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1引言
劲性混凝土是由钢筋混凝土包裹型钢而成。近年来，劲性混凝土在建筑结构中使用越来越广泛，劲性混凝土的使用可以加快工程进度，缩短工期[1]。但劲性混凝土施工中，容易产生钢骨与钢骨、钢骨与钢筋、钢筋与钢筋碰撞等一系列技术问题。为了更好深化劲性混凝土节点，避免不同构件之间冲突，本文探索通过运用BIM技术建模，将点云数据与模型进行比对，从而有效地解决上述碰撞问题[2]。
2工程概况
中国水利水电科学研究院大型土工离心机升级改造及试验研究平台工程，包括离心机实验用房及辅助用房，项目位于北京市延庆区八达岭经济开发区康庄镇中国水利水电科学研究院延庆实验基地内。其中，大型离心机和高速离心机主机安装在地下1层，地下2层为离心机设备间，安装驱动电机、润滑系统。主机室北侧单独地下室试验所需水、气、电供给系统设备间等。地上南侧局部3层，布置各类试验室等。该试验室建筑布局为南北宽28.54m，东西长65.14m，基底面积1875.68m2，总建筑面积为6626m2，如图1所示。
3工程难点分析
离心机基础结构中，型钢体量非常大，钢筋分布密集，型钢柱、型钢梁与钢筋的交汇点众多，如图2所示。这是本项目的施工重难点，施工中存在以下困难：1）劲性混凝土中，型钢柱、型钢梁与钢筋的相交点多，型钢与型钢周主筋、箍筋的关系，型钢柱与型钢梁之间连接的关系，钢柱与通过钢柱的水平梁钢筋、墙体水平筋的关系成为处理的重点。2）混凝土框架柱及混凝土剪力墙暗柱中加入型钢柱，比常规钢筋绑扎、模板支设等施工工艺增加了很大的施工难度。本工程为圆弧墙内加入型钢柱，型钢梁无法与型钢柱连接，施工中要求确保型钢柱的施工精确度，否则，会造成诸如钢柱偏位、型钢梁无法与型钢柱连接等问题，导致返工，严重影响施工质量和进度。
4BIM模型建立
4.1BIM技术概述
BIM技术从项目全过程出发，通过建模，实现三维数字化，广泛用于设计、施工和管理等，有利于节约成本，缩短施工周期，提高工程质量等。与传统的二维图纸相比，BIM建模后空间结构、材料用量等更为直观。在本项目中，建立三维BIM模型，对设计图纸进行直观、高效的审核，论证施工方案，针对离心机结构、预埋件、型钢梁等重难点施工部位做可视化模拟和分析。结合现场采集到的点云数据与模型对比，确保整个工程与设计标准一致，顺利完成。
4.2建立BIM模型结合BIM建模软件特点和本项目结构特点，采用AutodeskRevit进行劲性混凝土结构三维数字化建模，根据设计图纸中的结构位置、尺寸和强度等信息，绘制出劲性混凝土结构构件。采用TeklaStructures软件进行钢结构三维数字化建模，根据设计图纸中的信息进行钢结构和钢骨架建模，深化加劲肋、加劲板、钢筋搭接板等钢结构构件。对钢筋与预埋构件、型钢梁之间的尺寸和位置进行分析，在相互交叉部位避免发生碰撞冲突，优化设计图纸和方案。在软件中导出CAD格式图纸，用于施工，使BIM技术真正融入设计和施工的全过程[3]。
4.3模型调整将建立好的模型相互链接，做好建筑空间与功能的核对检查，记录好出现的问题，反馈给业主单位。由业主单位召集设计单位和施工单位展开讨论，结合实际情况提出改进方案，形成图纸会审文件或者设计变更文件。根据变更后的图纸文件，调整模型。经过调整后，使各专业间能够更好配合，优化工序，减少施工时的返工、浪费材料的现象[4]。
5BIM模型优化
