BIM技術(shù)在雪車(chē)雪橇賽道鋼木組合結(jié)構(gòu)遮陽(yáng)棚上的應(yīng)用

王鵬 薛永濤

摘要：通過(guò)BIM技術(shù)在國(guó)家雪車(chē)雪橇中心賽道鋼木組合結(jié)構(gòu)遮陽(yáng)棚上面的深化設(shè)計(jì)、工廠(chǎng)加工、現(xiàn)場(chǎng)安裝等方面的應(yīng)用，解決了項(xiàng)目結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜，設(shè)計(jì)施工難度大，工期緊，設(shè)計(jì)要求高等難題。

關(guān)鍵詞：鋼木組合結(jié)構(gòu);BIM技術(shù);深化設(shè)計(jì)

1、工程概況

北京2022年冬奧會(huì)國(guó)家雪車(chē)雪橇中心項(xiàng)目位于北京市延慶區(qū)海坨山，是中國(guó)首條，全球第十六條，也是唯一擁有360°回旋彎的雪車(chē)雪橇賽道。賽道的設(shè)計(jì)難度為冬奧會(huì)項(xiàng)目單獨(dú)最高，需兩個(gè)國(guó)際單項(xiàng)組織（IBSF國(guó)際雪車(chē)聯(lián)合會(huì)、FIL國(guó)際雪橇聯(lián)合會(huì)）進(jìn)行認(rèn)證;目前通過(guò)國(guó)際單項(xiàng)組織認(rèn)證的賽道為15條（亞洲2條、北美4條、歐洲9條），延慶國(guó)家雪車(chē)雪橇中心賽道為通過(guò)認(rèn)證的第16條賽道。主賽道總長(zhǎng)度約1935米，最低點(diǎn)高程892米，最高點(diǎn)高程1019米，垂直落差121米。平均坡度9.8%，最大坡度16%，共計(jì)16個(gè)彎道。

2、重難點(diǎn)分析

賽道遮陽(yáng)棚沿著整個(gè)賽道長(zhǎng)度方向布置，貫穿出發(fā)區(qū)、綜合運(yùn)營(yíng)區(qū)、結(jié)束區(qū)三個(gè)區(qū)域，將雪車(chē)雪橇中心結(jié)合成一個(gè)整體。依據(jù)賽道制冷設(shè)計(jì)要求，將其整體結(jié)構(gòu)劃分為54段。共計(jì)277榀木梁，在垂直落差121米的賽道上安裝，單邊懸挑長(zhǎng)度7～13米，木梁成品體積大、重量重、造型及節(jié)點(diǎn)形式復(fù)雜，每榀木梁有50多種不同規(guī)格的構(gòu)件構(gòu)成，內(nèi)含高釩索、過(guò)鎖鞍、銷(xiāo)軸等特殊構(gòu)件，且加工和安裝精度必須保證在1毫米左右。遮陽(yáng)棚屋面為不規(guī)則雙曲面造型，主要結(jié)構(gòu)由鋼檁條和鋼拉桿構(gòu)成。鋼檁條和鋼拉桿規(guī)格型號(hào)較多，其中部分檁條為異形雙曲，每根檁條尺寸和彎曲弧度大小不一，且鋼檁條和拉桿在整體結(jié)構(gòu)的空間定位復(fù)雜，屋面成型精度要求高。國(guó)內(nèi)亦無(wú)同類(lèi)建設(shè)工程經(jīng)驗(yàn)，缺乏相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)和施工技術(shù)的指導(dǎo)。

3、賽道鋼木組合結(jié)構(gòu)遮陽(yáng)棚BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1 BIM組織策劃

經(jīng)項(xiàng)目組織策劃，決定采用BIM技術(shù)輔助賽道遮陽(yáng)棚體系施工的整體過(guò)程。通過(guò)創(chuàng)建BIM人員組織架構(gòu)，制定BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)施方案，劃分人員職責(zé)分管，建立有效的溝通機(jī)制，分析采購(gòu)適用于本項(xiàng)目的BIM相關(guān)軟件（Tekla Rhino Grasshopper Fuzer Navisworks）其他輔助性軟件（Revit CAD 3Dmax）。配置對(duì)應(yīng)軟件的硬件設(shè)備等。創(chuàng)建可視化、數(shù)字化的建筑信息化三維模型，通過(guò)模型深化，碰撞檢測(cè)，模型出圖，模型出量，動(dòng)畫(huà)模擬等方法，將其合理應(yīng)用到賽道遮陽(yáng)棚體系的深化設(shè)計(jì)、材料采購(gòu)、工廠(chǎng)加工、現(xiàn)場(chǎng)安裝等施工全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)與異形雙曲賽道遮陽(yáng)棚體系施工無(wú)縫對(duì)接。

3.2深化設(shè)計(jì)階段BIM技術(shù)應(yīng)用

3.2.1 在深化設(shè)計(jì)階段主要考慮整體結(jié)構(gòu)的建模準(zhǔn)確度，完整性，合理性。重點(diǎn)在于因木梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組成構(gòu)件較多，前期提供資料、施工圖資料不夠完善，通過(guò)建立三維模型進(jìn)行可視化分析，碰撞檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)分析等對(duì)設(shè)計(jì)不合理位置進(jìn)行重點(diǎn)深化。

