BIM技术助力江苏大剧院钢结构施工

基于建立的土建结构模型，引入时间参数，将4D的概念与BIM技术相结合，对施工进度进行模拟，实现了对现场施工进度的实时指导与监控，并提前排除了设计图纸中存在的问题，提高了工作效率。同时更重要的是能利用BIM模型所带来的数字信息指导构件精细化制造、运输、定位和安装。

2.1　BIM实体建模

(1)确立单体建筑的轴网。根据平、立、剖面图初定关键控制点标高及位置，然后定位柱脚、顶环梁与斜柱交点、中心环梁中心点等，再依据斜柱剖面的外轮廓线形拉出实体三维模型和拉梁、环梁等其他构件实体模型，见图6-8。

图6-8　单体结构建模

(2)歌剧厅与音乐厅设计存在相互咬合的方式，建筑外观通过犀牛软件模拟绘出外壳网格罩面并抽取相应斜柱外包线，然后根据建筑外包线采用犀牛软件自身的功能内退400mm，找出钢结构斜柱的外观轮廓控制线，根据软件计算出的截面规格模拟绘出相应的斜柱剖面图，见图6-9。

图6-9　“M”形斜柱剖面图

2.2　复杂节点建模

采用Tekla Structures软件开展钢构件复杂节点深化设计，实现钢构件3D实体建模。在钢构件复杂节点模型的基础上，发现节点连接问题及存在的冲突，并对其进行处理，同时优化节点设计，达到确保构件制作质量的目的。

(1)斜柱支座节点模型建好后，发现斜柱与预埋钢板连接在理论上无法实现（见图6-10、图6-11），设计要求预埋钢板中的A、B、C、D、E、F六点，每点的x、y、z坐标的误差不超过2mm。否则要么斜柱下端G点处与支撑的销轴无法合模，要么斜柱上端与坡口无法精确合拢。基于此，经设计方研究同意将C、D两点的误差放松，保证E、F、A、B四点的精度为2mm，从而确保了施工顺利进行。为了避免斜柱偏心现象发生，采用Tekla Structures软件三维实体建模，快速而有效地解决了这类问题。

(2)交叉斜梁处通过Tekla Structures软件建模发现，构件无法插入坡口焊接，通过设计优化取消斜梁一侧加劲板，并对此处斜柱加强处理，保证了斜柱和交叉梁的焊接质量。

(3)对环梁进行节点深化设计，发现并解决构件间碰撞、安装死角、尺寸错误等问题，逐一加以解决。

2.3　钢结构制作、加工

(1)斜柱的制作加工(www.xing528.com)

斜柱形体呈“L”状，柱肢由下至上单向弯曲，截面渐变，保证弯曲弧度的准确率是制作过程中的重点和难点。数据提取整理、三维实体的消隐与投影以及图形标注是图形绘制的主要内容，利用模型中实体的点线面属性以及记录的关键特征几何点，采用空间消隐算法生成二维图形，最后绘制引注和尺寸标注。

图6-10　斜柱支座预埋钢板示意图

图6-11　斜柱柱脚节点

图6-12　咬合模型碰撞校核

(2)采用BIM模型进行预加工模拟校核

斜柱外形尺寸较大，钢板最大厚度80mm，分段最重重量约40t。由于斜柱大部分焊接坡口均为全熔透焊缝，焊接收缩变形较大，易产生各种变形，造成斜柱截面尺寸发生误差。为了保证斜柱现场安装的精度，利用BIM模型对三维空间结构进行数字化预拼装及碰撞校核，见图6-12。

(3)运用BIM模型放样、套料、加工制作

利用FastCAM套料软件为数控切割提供便捷，精确地下料切割。将已经建立的BIM模型自动生存的加工图导入FastNEST软件套料模块，实现钢板自动套料。

(4)其他

外罩钢结构斜柱是曲线造型，顶环梁外部箱形牛腿及销轴耳板均为空间定位尺寸，精准测量困难较大，尤其在斜柱加工施工中如测量不准造成无法安装。通过BIM模型模拟出斜柱整体结构的造型，提取斜柱的三维实体模型进行模拟复核，使构件的加工制作准确性得到了保证。