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BIM技术在旋转钢楼梯设计施工中的运用

发表时间：2020/9/3 来源：《基层建设》2020年第10期作者：叶云富

[导读] 摘要：市场经济发展背景下，很多大型公共建筑、酒店建筑涌现出来，尤其是在建筑内部空间中运用旋转楼梯更加广泛。

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        摘要：市场经济发展背景下，很多大型公共建筑、酒店建筑涌现出来，尤其是在建筑内部空间中运用旋转楼梯更加广泛。旋转钢梯作为旋转楼梯中关键类型，在具体设计施工中具有一定的难度，而借助于BIM技术，能够提升整体施工进度与质量，促进施工效率的提高。本文首先对BIM技术在旋转钢梯设计施工中运用必要性进行分析，然后提出具体的运用措施。
        关键词：BIM技术；旋转钢梯；设计；施工
        旋转钢梯采用钢结构形式，选择木板或石材作为踏面装饰材料，与常规楼梯施工相比，旋转钢梯在设计以及施工中难度相对较高。借助于BIM技术，能够有效的提升设计效果、施工质量，保证整体外形美观度[1]。基于此，加强对BIM技术在旋转钢梯设计施工中运用的研究具有十分现实的意义。
        1旋转钢梯设计施工特点
        1.1旋转钢梯结构设计难度较大
        旋转钢梯结构作为双曲面旋转结构，平面形状为椭圆形，基础结构为钢结构模式，整体重量较大，超过十吨。而支撑点方面，旋转钢梯有两处支撑点，一个是一层地面，另一处为上层拦河位置结构梁；如果加上楼梯踏步面层的石材（木材）、GRG材料，其整体楼梯的重量会大大增加，在进行结构计算中难度较大，传统设计方式无法满足相关要求，而BIM技术在此过程中优势明显。
        1.2拼装难度较大
        旋转钢梯具体安装过程中，由于钢架基层具有弧形造型，钢楼梯梯梁呈现出双曲造型，椭圆形的长轴端部存在较大的曲率，在安装中主要采用拼接模式，要求能够完成精准的钢板加工、拼装。
        1.3面层材料下单难度较大
        通常来说，为了提升装饰效果，旋转楼梯踏步饰面材料主要为大理石材料，但由于其整体结构投影为正椭圆，在材料下单过程中，不能采用标准化正圆材料下单方式，必须根据楼梯踏步中线长度进行下单；在GRG材料下单中也会遇到同样的问题，必须对弯曲曲率、爬坡角度等进行有效控制[2]。
        1.4安装与检验难度大
        正是由于双曲造型，在安装过程中安装点位设置也较为困难，成为施工难点所在。这一安装难点不仅体现在基层钢结构方面，同时也体现在面层定位、安装过程中。安装工作完成后，必须做好相关精读检验，基层精读检查对后续面层安装质量有直接关系，同时面层安装精读检查，也会对整体钢梯施工质量造成影响。如果采取传统的安装模式，一般通过观感进行经验判断，无法满足相关的精读检验需求。
        1.5工期紧
        相对于整个建筑施工来说，在旋转钢梯安装中，从基层钢架下单到面层施工完成，往往施工工期紧张，加上施工现场条件有限，很可能在室内旋转钢梯安装时，墙面干挂材料、栏杆等已经完成或正在施工，现场中具有很多脚手架单元，只要详细的优化施工环节，才能满足工期需求。
        2BIM技术在建筑旋转钢梯设计施工中的应用
        2.1利用三维激光扫描进行基层信息采集
        利用三维激光扫描技术，借助于测距工作原理提取相关信息，对施工现场基层进行快速、全面的扫描，能够提取出基层空间点位的各类信息，以便于更加立体化的还原基层轮廓，对现场条件进行有效还原[3]。当然，利用相关的处理软件，包括Rapidform、SCENE等，对点云加以逆向处理，将这些点云特征进行处理，同时还能够进行任意方向的距离测量，便于获得更加显著的三维信息。
        2.2三维建模与结构设计
        在旋转钢梯钢结构设计环节中，主要是选定钢结构配件尺寸、材料，同时对各个配件应变、应力等进行有效分析，通过有效验算，分析其是否能够满足相关挠度、刚度、强度的要求。

