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鋼結(jié)構(gòu) | BIM助力攻關(guān)全球最大雙螺旋鋼結(jié)構(gòu)

廣東建筑工業(yè)化展     2018-01-12     914

 

▲圖1 梅溪湖城市島


梅溪湖城市島總用地面積約為2萬平方米,呈長方形,為地面平整的人工島嶼,由1座雙螺旋體景觀構(gòu)筑物、1座服務(wù)中心及屋頂觀景平臺、1座人行天橋、1座入島橋和室外廣場組成,涵括高檔住宅、超五星級酒店、5A級寫字樓、酒店式公寓、文化藝術(shù)中心、科技創(chuàng)新中心等眾多頂級業(yè)態(tài),城市島定位為公共開敞空間。

 

圖2 梅溪湖城市島項目概念圖


梅溪湖城市島實現(xiàn)整個環(huán)道的順利對接合龍,島上的標(biāo)志性構(gòu)筑物雙螺旋觀景平臺,高約34米、直徑約80米,兩條相互環(huán)繞螺旋上升的步道采用三角支撐架結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑物曲線通道,象征著城市的發(fā)展與自然環(huán)境相融合,成為生態(tài)之城和繁榮之城。


雙螺旋觀景平臺主要是由空間雙曲彎扭構(gòu)件組成,兩條螺旋形的曲線通道采用三角支撐架結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑物曲線通道,連接著一列密集的柱廊。項目包含由6米寬坡道構(gòu)成的人行通道,螺旋通往約30米的高處,站在螺旋的頂端,人們能欣賞到梅溪湖以及周邊共約40公頃的規(guī)劃新區(qū)全景風(fēng)貌。與螺旋形景觀構(gòu)筑物相連處,往西延伸有約800米長的人行天橋,橋墩為變截面混凝土斜柱結(jié)構(gòu),橋跨結(jié)構(gòu)為倒三角形立體桁架和倒三角形立體桁架加單榀索拱結(jié)構(gòu)。服務(wù)中心及屋頂觀景平臺為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),入島橋為長約22米的多跨梁板結(jié)構(gòu)。


圖3 人行天橋


圖4 入島橋


圖5 服務(wù)中心


項目難點


梅溪湖城市島項目鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計上形式獨特,結(jié)構(gòu)新穎,且對拼裝精度控制、安裝精度控制以及安裝過程監(jiān)測精度要求高,特別是結(jié)構(gòu)的地面拼裝、安裝精度。如何將空間三維結(jié)構(gòu)安裝到設(shè)計的空間位置,控制過程極為復(fù)雜,是該項目的測量重難點之一。


此外,鋼結(jié)構(gòu)測量控制網(wǎng)是整個測量工作得以開展的基礎(chǔ)。該項目施工范圍廣,施工測量控制區(qū)域大、面廣,施工過程中整體平面布局變化較大。施工控制網(wǎng)布設(shè)的合理性、測量控制點的建立與維護(hù),直接影響整個測量施工的成果。而且該項目主體為純鋼結(jié)構(gòu)建筑,總用鋼量約7000 噸,為目前世界上最大的雙螺旋鋼結(jié)構(gòu)建筑。


其復(fù)雜奇異的造型主要是由330 塊大小、形狀完全不同的環(huán)道單元 和32根斜柱構(gòu)成,這給項目施工帶來很大難度,對施工精度控制非常高,要求施工過程中反復(fù)調(diào)驗、監(jiān)測。同時,該項目結(jié)構(gòu)復(fù)雜,構(gòu)件數(shù)目多且比較大,如何消除構(gòu)件在吊裝過程中因自重產(chǎn)生的變形、因溫差造成的縮脹變形、因焊接產(chǎn)生收縮變形等造成的誤差累積,也是鋼結(jié)構(gòu)施工測量需重點考慮的問題。


圖6 梅溪湖城市島項目圖

 

解決方案

 

圖7 梅溪湖BIM 整合模型


一、BIM與全站儀校核的集成


基于BIM的異型鋼結(jié)構(gòu)放樣主要分為三個步驟,即在模型中導(dǎo)出點位數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)導(dǎo)入至儀器和現(xiàn)場測量校核。其中在模型中導(dǎo)出點位數(shù)據(jù)與BIM 技術(shù)的關(guān)聯(lián)較為密切,湖南建工嘗試?yán)肁utodesk PointLayout 在BIM 模型中布置控制點及需校核的點位,輸出為.txt 的格式,直接導(dǎo)入儀器中,經(jīng)過評估發(fā)現(xiàn)該方法既可以保障校核點位的準(zhǔn)確性,又可以減少人工輸入數(shù)據(jù)的偶然誤差,保證校核數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性。該項目鋼結(jié)構(gòu)屬于大截面空間彎扭結(jié)構(gòu),結(jié)合項目異型鋼結(jié)構(gòu)的安裝流程,對其復(fù)核的重點為:


