BIM在多层民用公建筑钢结构幕墙施工中的应用

重庆际华目的地工程BIM在钢结构、幕墙工程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、本项目采用BIM技术的必要性三、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

际华园重庆目的地中心项目是央企50强、世界500强的新兴际华集团启动的具有创新型的现代服务体综合项目。该项目位于两江新区龙兴工业开发区，占地900亩，总投资50亿元，将打造集购物、旅游、休闲、娱乐、体育、健身于一体的多功能组合型服务综合体。重庆际华目的地中心工程总建筑面积约70000m2，为地下1层，地上2层的多层民用公共建筑

图1目的地运动中心总体效果图

一、工程项目简介项目名称重庆国际马戏城建设项目I期工程建设单位际华集团股份有限公司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。

图2目的地球体餐饮中心总体效果图本项目建筑结构形式为地上钢结构、地下钢筋混凝土结构。该主体钢结构工程体量大，构件节点多且复杂，且包含较多的弧形梁结构。体育中心外立面采用钢化夹胶玻璃幕墙和陶土板幕墙，并由弧形铝板及穿孔金属板构成。

一、工程项目简介

2.钢结构工程概况

(1).体育活动中心

现场施工图

幕墙龙骨主体桁架飘带结构球体餐饮中心主体结构是一个圆球形网架结构，内部为钢构柱外包混凝土的核心筒结构。球体餐饮中心幕墙外覆盖轻巧的单层网壳结构，采用2A+6中空玻璃（热弯）幕墙，球体外立面结合泛光设计成为吸引眼球的焦点，为际华目的地中心的标志性建筑。

一、工程项目简介

2.钢结构工程概况

(2).球体餐饮中心

图现场施工图

玻璃幕墙球形网架核心筒二、本项目采用BIM技术的必要性（1）目的地运动中心体量大、结构复杂、造型特异、专业多、多系统穿插施工，在施工协调、深化设计、进度质量、现场安全以及成本管控等方面要求高。公司设计人员提前介入设计，配合设计工作完成了房屋最后造型和相关结构构造，高效地完善了BIM模型，实现了设计与施工的无缝对接。（2）原设计中墙体在主体结构外侧，经验算若砌墙高度H>10m将导致墙体稳定性较差，与设计院反馈后变更为外围全幕墙，以免结构自重过大引起的整体失稳。图运动中心幕墙效果图运动中心BIM模型二、本项目采用BIM技术的必要性由钢构公司自主设计并深化安装玻璃为不规则三角形六点支撑点式玻璃，采用有限元软件SAP2000计算应力和计算挠度如图所示：内侧、外侧玻璃大面最大应力设计值σ=19.053N/mm2。玻璃的最大挠度df=8.98mm。夹层玻璃均满足强度和刚度要求。二、本项目采用BIM技术的必要性图强度计算刚度计算玻璃幕墙型钢混凝土钢结构二、本项目采用BIM技术的必要性网架

