BIM技术在异形金属屋面施工的应用

BIM技术在异形金属屋面施工的应用

田厚仓  ,韩金钊 ,张阔

中国建筑第八工程局有限公司，上海市，200000

摘要：BIM技术在建筑施工中的应用越来越广泛，其中在异形屋面、外墙面和室内墙面、顶面装饰造型等方面发挥着重要的作用。BIM技术可以帮助建立设计、加工、制作和安装联动的信息平台，实现一体化流程管理，从而提高施工效率、节省工期。以某项目屋面工程为例，本文详细阐述了BIM技术在异形金属屋面施工中的应用。在保证工程质量的前提下，BIM技术可以有效提高施工效率、节省工期。通过BIM技术，设计师可以在设计阶段进行三维建模，模拟不同方案的效果，并进行优化，从而减少施工中的误差和浪费。

关键词：BIM技术；异形金属屋面；施工应用

1工程概况

某项目总建筑面积约为11万m2，地下面积1.9万m2，地上面积9.4万m2。电竞场馆由1层地下室，4层结构楼层，穹顶及金属屋面组成，最大层高13m，建筑整体最大高度为72.86m。主场馆采用钢框架+钢板剪力墙结构，裙房采用钢框架结构，大跨屋面采用钢桁架，整体呈圆形。项目屋面灵感“比翼双飞”，采用异形金属结构设计，从空中俯视全景，像一只彩蝶飞舞在长江岸边，傲视两岸景物。

2工程重难点

首先，在施工前需要对屋面材料进行规格的多次划分和布置，并且需要重点把控材料的质量，以确保屋面的质量要求得到满足。这个项目被分为了A、B两个区域进行施工，不同的区域涉及到了多个专业的交叉作业，因此协调难度非常大。需要各个施工团队之间进行密切的沟通和协作，以确保工程进度的顺利推进。此外，施工过程中还面临着工期紧张的问题。钢桁架结构的复杂性也给施工带来了很大的挑战。施工需要进行精确的测量和前置工序的复核，以保证钢桁架的精度，确保施工质量，同时也是施工过程中保证安全的一项重要工作。

3BIM技术在异形金属屋面施工的应用

3.1构建三维模型

金属屋面的制作过程需要通过构件预制加工的方式完成。这种方法可以减少现场加工和安装的时间，同时可以更好地控制质量和成本。在制作过程中，需要使用Rhino和Tekla软件建立一个三维模型，并扫描现场情况进行调整。这样可以确保屋面的精确度和完美度。整合屋面主体钢结构模型和造型模型是非常重要的一步。这可以帮助设计师提前查找问题并优化设计方案。通过这种方式，可以确保屋面的结构和造型都完美无缺，同时也能够提高整个项目的效率和质量。该金属屋面为波浪型异形曲面造型，分成38块跨间板，每块均为铝单板。每8,000mm设有一道不锈钢水沟及装饰线条。这种造型可以为整个建筑增添一定的美感和艺术气息，同时也能够提高建筑的视觉效果和品质。

3.2屋面板设计优化

在建筑设计和施工中，节约材料和降低成本一直是重要的考虑因素。在这方面，一种新的方法被用于一个节点主体的钢结构梁到装饰线条的尺寸和屋面的走势的设计中。这种方法的核心是对每块跨间板进行重新分割，以减少面板板块规格，减少加工特殊尺寸对原材料造成的损耗。具体地说，这种方法首先确定装饰线条及不锈钢水沟的位置，然后根据这个位置对每块跨间板进行重新分割。这样，在跨间板及玻璃天窗的设计中，同一块跨间板内的规格铝板及玻璃尺寸相同，方便加工与安装，且使每块铝板及玻璃均对缝，提高精度及美观效果。为了进一步提高效率，这种方法还使用了Rhino软件，对划分好的跨间板内的规格铝板及玻璃进行排版、编号，提取其尺寸数据，导出深化设计图纸及材料清单，并移交加工厂，进行参数化预制加工。这种方法有效降低加工成本和加工周期，实现了建筑设计和施工中的节约材料和降低成本的目标。

