福州海峡奥体体育场BIM建模关键技术研究

来源 :商品与质量·建筑与发展 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zjwx2008
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  【摘 要】 福州海峡奥林匹克体育中心项目主体育场属于特级特大型体育建筑。论文探讨了奥体体育场建模BIM团队协作建模的管理环境建立、建模顺序、人员分工与协作方式、模型策划方案以及奥体体育场建模的主要技术难点和解决方法。论文提出了“手工借用”的协作方式、体育场模型的拆分方案、钢构模型的Revit间接建模方式、借用栏杆族进行线性重复构件优化等创新思路。
  【关键词】 建筑信息模型;大型体育场;协作建模
  福州海峡奥林匹克体育中心项目主体育场总座椅数为59562座,属于特级特大型体育建筑。在项目初期规划时,提出了在本项目中应用BIM技术为项目的施工服务。BIM项目实施采用团队协作方式进行。体育场应用BIM技术进行建模以及基于BIM技术的施工模拟、疏散模拟、管线综合、设备运维管理,在我国体育场施工BIM应用中尚属首例。本文就其中建模的关键技术进行阐述。
  1 建立基础环境
  1.1软硬件环境
  福州奥体体育场工程由于体量大,采用项目数据文件与建模工作站分离的形式。项目数据集中在文件服务器存放,在各个建模工作站形成的数据文件同步或上传至文件服务器,便于分享和協作。为保证文件传输速度,需采用千兆交换机,并且服务器建立域控环境,只有域成员才能访问。
  福州奥体体育场模型组装后,使用内存可能达到5G以上,为发挥大内存作用,建模工作站必须使用64位操作系统及64位BIM软件。本次奥体体育场BIM建模使用的Revit软件是由Autodesk公司以BLM-BIM的理论为指导开发的建模软件,该软件实现了不同建筑、结构、通风、给排水等等专业信息在共同的模型中的共享和关联。Revit软件的核心是称为族的参数化建筑图元[1]。
  1.2管理环境
  福州奥体主体育场团队协作建模,作为建模准备工作,在硬件和软件到位的基础上建立起团队协作的管理环境。团队先建立了文件管理规则,包含:文件存储目录,文件命名规则以及文件的上传、更新、删除和备份规则。并储备建模需要的基础族库以及福州奥体专用族库。
  1.2.1文件存储目录
  奥体体育场的模型及基础文件统一存放在文件服务器上。服务器上第一级目录是项目名称,即“福州奥体主体育场”。模型文件在项目名称目录下按照“软件名+版本号/专业/楼层/区域”建立目录详细分类存放。转换或导出的模型也按照此方法建立对应目录存放。另外在项目第一级目录下建立“基础文件”、“原始施工图”、“整理施工图”“参考文件”“备份区”“文件回收站”“其它储存区”七个子目录。
  1.2.2文件命名规则
  原始模型文件:模型文件采用“项目简称_专业_区域_楼层_细分项”,例:“榕奥体主场_砼结构_1-1区_1层_柱.rvt”该方式优点:专业、构件以及所处位置清晰明了,利于模型选择性的组装和相互链接工作。
  转换模型文件:对于转换导出用于实现功能的模型文件可参照使用,也可制定代码命名。所谓代码就是将上述文件的汉字用确定规则的数字或字母替代。例如“榕奥体主场_砼结构_1-1区_1层_柱”可编码为:“2_1-1_1_1”。
  整理施工图文件:整理施工图的命名用来源的原始施工图名称加尾注区分即可,不与模型文件同步,以存放目录显示它用在哪些模型文件。如:“A-PL-121二层1区平面图.dwg”选取其中3-4施工分区部分整理的图纸命名为“A-PL-121二层1区平面图_3-4.dwg”即可。
  2 协同工作方式
  Revit提供了一种协同工作解决方案:工作集——中心文件的方式[2]。本文作者发现在奥体体育场建模中发现,使用这种方式若队员没有养成很好的“借”“还”权限习惯会导致工作非常混乱,这种方式使队员花大量的时间在构件权限的“借”、“还”的协调上。最后建模团队放弃了工作集——中心文件的工作方式,采用简单的单机建模上传——手工借用的方式管理。每名组员在上、下午下班时将完成的工作上传服务器指定位置,并将原指定位置的文件移动到备份目录。这样的管理方式非常简单而清楚。