圖8 梅溪湖城市島項目復(fù)核重點


二、BIM+測繪施工


為提高工作效率,保障工程進(jìn)度,在該項目采用基于BIM模型TOPCON LN-100自動放樣機(jī)器人,對海量點位數(shù)據(jù)進(jìn)行放樣及校核?;贐IM的空間放樣定位目前在國內(nèi)應(yīng)用較少,且軟件操作流程不夠完善。首次完成了基于BIM TOPCON LN-100放樣軟件流程的探索,基于BIM的異型鋼結(jié)構(gòu)放樣主要分為三個步驟,即布設(shè)控制網(wǎng)、設(shè)置放樣點位和現(xiàn)場測量放樣。


嘗試并完成了基于AutodeskBIM 360 和TOPCON LN-100放樣流程探索, 在Revit 模型中設(shè)置的放樣點信息,通過BIM 360 上傳至云端,并同步到Glue及Layout中,在施工現(xiàn)場只需登錄IPAD中的Autodesk BIM 360 Layout下載模型及放樣點信息,連接測繪儀器TOPCONLN-100便可進(jìn)行現(xiàn)場測繪。


▲圖9 Autodesk BIM 360 Glue 界面1


圖10 Autodesk BIM 360 Glue 界面2


圖11 Autodesk BIM 360 Glue 界面3


三、現(xiàn)場拼裝及焊接


環(huán)道單元拼裝之前,根據(jù)深化設(shè)計圖所給的各點坐標(biāo),對構(gòu)件進(jìn)行放樣取點。在拼裝過程中對需拼裝構(gòu)件坐標(biāo)點一一吻合,以完成拼裝。由于運(yùn)輸或自身重量而產(chǎn)生變形的構(gòu)件,對于發(fā)生偏移的部位可利用千斤頂進(jìn)行校正。


圖12 環(huán)道單元三維視圖-1

圖13 環(huán)道單元三維視圖-2


鋼結(jié)構(gòu)斜立柱吊裝前提前放樣,根據(jù)構(gòu)件中心設(shè)置吊耳,安裝前搭設(shè)好操作平臺。吊裝就位后,及時將鋼柱對接處焊接臨時連接板進(jìn)行固定,兩端同時拉設(shè)纜風(fēng)繩,保證鋼柱穩(wěn)定性,同時可利用調(diào)節(jié)倒鏈微調(diào)斜立柱安裝段的安裝精度,鋼柱內(nèi)部加勁通過在斜立柱上開設(shè)焊接手孔進(jìn)行焊接。環(huán)道在地面拼裝完成后,掛設(shè)好操作平臺,隨環(huán)道一起吊裝就位。環(huán)道焊接使用陶瓷襯墊,環(huán)道上表面外包鋼板開設(shè)人孔,方便施工人員進(jìn)入環(huán)道內(nèi)部進(jìn)行焊接。


圖14 螺旋體


位置建立計算機(jī)實體模型,建立拼裝胎架三維模型,定好拼裝單元節(jié)點坐標(biāo)后,湖南建工嘗試使用Autodesk BIM 360 Layout設(shè)置其余各胎架支撐部位空間點位,并導(dǎo)出各空間點位的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù),根據(jù)模型1:1放樣設(shè)置仿形拼裝胎架,采用平臥拼裝方法。


結(jié)構(gòu)面的拼裝主要檢查各構(gòu)件的相對位置、桿件角度、接口尺寸和接縫、空間坐標(biāo)、測量控制點設(shè)置等關(guān)鍵控制指標(biāo)是否符合設(shè)計,為安裝提供準(zhǔn)確的定位信息,確保安裝精度。通過對構(gòu)件的拼裝,及時掌握構(gòu)件的制作裝配精度,保證現(xiàn)場安裝精度,對某些超標(biāo)項目進(jìn)行調(diào)整,并分析產(chǎn)生原因,在以后的加工過程中及時加以控制。確定拼裝準(zhǔn)確無誤后,對每個拼裝接頭處做好安裝標(biāo)記。