3.3三维空间定位

首先，三维模型可以提取理论三维空间坐标，对现场主体结构偏差进行复核。这意味着，通过三维模型，可以对实际建筑结构进行对比，判断是否存在误差，并及时进行调整。在建筑结构中，钢支座是常见的构件，而三维模型可以根据偏差调整理论模型，重新提取钢支座控制点的空间坐标，定位钢支座位置，辅助构件安装。其次，三维模型可以在主体钢结构横梁定位钢支座，并根据屋面纵横向分割示意图，沿屋面纵、横向设置主、次檩条，通过钢支座调整铝板和玻璃在同一造型线条面上。这意味着，三维模型可以帮助建筑师更好地规划建筑结构，确保各个部分的协调性和一致性。最后，每一层结构整体安装完成后，需要考虑钢结构自身应力、温度等影响造成的形变，进行抽检、复核，再对其上部结构进行调整，保证构件安装精度。三维模型通过提取理论三维空间坐标，可以检查结构是否符合要求，从而及时发现问题，进行调整。

3.4檩条及檐口铝板优化下料

在屋面建造过程中，檩条是一种重要的建筑材料，它主要用于支撑屋面，并起到受力传导的作用。檩条的设置应该沿着屋面的造型纵向和横向双向布置，这需要大量的檩条，并且跨度也比较大。在檩条的制作过程中，分割尺寸是一个非常关键的问题。因为檩条需要连接在一起，并且还需要进行防水处理。因此，在分割尺寸时需要特别注意这些方面。为了提高檩条的生产效率和降低成本，我们需要优化分割方案。这样可以平衡加工周期和成本经济性与合理性之间的关系，从而使生产更加高效和经济。除了檩条之外，檐口铝板也是建造屋顶的重要材料之一。在铝板的制作过程中，轴线分割非常关键，因为这可以确保展开板与实际尺寸相符。通过使用Squish展平技术，可以更好地完成这项工作。

3.5屋面安装

3.5.1屋面支座安装

本项目主体是一座钢结构建筑，其造型非常复杂，高低不平，同时还存在钢桁架微小偏差的问题。钢结构的复杂造型和不平整的表面会给施工带来很大的难度，因此需要采用一些先进的技术手段来确保施工准确性和平整度。为了解决这个问题，施工方使用了支座标高控制装置来调整标高准确性和平整度。该装置能够自动调整支座的高度，以保证每个支座的高度都能够完全符合设计要求，从而确保钢结构的整体平整度和稳定性。

3.5.2预拼装

首先，建立拼装完成的结构构件模型，模拟连接后的效果，可以帮助我们分析预拼接施工方法的有效性和问题。在模拟时，需要考虑到构件之间的连接方式、受力情况等因素，以确保预拼接施工方法的可行性。通过模拟，可以及时发现并解决问题，降低后续施工的风险。其次，制作木模板来模拟支座与主檩条的收口节点和折线形收口形式，可以确保实际操作的可行性。木模板制作时需要考虑到实际施工的情况，模拟出最合适的收口形式，以确保预制构件的质量和稳定性。制作木模板的过程也可以帮助我们更好地理解预拼接施工方法的原理和操作流程。然后，加工完成的檩条及支座，在施工空地上按照图纸进行安装连接。在安装连接的过程中，需要按照预拼接施工方法的要求进行操作，确保每个构件都能够正确地连接在一起。同时，在安装过程中还需要注意施工现场的环境和安全问题，确保施工过程中不会发生意外事故。

3.6屋面防水

首先，无穿透式螺钉外露安装特性和反毛细凹槽挡水性能是必要的。这些特性可以使屋面板在安装过程中达到有效的防水效果，避免水分进入屋内。其次，屋面板的制作及安装精度也很关键。采用先进的压型机及锁边机可以确保屋面板的制作精度，从而保证安装后的屋面板具有较高的防水性能。此外，利用可焊接性能进行铝焊焊接，可以形成密闭整体，进一步提高防水效果。除了上述特性，考虑热胀冷缩性能也是必要的。在屋面板的制作及安装过程中，需要预留足够的伸缩尺寸，并设置堵头等措施，以保证板头和天沟边缘的防水。这样可以避免因温度变化而导致的屋面漏水问题。最后，屋面收边防水也是重要的一部分。包括屋脊、山墙及与天窗交接处等，施工过程中必须严格控制伸缩余量、焊接质量及稳固性等，以确保屋面收边具有良好的防水效果。

结论

屋面工程特殊的波浪型异形曲面造型，结合BIM应用技术取得了令业主满意的工程效果。建立的BIM模型对项目进行深化设计和提前模拟施工技术，极大程度避免施工中各项质量问题和钢结构变形影响，有效节约成本，提高施工质量。本工程可为BIM技术在异形金属屋面的施工应用提供施工经验。

参考文献：

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