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港区钢结构深化设计阶段中的BIM应用

港区钢结构深化设计阶段中的BIM应用

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钢结构由于具有自重轻,可靠性高,抗震、抗冲击性好,变形能力强等优点,目前广泛应用于大跨度 和超高、超重型的建筑中,是主要的建筑结构类型之一。


项目背景


本项目属于钢结构工程范畴。结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成,各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。工程建设 24 座筒仓,单仓容量 3 万吨,内径 40m,高度 43.4m。


基础采用桩端桩侧复式后压浆钻孔灌注桩,桩径 1000mm,桩长 50m,桩身混凝土强度等级为 C40, 单仓桩数为 117 根,单桩竖向抗压极限承载力标准值不小于 14000kN。


该工程的筒仓项目采用圆形现浇混凝土结构,共建设 24座筒仓,每个筒仓内径 40m、高 43m、容量 3 万吨,筒仓竖向钢结构架模型如图所示。



至此,该煤炭港区已有筒仓 48 座,规模在国内沿海港口中居于首位。筒仓的建设,将为煤炭港区彻底摆脱煤炭堆存、粉尘飞扬、污染环境的困境提供可能。本项目 要求熟悉钢结构的特点,在此基础上了解采用 BIM 技术的原因。从而熟悉 BIM 模型搭建的步骤,掌握该项目中 BIM 深化设计步骤,最后了解保证项目质量的审核制度。


项目中 BIM 的应用


1.采用 BIM 的原因


传统的建筑设计手法及工具难以满足本项目复杂形体的深化控制,采用 BIM 技术及软件可以进行可视化,即所见即所得。


利用 Revit 、Navisworks、tekla 等软件进行工程建筑过程,碰撞检测分析及精确控制进行专业协调, 实现全新的工作模式“三维协同”。还可以进行参数化设计,解决信息不通畅及“信息孤岛”现象,减少施工 过程中的返工现象。


BIM 具有更好的协调设计和指导施工,发现和解决冲突,省资源耗费,缩短工期等优点。


2.模型搭建步骤


(1)在综合排布过程中,首先将设计院的简易图纸通过 CAD 软件初步深化,制作重要部位剖面图及 初步排布之后的专业图。

(2)然后将 CAD 底图导入到 Revit 软件中,制图人员根据底图搭建初步模型。同时,可以将建筑、 结构模型通过“链接”功能链接过来,在绘制过程中及时避让梁、柱等结构。

(3)模型建立完成后,通过可视化的三维模型及模型碰撞检测功能,对一些平面图中反馈不到的信 息,进行可视化体现并且进行修改


3.硬件配置



4.深化设计


本工程深化设计部分将根据业主提供的招标文件、答疑补充文件、技术要求及图纸为依据,结合制作 单位工厂制作条件、运输条件,考虑现场拼装、安装方案及土建条件,同时针对本工程所作的计算、分析 结果,在此基础上进行编制,本工程深化设计作为指导本工程的工厂加工制作和现场拼装、安装的施工详图。

(1)深化设计概况

本工程结构体系为钢结构和钢筋混凝土的复合结构体系。钢结构部分主要为 H 型钢梁、型钢柱、钢梁 间隅撑、柱间钢支撑、钢桁架、钢网架和压型钢板等。钢柱主要截面形式为工字型、圆型和十字型。钢结 构耐火极限为 1~3 小时。筒仓上部钢结构模型如图



(2)深化设计总体思路


1)深化设计遵循的原则

本项目以原施工设计图纸和技术要求为依据,完成钢结构的深化设计,并完成钢结构加工详图的编制。根据设计文件、钢结构加工详图、吊装施工要求,并结合制作厂的条件,编制制作工艺书。包括制作工艺流程图、每个零部件的加工工艺及涂装方案。

加工详图及制作工艺书在开工前经详图设计单位设计人、复核人及审核人签名盖章,报原设计单位审 核同意,招标人盖章确认后才开始正式实施。


原设计单位仅就深化设计未改变原设计意图和设计原则进行确认,投标单位对深化设计的构件尺寸和 现场安装定位等设计结果负责。


2)深化设计流程

结合以往的深化工程设计经验,对于本钢结构项目的深化设计,主要采用芬兰 Tekla 公司的软件 Xsteel16.1 进行各楼层钢结构的详图设计,采用 CAD 绘图软件进行主桁架及典型节点的详图设计。深化设计流程如图所示。



3)深化设计步骤

深化设计图纸的设计思路:建立结构整体模型→现场拼装分段(运输分段)→加工制作分段→分解为 构件与节点→结合工艺、材料、焊缝、结构设计说明等→深化设计详图。


具体步骤如下:


①初步整体建模:按图纸要求在模型中建立统一的轴网;根据构件规格在软件中建立规格库;定义构 件前缀号(如一层主钢梁定义为:1-GL*,一节柱定义为:1-GZ*),以便软件在自动编号时能合理的区 分各构件,使工厂加工和现场安装更合理方便,更省时省工;校核轴网、钢柱及钢梁间的相互位置关系。