圖15 三角鋼桁架地面拼裝


在梅溪湖城市島項目施工現(xiàn)場,嘗試使用Autodesk 軟件與Topcon硬件的結(jié)合,并總結(jié)了一套軟硬件無縫對接的操作流程,首先在Autodesk Revit 模型中設(shè)置現(xiàn)場需放樣的坐標(biāo)點(平面定位、高程數(shù)據(jù))及現(xiàn)場坐標(biāo)控制點,將建立好的Autodesk Revit 模型導(dǎo)入AutodeskBIM 360 Glue 中,現(xiàn)場使用人員將安裝有Autodesk BIM 360 Layout 應(yīng)用程序的iPad平板電腦利用WiFi與Topcon LN-100 連接上,打開Autodesk BIM 360 Layout 程序,選定、瀏覽設(shè)計好的Autodesk Revit 模型,選定控制點完成測站設(shè)置,從列表里篩選、選擇要放樣的點位。經(jīng)過評估發(fā)現(xiàn),Autodesk BIM 360 Layout 軟件能夠智能實時顯示LN-100儀器的仿真模型及其處于整個BIM 3D模型空間中的實際位置,非常方便和直觀。最后,現(xiàn)場人員根據(jù)Autodesk BIM 360Layout 軟件中實時顯示并提示所處BIM 3D模型的位置及偏移量數(shù)據(jù),伴隨著聲音和振動等提示精確定位控制點和放樣點。


嘗試使用Autodesk BIM 360 Layout 軟件搭配TOPCON LN-100三維放樣機(jī)器人,簡化施工現(xiàn)場精確定位BIM坐標(biāo)的過程、將BIM模型的設(shè)計意圖與真實世界鏈接、實現(xiàn)了工程數(shù)據(jù)從設(shè)計到施工的無縫對接。


圖16 iPad界面圖

 

項目亮點

 

一、螺旋體及人行天橋結(jié)構(gòu)測量原則

 

1、嚴(yán)格遵守專業(yè)課題申領(lǐng)制度中基于BIM 的施工測繪精密化應(yīng)用的相關(guān)要求。

2、基于Autodesk Revit 模型嚴(yán)格執(zhí)行測量規(guī)范,遵守先整體后局部的工作流程,先確定平面控制網(wǎng),后以控制網(wǎng)為依據(jù),進(jìn)行各局部軸線的定位放線。

3、嚴(yán)格審核Autodesk Revit 模型的準(zhǔn)確性,堅持測量放線與Autodesk Revit 模型同步校核的工作方法。

 

二、精確測量+全面復(fù)核

 

合理布置測量控制網(wǎng),保證各控制點間同時閉合良好;根據(jù)首級控制網(wǎng)布設(shè)二級控制網(wǎng),復(fù)測后布設(shè)三級平面控制網(wǎng);分不同施工階段調(diào)整控制網(wǎng),保證各施工階段測量控制網(wǎng)精確、有效;施工過程中做好控制點的標(biāo)識與保護(hù),定期地對控制點進(jìn)行復(fù)測。


將自動照準(zhǔn)全站儀架設(shè)到視野開闊、平整且能夠便于大面積觀測的平面上(三級控制點)。螺旋體內(nèi)環(huán)道吊裝就位經(jīng)過采取臨時措施進(jìn)行固定后,逐一復(fù)核各復(fù)核點,本工程采用自動照準(zhǔn)全站儀的免棱鏡功能及配合常規(guī)棱鏡兩種方法進(jìn)行復(fù)核。


在普通測量基礎(chǔ)上,以Autodesk Revit 模型為基礎(chǔ),投入TOPCON LN-100三維放樣機(jī)器人對施工過程中各重要過程進(jìn)行監(jiān)控與復(fù)測,著重控制拼裝過程中節(jié)點相對位置精度,保證桁架的地面拼裝精度;同時,計算桁架預(yù)拱值,在桁架拼裝上提前考慮變形情況,在高空安裝時實現(xiàn)整體精度控制。選擇合理的施工吊裝順序;根據(jù)擬定的施工方案、分段及施工順序做好計算機(jī)施工仿真分析,按照分析結(jié)果對桁架桿件做預(yù)起拱;做好安裝后(焊前)結(jié)構(gòu)測量,根據(jù)測量數(shù)據(jù)編制合理焊接作業(yè)指導(dǎo)書,通過調(diào)整焊接順序控制焊接收縮變形引起的誤差;選擇合理的結(jié)構(gòu)合攏點及合攏時間。


圖17 測繪現(xiàn)場照片


圖18 施工現(xiàn)場照片

 

項目心得

 

一、BIM與自動測量機(jī)器人集成應(yīng)用的核心價值

 

目前, BIM與自動測量機(jī)器人集成應(yīng)用包括基礎(chǔ)工作、土建復(fù)核、施工測量、放樣驗收4個階段。并具有如下三點核心價值:


1.將現(xiàn)場測繪得到的實際建造結(jié)構(gòu)信息與模型匯總的數(shù)據(jù)對比,核對現(xiàn)場與模型之間的偏差,為機(jī)電、精裝、幕墻等專業(yè)的深化設(shè)計提供依據(jù)。