5.1碰撞优化将调整后的模型相互链接，记录好钢筋与设备预埋件、型钢梁等冲突，项目经理、项目技术人员同设计人员现场讨论设计图纸，确定实施方案。劲性钢骨模型与钢筋混凝土模型融合后，可能会出现以下几种问题：1）钢骨位置与原排布钢筋位置冲突。对钢筋位置进行调整。
2）钢骨位置导致钢筋断开。在钢骨腹板穿孔，确保在节点处钢筋连续。3）钢骨截面大，钢筋分布密集，混凝土振捣困难。在钢骨上下翼缘板上开设混凝土振捣孔，并在振捣孔周边设置补强环板。通过已建立的BIM三维模型，可以看到钢筋与预埋构件及型钢梁发生冲突。型钢梁与普通钢筋混凝土次梁交接部位因次梁的底筋遇型钢而无法贯通，穿至型钢腹板边缘（见图3）。在施工前发现可能存在的冲突碰撞，提前解决，这样有效避免了重复施工和材料浪费[5]。
5.2具体处理措施
通过建模分析，可以采取以下措施解决钢筋与预埋构件、型钢梁之间的碰撞问题。1）对于柱主筋与型钢梁上下翼缘交叉、梁主筋与型钢柱腹板交叉及柱箍筋与型钢梁的腹板交叉的问题，可在二次设计及型钢梁柱加工制作时解决。
2）柱箍筋和抗剪拴钉发生交叉冲突，在对钢筋进行加工时处理。3）柱箍筋和型钢梁腹板发生交叉冲突，与设计方共同沟通协调解决。开始施工前，要对钢筋和型钢梁进行二次深化设计，使钢筋顺利穿过型钢骨架。深化设计重点针对梁和柱的交接部位，特别是钢筋排布密集处，一一编号，做好记录。节点设计时必须考虑到钢筋数量、规格、位置和主次梁钢筋标高，梁上下排钢筋间距等，以便型钢开孔和设置钢垫块等[6]。
5.3模型验证
对现场采集到的点云数据做平滑滤波处理，过滤掉冗余部分。将平滑后的点云数据与在Revit软件中建立的模型进行重合比对，经过比对发现，扫描部分整体施工质量较高，误差控制合理，BIM建模有效反映了现场情况。主要有：
1）设计模型锥台上面圆孔和现场点云数据重合，内圆形墙壁与点云数据重合。2）锥台上沿与设计模型最大误差有4cm左右，除了标明的部分外其余部分均重合（锥台外圈部分有误差）。3）锥台内孔最大误差有6mm，重合度较高（见图4）。设计模型圆形墙壁和现场点云数据基本重合，很少部分区域最大误差为2cm左右，施工质量较高。
4）锥台高程与现场点云数据一致，内部空间高程与现场点云数据一致。
6结论
本文以大型土工离心机改造工程为实例，将BIM技术应用于劲性混凝土施工中，可以得出以下结论：1）在劲性混凝土施工中，型钢柱、型钢梁与钢筋的相交点多，容易引发冲突和碰撞。通过BIM建模分析优化，根据模型查找冲突碰撞问题，提前预知问题并及时解决问题。2）钢筋与型钢发生碰撞时，可以在钢筋、型钢加工及二次设计时处理。3）将点云数据与BIM模型比对，分析施工误差和质量，验证BIM模型的有效性。
【参考文献】
[1]王智,叶建,蒋尔昌.劲型钢混凝土施工工艺[J].科技展望,2014(18):19.
[2]江莹,孙浩,唐铭.BIM在劲性混凝土工程施工中的应用[J].居舍,2020(29):19-20.
[3]丛楠,温国威,孙喜亮.BIM技术在劲性混凝土钢筋复杂节点中的应用[J].铁路技术创新,2015(6):80-83.
[4]余浩,党星海,李文洲,等.点云数据与BIM技术对既有建筑改造的应用[J].地理空间信息,2021,19(9):83-86+7.
[5]程效军,贾东峰,程小龙.海量点云数据处理理论与技术[M].上海:同济大学出版社,2014.
[6]沈彬彬.基于BIM技术在某工程复杂节点钢筋设计中的应用[J].绿色环保建材,2018(4):74+76.
单位:秦庆义 来瀚文 作者:中电建建筑集团有限公司
