屋面桁架加工6066061521501515屋面桁架安装25025025092842龙骨加工18006005001003000龙骨安装4504504501501500飘带加工80907016256飘带安装720240200401200合计()3906223616225488313 用工量计划表（10

19、） 模型及图纸辅助现场质量检查 应用Autodesk 360、BIM 360 Glue通过手机或Ipad现场就可以浏览三维模型，从而进行质量和进度检查。 五、BIM应用实施工程及实现功能（11）应用BIM施工动画把控进度控制五、BIM应用实施工程及实现功能六、BIM应用效益（1） 针对该工程的复杂性和多专业性，利用BIM技术，成功解决了钢结构与其他专业的碰撞和接口连接问题，方便了项目管理，提高了深化设计的准确性，能优先的进行事前控制，有效的避免了各种碰撞，大大降低了返工费用。（2）钢结构利用Tekla，3D3S等BIM软件进行构件和节点详图设计，钢构厂材料损耗降低1.2%，可节余钢材38吨；通