采用BIM對三種桁架式溫室建模的對比分析

魏存興

摘要：為研究適合大慶農(nóng)戶建造且具有較高性價比的大棚，使用BIM Revit對塑料大棚、傳統(tǒng)日光溫室和純鋼結(jié)構(gòu)日光溫室進行三維建模，并對三種溫室結(jié)構(gòu)的五榀桁架進行用料計算分析，進而算出造價，綜合各種因素對大棚的性價比及使用率進行對比分析，求得相對來說適合大慶及周邊地區(qū)農(nóng)戶建造的溫室。結(jié)果表明：溫室的利用率和成本為農(nóng)戶建造前最看重的兩個因素。相似尺寸的對比之下，塑料大棚是三種大棚中用料最少、造價最低的;但其利用率遠不及傳統(tǒng)日光溫室和純鋼結(jié)構(gòu)日光溫室，只能實現(xiàn)一年一茬的種植任務。傳統(tǒng)日光溫室能夠?qū)崿F(xiàn)一年多茬的種植任務，但整體的用料多，造價高。純鋼結(jié)構(gòu)日光溫室作為近年來新興的棚型，種植閑置期短，造價較低，可以為農(nóng)戶更好地創(chuàng)收及作為適合推廣的棚室結(jié)構(gòu)在大慶地區(qū)廣泛使用。

關(guān)鍵詞：BIM ; REVIT ; 溫室

1前言

目前我國對溫室的設計沒有統(tǒng)一標準，除2017年住建部頒布的“農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB/T51183-2016）”外，幾乎沒有設計依據(jù)可循。在設計軟件方面更是沒有像房屋設計通用的PKPM設計軟件可用，繪圖一般常用Auto CAD繪圖軟件[1]。

BIM是Building Information Model即“建筑信息模型”的簡稱，BIM技術(shù)是建筑行業(yè)與信息融合的“革命性”技術(shù)，BIM技術(shù)的應用改變了傳統(tǒng)的手工繪圖和常見的Auto CAD繪圖，可以對現(xiàn)有的進度和施工方案進行模擬演示，并且可以通過BIM的碰撞沖突發(fā)現(xiàn)施工過程中遇到的問題，這對于傳統(tǒng)的施工方法有著十分重要的影響，有效的提升了施工的質(zhì)量和施工效率[3]。

Revit作為BIM中一款功能強大的結(jié)構(gòu)建模軟件，構(gòu)建的模型中包含了建筑物的物理和功能特性信息。本文嘗試采用Revit軟件對大慶市已有的三種溫室結(jié)構(gòu)包括塑料大棚、傳統(tǒng)日光溫室及純鋼結(jié)構(gòu)日光溫室進行了三維建模，并利用Revit 軟件的功能比較了三種溫室的材料用量，為溫室結(jié)構(gòu)建模及分析提供基礎及素材。

2 采用BIM對三種溫室建模

2.1 塑料大棚建模

本文擬建模的塑料大棚位于黑龍江省大慶市高新區(qū)黑龍江八一農(nóng)墾大學校園內(nèi)（125.17E，46.59 N）。該塑料大棚主要用于春季校內(nèi)綠化育秧。塑料大棚俗稱“冷棚”，內(nèi)部無保溫設施，冬季不可用。

采用Revit建模得到的塑料大棚5榀骨架三維視圖如圖1所示，骨架采用焊接桁架式，俗稱“花梁”。大棚總長度為100m，骨架間距1m。由于骨架完全相同，為簡化起見，本文建模采用建立5榀骨架的塑料大棚模型。大棚縱向由9根系桿連接，棚內(nèi)每3.0 m設1根立柱，用以提高大棚豎向承載力及抵抗變形能力并穩(wěn)定性。骨架基礎采用C30混凝土墩埋入地下0.5m左右。大棚入口在山墻一側(cè)，如圖中交叉鋼管所示。

2.2傳統(tǒng)日光溫室建模

本文擬建模的傳統(tǒng)日光溫室位于黑龍江省大慶市龍鳳濕地附近的育祿農(nóng)業(yè)科技有限公司所屬的上蒼采摘園內(nèi)（125.17E，46.51N）。該日光溫室內(nèi)種植黃瓜、草莓、葡萄及葉菜，由于溫室保溫性能好，因此可實現(xiàn)一年四季不間斷生產(chǎn)。

