一种基于BIM技术的钢网架定位安装施工方法与流程

本发明涉及建筑施工技术领域，特别涉及一种基于bim技术的钢网架定位安装施工方法。

背景技术：

随着现代科技的发展，钢网架结构越来越多的被应用于工业厂房、高层建筑及大型公共建筑中。钢网架结构因为其整体性好、空间刚度大、结构稳定等优点而受到广泛的欢迎，但由于其结构特点，钢网架结构的定位安装过程既要满足施工进度和工程质量的要求，又要保证施工安全和结构安全。传统的安装施工技术存在生产效率低下的问题，因技术交底出现遗漏、构建碰撞等问题造成的施工过程返工时有发生，导致了劳动力和原材料的浪费。

再就是，对于结构复杂、构件数目多且比较大、复杂奇异造型的钢网架结构在安装时，需要大型精密工程测量，而在测量中，点位放样是一项首要且重要的工作，放样点误差大小直接影响到工程施工质量，尤其随着大型、精密工程建设的不断增加，放样点的精度问题已越来越受到重视和注意。其中控制点测设放样点的误差来源有：一是测设放样点的观测误差；二是原始数据，即控制点坐标误差，以往由于观测误差较大，而控制点坐标误差相对来说却很小，在放样点位误差中所占比例亦很小，计算复杂以及控制点坐标得之不易，故常将其省略不计。对于放样点的精度要求越来越高，因而观测误差越来越小，这就不能不考虑起始数据误差。在普通工程测量中，控制网边长与交会定点边长均用光电测距仪测量，边长观测精度属于同一个等级，目前，工程控制网以测边为主的边角网和测边网居多，这类控制网的一个特点是多余观测较少，平差后点位精度提高不大，这就有必要考虑控制点坐标误差的影响。

专利cn109184213a，其公开了一种基于bim放样与三维扫描的钢网架施工工艺，其包括以下步骤：(1)确定钢网架bim模型；(2)建立点坐标数据库；(3)导入bim放样机器人；(4)bim放样机器人现场定位测量；(5)钢网架安装；(6)三维扫描仪复测校核；(7)调整、固定。虽然其采用了bim技术，提高了前期钢网架点位定位的精确度及前期的测量工作效率。但是其还存在以下弊端：一是，其在安装钢网架过程中，采用人工高空拼装，不仅费事费力，而且增大了施工过程中的安全隐患。二是，由于采用人工拼装，在拼装的过程中不仅拼装困难而且拼装精度低，增大了后期复核、调整、固定的工作量，从而导致施工效率低，施工周期长。三是，施工过程中需要大型机械设备，增大了施工费用。

专利cn109138452a，其公开了一种大型建筑螺栓球钢管网架整体快速提升施工工法，包括施工准备，格构式井字架拔杆基础混凝土浇筑，地锚安装，放线，网架拼装，调整紧固，滑轮组传动系统安装，网架提升，网架支座连接，格构式井字架拔杆卸载。虽然其采用了格构式井字架拔杆和滑轮组传动系统将原来在高空拼装工作改为在地面拼装完成后再行整体提升的施工方法，但是其还存在以下缺点：一是，其将所有分片网架拼装成整体后再进行整体提升，如此不仅导致钢网架各构件不能统一整体提升，会产生倾斜，从而会增大提升难度，而且提高了对格构式井字架拔杆和滑轮组传动系统称重要求。二是，其是在整体安装完成后再进行整体复测校核，如此，需先将固定好的构件，拆卸后进行调整，调整完成后拼装、固定，不但延长施工时间，当有多处需调整时，会大大降低安装精准率及增大调整困难。三是，其采用人工测量定位钢网架点位，定位精度不能保证，而且测量时间长，导致施工周期延长，降低了整体施工效率。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种施工方法简单，能够实现高效、精准施工，减少了当存在误差时需对安装好的钢网架进行调整的次数，施工效率高、成本低，安全性高的基于bim技术的钢网架定位安装施工方法。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种基于bim技术的钢网架定位安装施工方法，包括以下步骤：

(一)、钢网架定位

(1)先确定钢网架bim模型，将钢网架模型按排布原则、净空要求、深化标准等进行优化，专业工程师及设计单位共同审核后确定钢网架bim模型，然后在确定的bim模型中设置施工现场需放样的坐标点；

(2)投放bim放样机器人对施工现场放样控制点数据信息进行采集；

(3)最后通过平板电脑选取bim模型中所需放样点，即根据bim模型中选中的基准点作为放样点，筛选、选择要放样的点位，选定bim放样机器人架设位置，使bim放样机器人能够测设到较多的点位；通过对基准点聚焦计算出bim放样机器人在空间的位置及与放样点的距离，对红外线所及区域进行逐一描点定位，即控制bim放样机器人在施工现场发射红外激光逐一描点定位，确定放样点，放样完成后选取复杂区域点位进行复测校核。

(二)、钢网架安装

(1)安装格构式井字架拔杆

根据步骤(一)中放样控制点及放样点，确定在地面钢网架范围内格构式井字架拔杆的设置位置及数量，位置及数量确定后，浇筑用于安装格构式井字架拔杆的混凝土基础层，并进行固定格构式井字架拔杆；