首先建立tekla三維模型通過(guò)直觀(guān)分析，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)伸縮縫、步道斜坡屋面等位置存在不合理性，重新與設(shè)計(jì)溝通對(duì)相關(guān)節(jié)點(diǎn)二次深化。

通過(guò)軟件進(jìn)行碰撞校核發(fā)現(xiàn)垂直拉桿、鋼拉索錨桿、鎖頭與膠合木梁碰撞等共計(jì)300余處。通過(guò)軟件自動(dòng)對(duì)其碰撞類(lèi)型、對(duì)象名稱(chēng)、對(duì)象ID、構(gòu)件ID，做自動(dòng)排序和區(qū)分，生成碰撞檢測(cè)列表，便于高效調(diào)整優(yōu)化。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)分析，考慮到木梁安裝時(shí)，木梁內(nèi)部鋼立柱與鋼承梁焊接操作空間不足，且后續(xù)還需施工U型梁托，通過(guò)模型直觀(guān)分析，對(duì)木梁節(jié)點(diǎn)重新深化。

3.2.2 為保證賽道屋面截面尺寸、雙曲造型、結(jié)構(gòu)體系受力效果。要對(duì)每根鋼檁條的長(zhǎng)度、彎曲弧度，拉桿長(zhǎng)度，鋼檁條、拉桿耳板與金屬馬鞍件的焊接角度重新放樣，精確定位。

3.2.3為保證構(gòu)件加工排版工作量簡(jiǎn)化和深化設(shè)計(jì)成果的快速準(zhǔn)確輸出，運(yùn)用軟件中編號(hào)功能對(duì)模型構(gòu)件進(jìn)行編號(hào)，很大程度上解決了項(xiàng)目本身結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、組成構(gòu)件多的突出問(wèn)題。達(dá)到了構(gòu)件快速梳理、圖紙和工程量清單輸出簡(jiǎn)潔明了的效果，便于工廠(chǎng)針對(duì)構(gòu)件批量加工，提高效率，縮短了加工周期。

3.2.4應(yīng)用軟件的出圖功能，對(duì)既有模型中的構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)自動(dòng)生成初步的深化圖紙（構(gòu)件的組裝圖及鋼構(gòu)件的加工圖），對(duì)生成圖紙加以校核，力求深化圖紙表達(dá)準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔。在合理的人員安排情況下，通過(guò)軟件出圖功能，一天完成了上千張加工圖紙，大大提高了工作效率。

應(yīng)用軟件出報(bào)告功能，對(duì)已經(jīng)深化確認(rèn)的模型進(jìn)行報(bào)告輸出，通過(guò)軟件報(bào)告模板編輯器，對(duì)木梁木構(gòu)件和鋼構(gòu)件采購(gòu)所需的一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行模板編程，利用創(chuàng)建報(bào)告命令選擇設(shè)置好的材料清單模板進(jìn)行材料清單一建輸出

3.3加工安裝階段BIM技術(shù)應(yīng)用

3.3.1 加工階段采用BIM模型與工廠(chǎng)機(jī)器人加工生產(chǎn)線(xiàn)相結(jié)合的方式，前期建立木構(gòu)件的Rhino模型，通過(guò)GH平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的機(jī)器人控制插件，達(dá)到從后臺(tái)設(shè)計(jì)到機(jī)器人加工指令一鍵生成，有效提升了膠合木梁切割、開(kāi)槽、打孔的工作效率和精準(zhǔn)性，降低成本的同時(shí)也大大提高了生產(chǎn)效率。運(yùn)用三維動(dòng)畫(huà)模型演示進(jìn)行木梁組裝交底培訓(xùn)，提升木梁拼裝的效率和準(zhǔn)確性。

3.3.2采用BIM模型分別提取木梁頂部、端部、尾部等處的三維坐標(biāo)點(diǎn)，應(yīng)用GH軟件，編寫(xiě)坐標(biāo)點(diǎn)輸出程序，生成三維坐標(biāo)列表。在木梁對(duì)應(yīng)位置張貼反光片，全站儀全程監(jiān)測(cè)確保木梁精準(zhǔn)就位，就位后設(shè)置臨時(shí)拉結(jié)支撐，然后進(jìn)行木梁與鋼承梁焊接固定，并時(shí)刻監(jiān)控其位移狀況，大大提升了木梁安裝的施工效率及精度。

4、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)運(yùn)用三維數(shù)字化模型指導(dǎo)異形雙曲賽道遮陽(yáng)棚體系的設(shè)計(jì)、加工及安裝，鋼材和木材原材料在項(xiàng)目完成組裝后做到零剩余。鋼材加工損耗率控制在3%以?xún)?nèi)，木材加工損耗率控制在10%以?xún)?nèi)。上萬(wàn)種構(gòu)件合理組裝，準(zhǔn)確率達(dá)100%，實(shí)現(xiàn)零報(bào)廢。通過(guò)模型可視化分析，比對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況，做到一次性安裝成優(yōu)，現(xiàn)場(chǎng)安裝零返工。三維數(shù)字化模型技術(shù)與異形雙曲賽道遮陽(yáng)棚體系施工無(wú)縫對(duì)接，為這種異形曲面超常規(guī)項(xiàng)目快速、準(zhǔn)確地提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，施工效率大幅提升，施工成本有效控制，施工質(zhì)量、安全得以確保。在項(xiàng)目建設(shè)全生命周期的管控中取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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