际华目的地球体餐饮中心因网架由不规则结构组成，单块玻璃尺寸多且大，玻璃安装是倾斜的，玻璃施工难度极大。图网架示意图二、本项目采用BIM技术的必要性玻璃为不规则三角角形六点支撑点式式玻璃，采用有限限元软件SAP2000计算应力力和计算挠度如图所示：内侧、外侧玻璃大大面最大应力设计计值σ=18.053N/mm2。玻璃的最大挠度df=10.598mm。夹层玻璃均满足强强度和刚度要求。。强度计算刚度计算参与人员姓名单位职务职责分工徐国友中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、项目团队及人员员介绍马戏城钢结构BIM应用主要成员中冶建工集团在项项目成立之初就制制定了BIM技术在际华目的地地项目应用的详细细计划，由公司总总工程师亲自组织织实施。四、应用软硬件配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TeklaStructures18.03d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。midasgen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应用实施工程及实实现功能1.项目采用BIM技术的应用背背景（1）结构复杂：：重庆国际马戏城城项目造型复杂，，钢结构制作工艺艺和节点连接复杂杂，钢结构深化设设计出错概率大，，仅仅使用AUTOCAD进行放放样，工作效率低低，劳动强度大。。对于复杂的空间间曲线和曲面，使使用AUTOCAD难以完成，必必须借助先进的三三维软件可实施。。（2）专业交叉多多：钢结构施工队队伍要承接建筑设设计以及结构设计计的信息完成深化化设计及各个构件件的制作，同时钢钢结构承接土建以以及幕墙装饰和舞舞台吊顶等连接部部位，钢结构工程程的整体质量能否否实现都依靠准确确的深化设计以及及高精度的加工制制作，施工单位必必须采用BIM技技术。（3）质量标准高高:本工程钢结构构工程为重庆市建建委指定的钢结构构观摩基地，确保保“巴渝杯”，争争创“钢结构金奖奖”，在满足质量量要求的同时最大大限度的达到美观观效果，把大剧院院工程打造成重庆庆市钢结构的行业业标杆，树立行业业品牌。设计建模多专业协同工作辅助加工幕墙深化设计及安装过程分析幕墙深化设计及安装过程分析可视化交底算量及成本管理幕墙深化设计及安装过程分析构件碰撞检查五、BIM应用实施工程及实实现功能2.项目采用BIM实现的功能模拟预拼装（1）计算模型五、BIM应用实施工程及实实现功能龙骨模型幕墙模型2.项目采用BIM实现的功能建立际华目的地运运动中心和4#餐厅幕墙龙骨整体体模型，其中运动动中心和4#球形网架餐厅的幕幕墙工程均由中冶冶建工钢构公司内内部自主设计验算算、深化安装应用用，3D3S和midasgen计算分析。（1）计算模型五、BIM应用实施工程及实实现功能龙骨模型幕墙模型2.项目采用BIM实现的功能（2）建立主体钢结结构模型五、BIM应用实施工程及实实现功能目的地运动中心4#球形餐厅2.项目采用BIM实现的功能（2）建立主体钢结构构模型五、BIM应用实施工程及实实现功能a.节点深化圆管柱与钢梁搭接接节点圆管柱与混凝土梁梁搭接节点（1）建立主体钢结构模模型五、BIM应用实施工程及实实现功能a.节点深化圆管柱柱脚节点在对BIM模型构件进行深化化的过程中，运用用Tekla的二次开发功能制制作各种参数化节点，实现自动生生成，大大提高了了工作效率。主次梁节点（1）建立主体钢结构模模型五、BIM应用实施工程及实实现功能b.指导工厂构件加工工（2）幕墙深化设计五、BIM应用实施工程及实实现功能目的地运动中心ⅠⅡⅢeg.1目的地运动中心（1）幕墙深化设计五、BIM应用实施工程及实实现功能球形网架餐厅ⅠⅡⅢeg.2球形餐厅（3）三维模型辅助专业协调，检检查设计遗漏与错错误五、BIM应用实施工程及实实现功能通过使用TeklaStructure软件对重庆际华目目的地项目深化设设计模型进行碰撞校核，检测结结构节点碰撞，如如表所示。在在检测出碰撞后，，经过二次优化及及与结构设计进行行沟通，加以合理理的改正。