  但是由于奥体体育场建模中期以后相当部分人员离开,后期模型修改和完善的人员调整工作任务频繁,下达任务后导致存在交叉作业——同时对一个文件进行编辑的可能。所以启用了一种手工借用的管理方式:在原模型最后一级目录下增设一个起名为“链接”的目录,将模型文件拷贝一份在“链接”目录下,“链接”目录下的文件仅作为链接查看不允许组员编辑。需要调用服务器上的文件进行编辑的,将原模型目录下的模型文件剪切到个人工作站进行编辑,其它队员看到模型文件不存在就不会去编辑,从而避免同时编辑的问题。完成编辑将模型归还服务器。每天下班时,将本日更新过的模型复制到链接目录。
  3 基于应用的建模前期策划
  不同于小体量建筑模型的构建,福州奥体主体育场这样的大体量建筑模型在建模前必须要进行建模总体策划。总体策划工作具体内容包括:建模目标的确定;模型详细程度的确定;建模人员的分工;模型各分部分项绘制方案的确定等。
  3.1建模目标的确定
  建模目标的确定,即确定建立该模型要实现什么功能。是仅仅要模型虚拟漫游,还是要出施工图,或者是要进行施工模拟、碰撞分析、疏散模拟、造价分析、采光分析……因此,建模目的决定了选择何种软件以及如何建模。
  福州奥体主体育场BIM应用在建筑业大体育场施工是一次崭新的尝试,建模的目标是完成完整的全过程施工模拟、看台疏散模拟、管线综合与设备运维管理。完全施工模拟要求完成的BIM模型百分之百完成,并且整个体育场的每个构件按照施工过程模拟精度到达的每一个施工步骤是独立的,在模拟过程严格按照进度计划有序的完成浇筑或安装。疏散模拟要求看台的各种几何尺寸的严格,为减小导出模型整理难度,看台模型绘制成独立的。管线综合与设备运维管理要求对管线及设备位置精确建模。   3.2模型详细程度的确定
  模型详细程度是依据建模目标确立的,含构件划分和细部表现详细程度两项内容。比如,对于构件划分,无变径的柱子也可以直通到顶,但海峡奥体主体育场的建模目标中要进行建造过程动态模拟就必须每层断开。
  细部表现详细程度取决于建模目标以及模型要满足在多大尺度上查看。建筑结构部分按大概1:100比例的详细程度,见图1。机电设备部分按大概1:50比例的详细程度,见图2。
  3.3福州奥体主体育场建模的模型拆分
  模型拆分方式,即模型整体如何拆分和模型各分块如何组装。拆分组合方式,一般按专业、建筑空间形态进行拆分。按专业分拆分为砼结构、钢结构、建筑(除混凝土结构以外的土建部分)、通风空调、强电、智能化、给排水、特殊设备、临时设施几块,电梯较简单无特殊要求可归入建筑模型。模型拆分按建筑空间形态分,有横向、竖向、横竖组合三类。
  笔者在福州海峡奥体工程主体育场的建模中,建筑模型拆分采用看台座椅、上下层环形看台、场地独立文件,其余按径向分割。
  结合软件按专业拆分为混凝土结构(不含看台)、土建装饰(不含看台)、看台结构、看台座椅、钢结构、通风管道安装、生活给排水管道安装、空调管道、消防供水管道安装、供电线路安装、智能化线路安装、场地、设备机房等13个部分。具体的文件拆分如下:
  土建建筑结构:混凝土结构、土建装饰径向14块,即按径向轴线均分为12块,两侧大楼梯为两块。混凝土结构从下至上分5层,即桩基1层,地上结构4层;每层每块拆分两个文件,分别存放:桩基承台、柱、剪力墙和梁、板,见图3。看台区分上下2层,每层按径向轴线均分为12块,看台结构和座椅分开。土建装饰:从下至上分4层,通地上结构4层。每层每块拆分5个文件:分别存放:砌筑墙体、装饰柱、幕墙、门、窗,地面装饰层、楼梯、扶手栏杆,天棚,其它。
  钢结构罩棚:拆分为杆件和面板两部分,杆件按型号分为29个文件,面板1个文件。
  安装各专业:通风管道安装、空调管、给排水管道安装径向各分4块,地上4层,每层每块1个文件。消防供水管道安装:主管(含消防栓)分2层每层1块。供电线路安装、智能化线路安装:仅按层分地上4层,每层1个文件。
  另外:场地一个文件;配电房、消防泵房、生活供水泵房各一个文件。
