BIM技术在工业建筑设计中的应用.pdf

中国厨卫 技术在工业建筑设计中的应用张高宇（山西太钢工程技术有限公司，太原）摘 要 为充分发挥出 技术三维协同设计优势 提高工业建筑设计效果 文章以山西省某自来水厂工业建筑工程为例 结合工程实际 阐述了 技术设计流程 并从建立建筑 模型 门式刚架钢结构 模型 内部平台混凝土框架 模型 水池 模型 工业建筑总体 模型等方面对 技术在设计中的应用展开了论述 最后实施工业建筑设计碰撞检查 保证设计质量 关键词 技术 工业建筑 设计 应用中图分类号 作者简介：张高宇（），工程师，研究方向为工业建筑。引言工业建筑和民用建筑在使用功能需求方面存在一定差异，工业建筑的设计更侧重于工业生产空间的利用。随着信息化技术的不断发展，在建筑设计中，传统二维平面设计的不足逐渐显露出来，更加突出了 技术的应用优势。技术基于三维建模，可弥补二维设计中存在的局限性，实现三维协同设计。在设计工作中可获取更多的信息，以满足工业建筑设计需求。概况山西省太原市某自来水厂可满足区域内人口自来水供应需求。其中综合车间为该自来水厂关键的建筑结构之一，其主要功能为处理地下水和普通河水为自来水。车间内部包括生产自来水的多座水池、配电间、桥式吊车、内部综合平台等。车间主体结构为门式刚架，采取独立基础。厂房外墙围护结构为发泡混凝土墙面板和玻璃幕墙，以保证立面美观性，将大型混凝土板作为屋面结构。该工业建筑基本设计参数如下表 所示。表 山西省太原市某工业建筑设计参数序号设计指标设计参数厂房建筑面积（）厂房建筑体积（）设计安全等级二级设计使用年限（年）设计耐火等级二级基本风压（）基本雪压（）抗震设防烈度 度抗震设防类别丙类混凝土框架抗震等级二级钢结构抗震等级三级 建筑 模型的建立 设计人员基于 图纸对建筑 模型予以建立，按照 对模型予以分解，其流程包括：导入；生成中国厨卫 智能技术与设计 年 期 底图；生成轴网和标高；布置建筑构件；生成建筑 模型。为保证 导入精度，该项目在设计时为每一个 图层确定了导入后的线形与线宽，同时明确了几何位置和空间高度，使底图数据生成得更加精确，以免丢失数据。该车间的 图纸主要为水道工艺布置图，利用拾取线功能在底图上建立轴网，基于第三方插件建立标高，通过自动生成的标高确定高程值。结合平面轴网、标高系统、建筑 模型以及参数化的智能构件，进一步优化 模型。工业建筑门式刚架钢结构 模型 建立门式刚架分析 模型在 模型中导入工艺布置衬图后，对网格线进行定义，将网格轴线的交点视为构件的定位点，添加门刚柱、门刚梁模型。该工程门刚柱为变截面柱，其下柱尺寸和上柱尺寸分别为 和 ；门刚梁为变截面梁，变更后尺寸为 。在绘制门式刚架柱间和水平支撑时，添加斜杆。该工程门式刚架水平支撑的截面和柱间支撑截面分别为 和，定义梁、柱、支撑体系后建立门式钢结构三维分析模型。在 系统中建立门式刚架下部混凝土框架分析模型，便于协同分析上部门式刚架。门式刚架整体分析 模型如图 所示。图 某工业建筑门式刚架整体分析 模型 门式刚架内力分析结果恒荷载、风荷载、雪荷载、楼面的活荷载以及吊车荷载为该工业建筑综合车间门式刚架所承载的荷载。因此，基于三维方式在 分析模型中对点、线、面荷载进行布置，保证建模过程中荷载的完整性。完成建模后，分析设定基本结构参数。该工程抗震设防等级为三级，混凝土强度为，钢结构部分材料为，钢筋为三级钢。在结构设计时门刚架柱脚与混凝土柱顶相接，设计为上门刚下框架混合结构。