eg.1目的地运动中心（2）三维模型辅助专业协调，检查设计遗漏与错错误五、BIM应用实施工程及实实现功能模型碰撞校核1际华目的地运动中中心模型校核模型校核结果检查结果发现，整整体模型检测出了了6处构件间碰撞的相相关信息，如下图图所示的梁梁节点点、圆管柱与梁等等构件之间碰撞校校核。（2）三维模型辅助专业协调，检查设计遗漏与错错误五、BIM应用实施工程及实实现功能模型碰撞校核1梁梁节点碰撞检查查圆管柱与梁连接校校核五、BIM应用实施工程及实实现功能（2）三维模型辅助专业协调，检查设计遗漏与错错误eg.2目的地4#餐厅主体结构4#餐厅是一个圆球形形网架结构，内部部为钢柱外包混凝凝土的核心筒结构构，施工顺序是首首先浇筑内部核心心筒结构，然后搭搭建外部球形网架架。为科学合理地地施工，这个过程程需要验证核心筒筒与网架结构之间间的碰撞。（2）三维模型辅助专业协调，检查设计遗漏与错错误五、BIM应用实施工程及实实现功能模型碰撞校核1钢结构与混凝土的的碰撞钢结构与球形网架架玻璃的碰撞如图所示，检查结结果发现若按设计计意图转化生成的的模型，会产生钢钢结构与混凝土的的碰撞，钢结构与与网架结构的碰撞撞。发现问题然后后与结构设计进行行问题反馈，调整整H型钢的尺寸，排除除了无意义的冲突突，减少了施工后后的返工所造成的的材料损失和工期期影响。（3）三维模型深化化设计b:弯扭箱型构件深化化设计五、BIM应用实施工程及实实现功能构件实体模型弯扭板件三维实体体模型弯扭构件截面控制制参数弯扭构件安装过程程图幕墙龙骨为□400*350的箱型弯扭构件，，采用专业的“三三维特型弯扭构件件软件”进行深化化设计，为后续加加工提供理论数据据。（4）三维模型和动画画辅助加工通过三维模型直接接转化成数控加工工数据，精度高，，速度快，质量好好。五、BIM应用实施工程及实实现功能节点模型数控加工加工后的钢管件a:辅助飘带管桁架的的相贯线放样与数数控加工（4）三维模型和动画画辅助加工五、BIM应用实施工程及实实现功能C：三维模型模拟制制作胎架和动画辅辅助演示幕墙龙骨骨加工过程利用BIM软件计算和绘制可可移动式预组装平平台设计图，主要要包括水平底架、、固定端、可移动动端、安装定位板板等。按照设计轴轴线布置图，以两两轴线间为一跨设设为一个预组装单单元；每个单元均均可通过可移动端端调节尺寸。采用动画演示幕墙墙龙骨加工工艺流流程。可移动式预组装支支架平台杆件端头定位支座座调节（4）三维模型和动画画辅助加工五、BIM应用实施工程及实实现功能C：三维模型模拟制制作胎架和动画辅辅助演示幕墙龙骨骨加工过程主管的组装次管的组装（5）三维模型模拟拟预拼装a:辅助幕墙龙骨放样样及模拟预拼装通过三维模型将一一榀幕墙支撑钢结结构转化投影到平平行于地面的三维维坐标（坐标转换换），辅助弯扭构构件车间加工时在在地面整体预拼装装。五、BIM应用实施工程及实实现功能车间整体预拼装（5）三维模型模拟拟预拼装b:屋面桁架电脑模拟拟预拼装通过电脑模拟屋面面桁架预拼装，通通过精确控制每榀榀桁架的加工尺寸寸，实现桁架在高高空的准确安装。。五、BIM应用实施工程及实实现功能屋面桁架整体预拼拼装图屋面桁架吊装过程程图（6）施工模拟，，有效控制安全与与施工进度五、BIM应用实施工程及实实现功能a：4#餐厅球状网架进度度模拟网架总体安装工艺艺流程：建筑内部核核心筒钢结构安装装、混凝土浇筑完完成后，下一步由由下至上逐层拼装装球状屋面网架。。（6）施工模拟，有效控控制安全与施工进进度马戏城屋顶采用空空间钢桁架结构，，该结构系统由六六榀大跨度横向主主桁架和纵向次桁桁架形成倾斜式空空间桁架。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拟并结合现场实际情情况，决定主桁架架MTR3、MTR4、MTR5采用跨内组装双机机抬吊，MTR1、MTR2、MTR6采用跨外组装单机机吊装五、BIM应用实施工程及实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，有效控控制安全与施工进进度五、BIM应用实施工程及实实现功能b：幕墙龙骨吊装模模拟（6）施工模拟，有效控控制安全与施工进进度五、BIM应用实施施工程及及实现功功能c：飘带钢钢结构吊吊装模拟拟（7）施工全过过程仿真真分析，，确保施施工安全全五、BIM应用实施施工程及及实现功功能本工程屋屋面为双双向桁架架，在安安装过程程中，其其结构受受力情形形和和最最后设计计状态有有所不同同，在施施工前，，根据施施工方法法进行施施工模拟拟仿真分分析，对对施工工工程进行行数据校校核及结结构分析析，为现现场的施施工控制制提供前前期性的的控制理理论依据据。