②精确建模:根据施工图、构件运输条件、现场安装条件及工艺等方面对各构件进行合理分段,对节点进行人工装配。

③模型校核:由专人对模型的准确性、节点的合理性及加工工艺等各方面进行校核;运用软件中的校 核功能对整体模型进行校核,防止各钢构件间相碰。


④构件编号:模型校核后,运用软件中的编号功能对模型中的构件进行编号,软件将根据预先设置的 构件名称进行编号归并,把同一种规格的构件编号统一编为同一类,把相同的构件合并编成同一编号,编号的归类和合并更有利于工厂对构件的批量加工,从而减少工厂的加工时间。


⑤构件出图:应用软件的出图功能,对建好的模型中的构件、节点自动生成初步的深化图纸(构件的 组装图及板件的下料图);然后对图纸在尺寸标注、焊缝标注、构件方向定位及图纸排版等方面进行修改 调整,力求深化图纸准确、简洁、清楚及美观。


⑥校对及审核:深化图纸调好后,应由专人对图纸进行校核及审核,确保深化图合理、准确。


4)深化设计内容

深化设计内容包括制作深化设计、安装深化设计。制作深化设计主要由加工制作厂完成,包括:详图 设计、加工及焊接工艺设计、质量标准和验收标准设计。主要以深化设计详图为主,其他的内容将溶入深 化设计详图中,以图纸和说明的形式体现。


深化设计图纸包括两部分

①根据设计图对钢结构的构造、节点构造、特殊的构件(如铸钢、球形支座)进行完善;


②钢结构施工详图设计。


结构完善部分

①国外标准与中国标准的转化;

②大型复杂节点(带状桁架节点、外伸桁架节点)设计与工艺相协调要求的完善;

③连接节点螺栓数量、排布,连接板、节点板尺寸规格的完善;

④构件、节点组装焊缝类型、等级要求的完善;

⑤考虑施工变形及结构受力变形,对结构的预变形处理。


施工详图的内容


深化设计总说明:按照原设计图纸的要求进行,包括工程概况;规范、标准、规程和特殊的规定;主材、 辅材等的型号、规格及建议;焊接坡口形式、焊接工艺、焊缝质量等级及检测要求;构件的几何尺寸及允 许偏差;防腐、防火方案;施工技术要求等。


整体轴侧图:反映工程整体三维关系、主要控制坐标等宏观信息。


预埋结构定位及详图


构件的平面布置和立面图:注名构件的位置和编号,构件的清单和图例。


构件图:主要用于工厂装配和现场组装,需要标明:

① 构件的编号、构件的几何尺寸和截面形式、定位尺寸;

② 确定分段点、节点位置和几何尺寸,连接件形式和位置;

③ 焊缝形式、坡口等焊接信息,螺栓数量、连接形式等信息;

④ 构件的长度、重量、材料等信息。


零件图:主要用于材料采购、工厂排料和下料切割。

① 所有组件的编号,几何尺寸;

② 开孔、斜角、坡口等详细尺寸;

③ 材料的材质、规格、数量、重量等材料表。

制作工艺设计:包括原材料检验工艺设计、下料工艺设计、装配方案设计、装配胎具设计、焊接工艺设计、 涂装工艺设计。


拼装、安装深化设计:施工方法的选择和经济性比较、施工过程的仿真分析、施工支撑体系等措施的设计 与计算分析,现场焊接工艺的设计等。

构件分段:深化设计中对构件进行分段需要综合考虑加工制作、运输分段,安装方案,节点划分,制作工 艺,焊接收缩及变形,结构预起拱等因素。

加工制作分段(运输分段)的拆分原则:构件分段设计应该是在充分考虑并结合了原材料规格、运输的各 种限制以及最终确定的安装方案的基础上进行。


(3)深化设计质量保证措施

1)组织机构

为了做好本工程钢结构深化设计工作,结合钢结构工程制作施工经验,为确保迅捷高效地完成各项设 计深化任务,专门成立深化设计项目组。



2)审核制度

除了个人能力,对深化设计来说严格合理的工作流程、体制和控制程序是保证深化设计质量的关键因素。根据中国钢结构行业的具体情况,制定了符合建设部颁布的各项制图标准和设计规范以及深化设计标准,建立起了完善的三级审核制度。


①自检过程:深化设计人员将完成的图纸有针对性地进行检查,并对结果予以记录,以便校核人员参考。


②校核过程:校核人员的检查内容和方法同自检时基本相同,检查完成后将二次审图单交深化设计人员进行修改并打印底图,必要时要向具体的深化设计人员将错误处逐条指出,但对以下内容要进行进一步审核:深化设计制图是否遵照深化设计有关标准;对特殊的构造处理审图;结构体系中各构件间的总体尺 寸是否冲突。


③审核过程:以深化设计图的底图和二次审图单为依据,对图纸的加工适用性和图纸的表达方法进行 重点审核。对于不妥处,根据情况决定重复从审图人员开始或深化设计人员开始的上述工作。当深化设计 出现质量问题,在生产放样阶段被发现时,及时通知设计院。


(编辑:奚雅青)


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