采用Revit建模的傳統(tǒng)日光溫室5榀骨架三維視圖如圖2所示。骨架同樣采用焊接桁架式，溫室后墻采用高度為3米帶有保溫層的混凝土砌塊。溫室總長度為100m，骨架間距1m，其溫室縱向由5根系桿連接，棚內(nèi)每12m設1根圓形鋼管立柱和1根斜向矩形鋼管。傳統(tǒng)日光溫室的基礎為埋入在地下的混凝土墩。溫室入口在山墻一側(cè)，如圖中交叉鋼管所示。

2.3純鋼結(jié)構(gòu)日光溫室建模

本文擬建模的純鋼結(jié)構(gòu)日光溫室位于黑龍江省大慶市林甸縣（124.87E，47.18 N）黑龍江八一農(nóng)墾大學設施示范基地內(nèi)。該溫室在當?shù)乇环Q為“三月溫室”，溫室內(nèi)主要種植：番茄和白菜?？梢詫崿F(xiàn)一年兩茬種植。本純鋼結(jié)構(gòu)溫室介于塑料大棚和傳統(tǒng)日光溫室之間，溫室外形與傳統(tǒng)日光溫室相同，但其北向也是鋼結(jié)構(gòu)，無北向墻體。為達到保溫效果，在溫室北向剛結(jié)構(gòu)上覆蓋草簾和黑色塑料布。

采用Revit建模得到的純鋼結(jié)構(gòu)日光溫室5榀骨架三維視圖如圖3所示，骨架仍為焊接桁架式。溫室總長度為100m，骨架間距1m。溫室總長度為100m，骨架間距1m。溫室縱向由6根系桿連接，棚內(nèi)右上角布有相互垂直的兩根斜桿，以提高大棚的穩(wěn)定性。溫室基礎為埋入地下0.2m的混凝土墩。本溫室入口未設置在山墻一側(cè)，而是設在南側(cè)第一跨，如圖中交叉鋼管所示。

3 基于BIM的三種溫室經(jīng)濟性分析

按照鋼管和鋼筋的時價為6000元/噸（換算單位為6元/千克）計算，按照混凝土砌塊210元/立方米的時價進行計算。

3.1五榀塑料大棚

利用Revit得出五榀塑料大棚骨架總用鋼量為：

整體造價為：

3.2五榀傳統(tǒng)日光溫室

利用Revit得出五榀傳統(tǒng)日光溫室骨架總用鋼量：。按照每立方米需使用42塊混凝土砌塊計算，該溫室的混凝土砌塊用量：塊，砌塊墻外保溫層苯板用量：

3.3五榀純鋼結(jié)構(gòu)日光溫室

4 結(jié)論

三種溫室對比可得，塑料大棚的用料最少，造價最低;傳統(tǒng)日光溫室所用的造價最高;純鋼結(jié)構(gòu)日光溫室所相較日光溫室而言，缺少混凝土砌塊墻，整體造價低于傳統(tǒng)日光溫室但略高于塑料大。在實地調(diào)研中，得知塑料大棚每年只能實現(xiàn)一次種植任務，而純鋼結(jié)構(gòu)日光溫室和傳統(tǒng)日光溫室每年可以完成多茬的種植任務，從溫室的使用情況來看，純鋼結(jié)構(gòu)日光溫室和傳統(tǒng)日光溫室的閑置期更短，使用率也明顯高于塑料大棚。綜合性價比和使用率兩種因素，純鋼結(jié)構(gòu)日光溫室的使用價值更高，產(chǎn)投比也較好。相信經(jīng)過幾年的生產(chǎn)實踐和推廣，純鋼結(jié)構(gòu)日光溫室可以作為塑料大棚和傳統(tǒng)日光溫室的替代棚型，其應用對提高黑龍江省大慶市的蔬菜產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)具有一定的積極作用，是更值得在大慶地區(qū)推廣使用的溫室結(jié)構(gòu)。

參考文獻：

[1]朱雄偉.日光溫室屋面結(jié)構(gòu)優(yōu)化及基于BIM建筑表現(xiàn)研究[D].西北農(nóng)林科技大學，2020.

[2]楊絲云，王旋，胡玨，蔣森林.基于BIM的建筑運營系統(tǒng)設計與實施研究[J].科技創(chuàng)新與應用，2021（11）：9-16.

[3]李力怡，楊錦，楊燕.BIM技術(shù)在建筑設備管道施工中的應用[J].四川水泥，2021（07）：89-90.

[4]張陸杰.BIM技術(shù)在大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工管理中的應用分析[J].綠色環(huán)保建材，2018（01）：133+135.

[5] 李笑天.基于ANSYS的日光溫室桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D].沈陽農(nóng)業(yè)大學，2020.