桁架组装装转运过过程分析析桁架组装装转运过过程应力力云图（7）施工全过过程仿真真分析，，确保施施工安全全五、BIM应用实施施工程及及实现功功能桁架吊装装翻身模模型桁架吊装装翻身应力云图图桁架吊装装翻身模模型桁架吊装装翻身应力云图图（7）施工全过过程仿真真分析，，确保施施工安全全五、BIM应用实施施工程及及实现功功能吊装工况况一整体体Z向变形（（mm）吊装工况况一整体体杆件应应力（N/mm²）吊装工况况二整体体Z向变形（（mm）吊装工况况二整体体杆件应应力（N/mm²）（7）施工全过过程仿真真分析，，确保施施工安全全五、BIM应用实施施工程及及实现功功能吊装工况况三整体体Z向变形（（mm）吊装工况况三整体体杆件应应力（N/mm²）吊装工况况四整体体Z向变形（（mm）吊装工况况四整体体杆件应应力（N/mm²）（7）施工全过过程仿真真分析，，确保施施工安全全五、BIM应用实施施工程及及实现功功能吊装工况况五整体体Z向变形（（mm）吊装工况况五整体体杆件应应力（N/mm²）吊装工况况六整体体Z向变形（（mm）吊装工况况六整体体杆件应应力（N/mm²）（7）施工全过过程仿真真分析，，确保施施工安全全五、BIM应用实施施工程及及实现功功能吊装工况况七整体体Z向变形（（mm）吊装工况况七整体体杆件应应力（N/mm²）吊装工况况八整体体Z向变形（（mm）吊装工况况八整体体杆件应应力（N/mm²）（7）施工全过过程仿真真分析，，确保施施工安全全五、BIM应用实施施工程及及实现功功能吊装工况况九整体体Z向变形（（mm）吊装工况况九整体体杆件应应力（N/mm²）根据现场场实测桁桁架安装装过程中中最大下下饶17mm，与计算算值19mm基本吻合合。五、BIM应用实施施工程及及实现功功能（8）可视化交交底增强强沟通协协调应用BIM技术进行行三维模模型漫游游、施工工进度模模拟等与与各专业业队伍进进行技术术交底，，大大提提高沟通通协调效效率。与业主，，土建，，管理公公司沟通通技术问问题钢构加工工技术交交底（9）算量及及成本管管理通过BIM模型软件件自带的的清单计计算程序序就可以以导出每每根构件件的重量量及连接接件重量量，还可可以统计计分类统统计重量量和面积积，方便便制定采采购计划划和制定定劳务用用工计划划，增强强建造成成本计划划性和可可控性。。五、BIM应用实施施工程及及实现功功能工程量统计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606

6061521501515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用工量计计划表（10））模型及图图纸辅助助现场质质量检查查应用Autodesk360、BIM360Glue通过手机机或Ipad现场就可可以浏览览三维模模型，从从而进行行质量和和进度检检查。五、BIM应用实施施工程及及实现功功能（11）应用BIM施工动画画把控进进度控制制五、BIM应用实施施工程及及实现功功能六、BIM应用效益益（1）针针对该该工程的的复杂性性和多专专业性，，利用BIM技技术，成成功解决决了钢结结构与其其他专业业的碰撞撞和接口口连接问问题，方方便了项项目管理理，提高高了深化化设计的的准确性性，能优优先的进进行事前前控制，，有效的的避免了了各种碰碰撞，大大大降低低了返工工费用。。（2）钢钢结构利利用Tekla，3D3S等等BIM软件进进行构件件和节点点详图设设计，钢钢构厂材材料损耗耗降低1.2%，可节节余钢材材38吨吨；通过过安装节节点优化化，节约约安装工工期10天；（3）可可视化化交底大大增加加了交底底的效率率和质量量，缩短短会议时时间，各各项工作作目标性性更强，，施工效效率大大大提高。。（4）三维可视视化大大大提升了了复杂关关键部位位的施工工技术