  通过上述的分解,将总量数千兆的模型文件分解为300多个10~30Mb间的文件,大大方便了模型的绘制操作。
  3.4建模的顺序和人员分工
  建模人员的分工,对于大型工程协作建模,一般将建模团队分为土建建模组和安装建模组两个小组。先由土建组派一人完成总轴网的建立,然后由土建建模团队开始建筑模型部分,所谓建筑模型部分指除砼结构钢结构外的土建部分。建模顺序自之下而上,横向拆分的按一定顺序依次进行,每块完成和相邻块链接,检查。完成建筑模型的后,在建筑模型基础上继续开展混凝土结构钢结构和安装各专业模型建模工作。但是由于福州奥体体育场工程,施工图纸是以结构图纸作为定位基准,需先建立混凝土结构模型。
  安装各专业模型是在建筑模型或建筑结构模型的基础上进行制作的,机电设备安装模型各专业按管件优先顺序进行流水作业,减少后期碰撞修改工作量。在机电安装的建模中采用分专业流水作业,在完成建筑、结构模型基础上先画风管,再链接建筑、结构、风管来画桥架,链接建筑、结构、风管、桥架来画给排水管道;三位建模人员一个区一个区流水作业,绘制过程中就最大程度避免碰撞。钢结构罩棚相对独立,建模工作可以在混凝土结构完成后由土建建模组实施。
  4 奥体体育场模型制作的技术难点
  4.1钢结构模型的制作
  奥体钢结构罩棚采用双向斜交斜放网格空间结构体系。分东、西两个钢罩棚。罩棚杆件共29种规格,20000余根杆件。罩棚管网架结构由主单元网格和次单元网格以及腹杆组成,主、次单元网格之间通过斜腹杆与之连接形成弯扭贝壳式曲线造型,见图4。
  该钢结构罩棚结构较为复杂,除左右两大块对称外,杆件定位没有简单的规律可循。面对这样的体系结构,本文作者尝试了以下两种方法制作:
  方法一:1、使用节点坐标导入AutoCad生成DWG格式的三维线模型,分图层存放29种杆件;2、制作29种杆件的钢管梁族;3、Revit链接DWG格式的三维线模型;4、调整准备绘制的杆件位置的CAD图层可见性;5、使用三维捕捉,捕捉三维线模型放置钢管梁族;6、每根梁逐一修正端点延生长度。
  这种方法第5步比较麻烦,之所以修正端点延生长度是因为Revit会对所有梁的连接进行自动缩进,导致无法连接,见图5。
  方法二:1至4步与方法一相同;5、制作一个直径极小的辅助圆梁,开启三维捕捉,捕捉三维线模型放置管梁族;6、开启线框模式,分别用29种杆件的Revit自适应族两端捕捉极小的钢管梁族。
  奥体主体育场钢结构杆件部分建模主要采用第二种方法。使用第二种方法虽然点选的工作量多了一倍但避免了修正長度这一繁琐工作。之所以采用辅助梁而非直接采用自适应构件捕捉,是由于Revit对CAD线模型的捕捉兼容性差,大量无法捕捉到。
  4.2线性排列重复模型的优化
  像排水沟的盖板和座椅实物看似没有什么相似之处。但在体育场BIM模型中两者有一个很大的共同点,它们都是大量的、重复的、呈线性排列的构件,见图6。由于数量非常大,处理不好会导致在应用甚至制作过程模型非常的卡顿,严重影响工作效率甚至难以持续。
  使用梁的族样板制作,放置盖板时会因涉及大量的实时运算,造成模型运行速度极其缓慢;采用公制栏杆族样板制作沟盖板:即用一块盖板构件替代竖向栏杆、取消横向栏杆,则模型运行速度远远快于前一种方法。原因是每块盖板作为塌陷模型整体载入,不再逐一进行参数化的运算。同样的道理,座椅也可以采用相同的方式,用栏杆族来制作,用座椅的模型替代栏杆竖杆,取消横向栏杆,调整到座椅实际的间距。体育场的沟盖板、座椅大多数都不是直线排列的,栏杆绘制沿线方向较为灵活,这也是栏杆族可以用来做沟盖板、座椅的重要原因。
  参考文献:
  [1] 柳娟花. 基于 BIM 的虚拟施工技术应用研究 [D]. 西安建筑科技大学, 2012.5.
  [2] Autodesk Autodesk Revit Products[EB/OL]. [2013-1-2].http://www.autodesk. com.cn/adsk/servlet/pc/compare/index?siteID=117359&id=1958824#core.
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