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借助于BIM技术，可以利用专用的CATIA钢结构设计软件，利用该软件读取AutoCADDXF数据，并实现快速的三维建模过程，为后期施工提供模型依据。完成搭建三维模型后，还可以利用CATIA软件对钢结构功能、荷载等进行有效验算、分析，确保其能够满足施工现场情况。利用犀牛软件构建面层GRG三维模型，利用曲线建模能力，能够符合旋转楼梯双曲造型要求，同时建模速度、精读等都具有明确优势。
        2.3碰撞检验
        为了保证后期安装施工的有效性，必须对施工方案进行优化，借助于碰撞检验方式，利用相关软件Navisworks对不同材料模型间碰撞，根据节点收口方案，对模型碰撞点进行有效调整，对安装方案进行有效优化处理。借助于三维可视化技术，能够直观表达碰撞效果，反映真实碰撞情况。通过对方案模型的优化，能够便于实际施工中复杂环境下完成安装，项目部需要对设计方案的三维模型进行整合，利用全站仪提供点云模型坐标，确保三维模型坐标的统一性，避免具体安装中出现误差。利用碰撞检验的结果，对碰撞点进行修改，同时优化施工材料下单方案，获得最佳施工安装模型，为后续下单、安装提供便利
        2.4虚拟建构施工
        为了避免实际施工安装中各道工序之间出现冲突问题，在进行施工方案确定、技术交底作业中，可以借助于Navisworks、3DMAX软件，确定旋转钢梯施工方案，并模拟施工进度，对现场施工提供指导。采用三维软件虚拟建造模式，能够更直观的表达施工过程，具有多维度、可重复的特点，通过对多个施工方案的模拟演示，优选方案，还能做好虚拟技术较低工作，避免实际施工中出现安全隐患，预先做好相关的安全防范与控制[4]。另外，采用虚拟建造方式，有利于对旋转楼梯安装位置、尺寸等的有效调整，优化现场条件，选择最佳的材料下单方案。
        2.5借助于数控加工技术
        通过BIM模型与数控加工设备进行无缝对接，对钢结构BIM模型进行深化设计，并形成CNC文件，将这些文件导入到生产信息管理系统中，则可以得出初步的数控数据、加工清单[5]。根据最初的加工数据，可以对钢结构配件、零件等进行数控加工。在踏步面层GRG下单中，可以导入的犀牛模型当中，利用CAMA软件制作并形成NC码，利用数控雕刻机，可以完成对相关模具雕刻工作。
        2.6定位安装
        借助于BIM模型三维可视化技术，能够更加精确的获取三维空间坐标数据，同时在全站仪涩北帮助下进行三维点位定位，并实现精准的取点、放点，将模型中的点位坐标精确转换为现场实际位置，保证模型中参数与现场高度一致，也便于后续安装。
        空间点位利用平面点位置方式，采用一步到位的定位三维点位，借助于现场临时方式对位置进行标记，为后续安装提供依据参考。三维定点方式精准度高、快速，且现场不需要辅助线，后续不用进行清理现场，在交叉施工中十分便利。对于施工空间狭小问题，可以进行预拼装，之后进行逐段安装，提升安装精读。
        3总结
        通过上述分析可知，在一些装饰要求较高的大型建筑中，有时候会涉及到旋转楼梯设计，以旋转钢梯为多数类型。传统旋转钢梯设计与施工中，往往按照观感施工，设计精度差，质量无法保障。借助于BIM技术，利用三维模型软件等方式，能够有效的控制施工进度、质量，实现对工程的精细化管控，切实提升旋转钢梯施工效果，满足建筑整体设计的需求。
        参考文献：
        [1]杨祥良，王亮，蔡志勇.BIM技术在盾构始发井钢梯施工管理中的应用[J].北京建筑大学学报.2018,23(3):32-33.
        [2]邹文，吴瑞，罗家黄.基于BIM技术在预制装配式双螺旋钢楼梯施工[J].建筑施工.2019,17(8):58-60.
        [3]韩建.BIM技术在超高层大型综合体钢结构设计与施工中的应用[J].住宅与房地产.2019,25(8):144-146.
        [4]吴水英，王玲玲.BIM技术在多层装配式钢结构住宅建筑设计与施工中的应用[J].建筑施工.2019,27(2):24-25.
        [5]欧阳志.BIM技术在教学中的分析应用——以楼梯的设计为例[J].南方农机.2018,13(4):123-124.