明确结果分析参数后，基于 分析程获取内力计算结果。考虑到该工程为钢结构和混凝土结构的混合结构，确定钢结构阻尼比为，混凝土结构阻尼比为。通过计算获取第一振型图，混合结果以 方向为第一振型方向，以 为周期，以 方向为第二振型方向，以 为周期，以扭转为第三振型方向，以 为周期。周期比为，符合抗震规范要求的小于。在验证刚架截面时，刚架梁平面的内力包络图是极为重要的参考。通过计算，该工程刚架梁弯矩包络图符合内力分布要求，证实了结构受力的合理性。同时，对门式刚架结构予以应力比分析，所有构件的应力比均小于，证实了门刚结构的安全性。通过对框架柱、梁的轴压比、指标予以验算，配筋率均符合设计要求。生成门式刚架 模型完成内力分析后，将结构分析模型利用 自动转换为 格式的 模型，并在 中进行二次修改。借助于上述工作，对结构模型的合理性进行分析，保障钢结构的稳定性，获取门刚结构 模型，借助于 自动转换，减少建模工作量。绘制门式刚架二维、三维协同施工图 可以获取 格式的结构施工图，制图规范性良好，但不具备三维属性，难以契合于 设计理念。因此需要将 格式的结构施工图导入在 格式的门刚结构 模型中，对二维图纸和三维图纸予以窗口布置，建立符合国家标准的三维数据属性，实现二维与三维的协同设计。建立内部平台混凝土框架 模型 建立内部平台混凝土框架 分析模型该工程车间内部平台为框架结构，梁高 ，柱的规格为，板厚和层高分别为 与 。楼面结构和恒荷载与活荷载分别为 和 ，上方设置栏杆，为钢筋混凝土独立基础。因平台下方部分区域为水池，在面板的部分位置开设孔洞。该工程基于 带有的混凝土梁、板、柱族获取基本框架体系，对图纸以 形式进行导出，再次导入到，将其作为底图完善内部平台分析模型，获取框架分析模型。内部平台混凝土框架内力分析该结构体系为混凝土框架，由于楼板上具有较大的开孔面积，因此设定楼板为弹性楼板，减少地震作用对结构体系的影响。经过计算，整体结构体系的第一振型方向 方向，周期为 ，第二振型方向 方向，周期为 ，第三振型方向 方向，周期为 ，周期比为，均符合设计规范要求。另外，不同工况下最大层间位移比为，低于，因此内部平台的抗震性与变形验算分析结果均符合要求。绘制生成内部平台混凝土框架二维、三维协同施工图 利用 分析平台的施工图模块生成 格式的梁平面配筋图、柱大样图配筋图、板配筋图、基础施工图，以此获取符合结构制图标准的施工图。依托结果参数批量化修改，对梁柱的配筋值予以修正。修正后，程序可对 指标和抗剪指标的合理性予以验证，并可随时修改，及时获取修改效果。在 格式的平台结构 模型中导入 格式的智能技术与设计中国厨卫 中国厨卫框架结构施工图，在视图空间内布置二维和三维图纸，获取二维、三维协同的内部平台结构混凝土框架施工图。构建水池 模型 建立水池 分析模型 药液池、污泥平衡池、预氧化池为该工程综合车间内部水池构成。由于事先已经在 建模核心平台中建立了水池的模型，因此具体设计时将水池的平面图导入在世纪旗云软件中，获取初步计算模型。在模型中对水压力、土压力、混凝土材料、钢筋材料的信息进行录入，从而获取具体的水池配筋面积，自动复核低于 的裂缝。考虑到水池结果均为单一的单格矩形，通过建立矩形网后可直接进行计算，不需要建立有限元分割技术，即可建立多边形矩阵网格。以表格的形式展现软件计算结果，确保各工况组合下内力值和配筋面积相对应。