2.結(jié)合施工現(xiàn)場軸線網(wǎng)、控制點及標(biāo)高控制線,將設(shè)計成果高效快速的標(biāo)定到施工現(xiàn)場,實現(xiàn)精確的施工放樣,為施工員提供更加準(zhǔn)確、直觀的施工指導(dǎo),提高測量放樣效率。


3.在施工完成后,對現(xiàn)場實物進(jìn)行實測實量,通過將實測數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行對比來檢測施工質(zhì)量是否符合要求,保證工程施工質(zhì)量。

 

二、BIM與自動測量機(jī)器人集成應(yīng)用研究攻關(guān)方向

 

BIM與自動測量機(jī)器人集成應(yīng)用的研究攻關(guān)方向?qū)@以上三點核心價值開展工作,從基礎(chǔ)的Autodesk Revit 建模開始,至施工現(xiàn)場進(jìn)行自動放樣實際操作,再升華至現(xiàn)場測繪得到的實際建造結(jié)構(gòu)信息與模型匯總的數(shù)據(jù)對比,系統(tǒng)的研究軟硬件的兼容性、放樣精度分析(實測實量)、多專業(yè)數(shù)據(jù)共享、提高測量放樣效率等方面。配備國內(nèi)先進(jìn)的TOPCON LN100 測量機(jī)器人,與BIM模型結(jié)合,對鋼結(jié)構(gòu)空間精密放樣定位、異形結(jié)構(gòu)校核等測繪領(lǐng)域進(jìn)行攻關(guān),確保施工精度,提高測量工作效率,嘗試完善測繪體系。

 

項目總結(jié)

 

該項目造型特異、鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工精度要求高、工期短,傳統(tǒng)的測量放樣方法面臨許多難以解決的問題。為了解決上述測量放樣問題,湖南建工BIM中心決定嘗試在本工程使用TOPCONLN-100三維放樣機(jī)器人以保障項目生產(chǎn),并著重對基于BIM 的異型鋼構(gòu)精密化測繪進(jìn)行攻關(guān)。此次嘗試不僅提高了異型鋼結(jié)構(gòu)整體施工效率,同時加強(qiáng)了深化設(shè)計與現(xiàn)場施工的連接,能夠在鋼結(jié)構(gòu)施工前提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計錯誤,避免返工。而且基于BIM的智能型全站儀測量放樣,相對于傳統(tǒng)放樣方法人員投入3-4人也要少一倍,只需1-2人即可,放樣速度在200-250 點位/工作日,節(jié)省測量人員1-2人,總體人工50%左右,節(jié)省工期20%以上。


該項目嘗試結(jié)合BIM技術(shù),測量放樣及自動測量儀器在本工程測量、放樣、校準(zhǔn)方面的應(yīng)用主要目標(biāo)有以下三個方面:


1.確保施工質(zhì)量

預(yù)計將所有點的測繪精度從厘米級縮小至毫米級,為施工環(huán)節(jié)的精度實施提供保障。


2.保障施工進(jìn)度

加強(qiáng)深化設(shè)計與現(xiàn)場施工的連接,減少施工錯誤與返工,保障施工工期進(jìn)度。


3.節(jié)約施工成本

高效、精準(zhǔn)的施工作業(yè),節(jié)省測量、放樣階段的人員及時間投入,節(jié)約成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。


圖19 施工現(xiàn)場航拍圖


梅溪湖城市島項目基于三維幾何數(shù)據(jù)模型,嘗試集成了建筑設(shè)施其他相關(guān)物理信息、功能要求和性能要求等參數(shù)化信息,并通過開放式標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)信息的互用?;贐IM的3D激光測量定位系統(tǒng),通過使用BIM模型進(jìn)行定位放樣,采集實際建造數(shù)據(jù)更新BIM模型,采用實際建造數(shù)據(jù)與BIM模型對比分析進(jìn)行施工驗收,把BIM模型帶入施工現(xiàn)場。


基于BIM 的TOPCON LN-100放樣機(jī)器人應(yīng)用為梅溪湖城市島項目生產(chǎn)保駕護(hù)航的同時,也積累了先進(jìn)測繪儀器應(yīng)用經(jīng)驗。

來源:BIM技術(shù)網(wǎng)

 

組委會聯(lián)系方式 

項目一組

盧毅                                        殷鋒  

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手機(jī):137 1143 0398        手機(jī):185 6528 2359    

Q  Q:323201814               Q  Q:1684672007 

 

江彩霞                               黃祺

座機(jī):020-62139617      座機(jī):020-62139602

手機(jī):159 1574 4203      手機(jī):138 2547 5605

Q  Q:3197096891          Q Q: 2724397436

 

項目二組 

李健銘                              梁建林  

座機(jī):020-61198891     座機(jī):020-62139604

手機(jī):158 1708 8364    手機(jī):155 2139 4660

Q  Q:3544579318        Q  Q:516165433


項國澳

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