借助于最不利组合实施配筋包络，保证配筋方案合理性。在确定配筋面积后实施二次复核，进行裂缝验算。该工程在水池验算环节未出现裂缝超限情况。由于墙板均为参数化结构，因此根据软件分析结果对水池 模型予以调整。通过改变构件参数，实现水池的几何属性及物理属性的调整，确保与分析模型相对应。绘制水池二维、三维协同施工图利用 中直接绘制详图线的方法对水池结构的施工图进行绘制，包括平面建筑图、剖面布置图、平面配筋图、剖面配筋图、局部配筋大样图、整体三维图和三维剖切图等。在绘制配筋局部位置大样图时，先设计和主体模型无任何关联的详图，在此视图内利用详图线设计配筋大样。在视图空间内整合二维图纸与水池结构的 模型，获取二维、三维协同施工图。利用 设计的三维参数联动性特点，可减少设计过程中的错误并获取更直观的三维施工图。工业建筑总体 模型的集成 集成结构 模型在建立完成所有结构的 模型后，借助于 链接不同模型，在一个总体结构 模型中对所有设计结果进行整合。在链接过程中不会对原有的 模型产生改变，而是将原模型的映像放置在集成后的模型中。在集成模型中，不可对该映像进行改动，设置可见性级别，从而显示不同构件。集成总体 模型总体 模型是将结构 模型和建筑 模型整合在一起，作为最终交付给业主的可视化成果。在综合车间的 设计中，最后一步的集成即是将车间建筑模型与车间结构总模型进行连接。与结构 模型的集成类似，总体 模型的集成也需要遵守一些准则，其中最重要的是可见性设置原则。通过遵守可见性设置原则，总体 模型能够清晰显示建筑和结构的相关信息，使项目参与者能够更好地理解和评估设计方案。这样的集成设计方式有助于提高项目沟通和协调效率，提升项目的整体质量和效益。出具工业建筑二维和三维协同施工图在绘制工业建筑二维、三维协同施工图时将总体 模型作为基础。该工业建筑施工图中包含大量的结构构件，借助于二维、三维协同施工图可清晰显现平面图、立面图以及剖面图。有效避免传统设计流程中，无法获取三维施工图，导致在施工时出现不必要的变更或者损失。完成所有模型视图的绘制后，设置所对应的图纸空间，添加图框，在此空间内集合不同的模型视图，完成基于 技术的工业建筑图纸绘制，如图 所示。图 某工业建筑综合车间 整体设计效果图 基于 技术的工业建筑设计碰撞检查 碰撞检查是工业建筑 设计的独特优势之一。在传统设计方法下若要及时获取设计方案中所存在的碰撞冲突，则需要对设计人员的经验性提出较高的要求。在 设计中可依靠三维空间对碰撞点予以快速定位。该工业建筑工程在碰撞检查时，设置碰撞主体为柱、梁、支撑，设置碰撞副体为墙、板、门、窗等。汇总碰撞结果包括如下。综合车间的门刚架柱和外墙板之间存在碰撞；门刚架抗风柱与屋面板存在碰撞；坡道和混凝土柱存在碰撞；门式刚架柱和屋面板存在碰撞。山西省太原市某工业建筑基于碰撞检查获取的碰撞问题，在出图之前对图纸进行修改，减少施工阶段出现设计变更，或者因碰撞问题而增加施工成本。结语在工业建筑设计中，应用 技术可发挥三维协同设计优势，立体化呈现设计图纸。通过碰撞检查及时发现图纸中存在的不足，在出图前进行修正，提高设计质量。该工程在具体施工时未出现设计变更，具有良好的设计质量和施工效率。参考文献 汪洋，姜淏予，宋晋 技术在建筑设计校审中的应用建筑经济，（）：沈斌 技术在工业建筑设计中的应用砖瓦世界，（）：李仲元，郭跃，孔宪扬 技术在工业建筑三维协同设计中的应用工程与建设，（）：，中国厨卫 智能技术与设计