(2)在安装固定好的格构式井字架拔杆上安装用于提升分片网架的提升装置，提升装置包括在每组格构式井字架拔杆上设置的滑轮组传动系统，滑轮组传动系统和分片网架之间用钢丝绳连接，钢丝绳的一端将分片网架的下弦球节点捆扎牢固，并用卡环锁死，另一端固定在滑轮组传动系统的吊钩上；另外，将所有格构式井字架拔杆端部用钢丝绳串联紧固，以保证格构式井字架拔杆的整体性；格构式井字架拔杆端部的四个角设置缆风绳，并固定在预先设置的地锚上；

(3)在地面上拼装好分片网架；

(4)将拼装好的分片网架与提升装置固定连接，固定好后，对分片网架进行提升，提升至指定位置；

(5)利用钢网架bim模型对提升完成后的分片网架的安装精度进行复核，复核出现偏差时，及时进行调整，调整完成后，将分片网架与梁柱进行固定；

(6)将提升后的多个分片网架进行拼装，在拼装的过程中，形成钢网架整体；

(三)、三维扫描复测校核：

(1)对安装好的整体钢网架用三维扫描仪进行外业扫描获取点云数据，用点云数据进行逆向建模，形成钢网架安装模型；

(2)将钢网架安装模型与钢网架bim模型的数据进行对比、分析；

(3)如若钢网架安装模型与钢网架bim模型的数据有偏差，需对现场钢网架安装构件进行调整，调整完成后对构件进行重新固定。

上述的基于bim技术的钢网架定位安装施工方法，所述步骤(一)中，在确定的bim模型中设置现场需放样坐标点时，将所述坐标点作为基准点，所述基准点的数量至少为3个，将各区域点位进行数据处理，最后生成数据点，所述各区域点位包括钢网架bim模型坐标点位、钢网架bim模型螺栓球坐标点位以及钢网架bim模型钢管杆件坐标点位。

上述的基于bim技术的钢网架定位安装施工方法，在步骤(二)中，在地面上拼装分片网架时，先根据放样控制点和放样点进行选择临时支点，选择临时支点后，安装钢网架支座；然后再依据bim放样机器人检查网架、网格位置，安装钢网架的下弦平面网络；再安装钢网架的上弦倒三角网络和下弦正三角网络，在安装下弦正三角网络时，并同时逐一定位螺栓球节点；最后将连接在同一螺栓球上的三根杆件的长度作为控制指标，进行下一螺栓球的空间定位。

上述的基于bim技术的钢网架定位安装施工方法，所述步骤(二)中，在钢网架bim模型对提升完成后的分片网架的安装精度进行复核时，将各区域点位的坐标进行换算，以换算后的坐标位置与拼装的分片网架的安装精度进行复核。

上述的基于bim技术的钢网架定位安装施工方法，所述步骤(二)中，在提升分片网架时，先对分片网架进行试吊，分片网架脱离支座后，停止提升3-6h，发现无问题后再正式提升，提升至比梁柱高出30-80mm位置时，将上弦杆件和螺栓球拼装到位，水平移动分片网架至梁柱顶上方，然后将钢网架轻轻落在梁柱顶部。

上述的基于bim技术的钢网架定位安装施工方法，所述步骤(二)中，所述分片网架与梁柱的顶部通过焊接的方式固定连接。

本发明基于bim技术的钢网架定位安装施工方法的有益效果是：本发明施工方法的思路是：先通过bim技术定位钢网架节点点位，然后再使用格构式井字架拔杆和滑轮组传动系统将在地面拼装完成的分片网架进行整体提升、安装、点位复核、最后固定，多个分片网架固定好后，再将其拼装成整体，然后复核、调整、固定。有如下有益效果：

(1)本发明利用bim技术对施工全过程进行模拟，编制基于三维模型的可视化施工方案和进度计划，对构件进场、安装、现场总平面布置、安全文明施工做到精细化施工组织，提前发现实际施工过程中可能存在的问题和风险，并对模型和方案进行调整和修改，制定针对性措施，提高了工作效率和安全性。

(2)本发明采用格构式井字架拔杆和提升装置，将在地面拼装完成的分片网架进行整体提升，借助拼装完成的分片网架自身的整体性，以钢网架中心开始对称外扩拼装形成空间单元，以格构式井字架拔杆相互拉结形成稳定体系为承重机构，用滑轮组传动系统为提升装置，使钢网架外扩拼装与提升交替进行，各组格构式井字架拔杆逐步接力提升，将钢网架提升到指定位置，达到将空间三维结构安装到设计空间位置的目的。具有操作简便，施工效率高的优点，节约人工费及管理费用，且提升平稳，定位准确。

(3)本发明先对安装完成的分片网架进行位置复核、调整，利用三维扫描仪对分片网架节点的位置，进行过程复测校核和信息提取，分析其是否在允许范围内；然后再对多个分片网架拼后形成的整体钢网架进行复测校核、调整，双重校核、调整，从而提高了钢网架定位安装的精确度，保证了安装质量，有效减少了对安装好的整体钢网架进行调整的次数，节省了施工时间，从而提高了施工效率。

附图说明

图1为本发明工艺流程框图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明；

如图1所示，一种基于bim技术的钢网架定位安装施工方法，包括以下步骤：

(一)、钢网架定位

(1)先确定钢网架bim模型，将钢网架模型按排布原则、净空要求、深化标准等进行优化，专业工程师及设计单位共同审核后确定钢网架bim模型，然后在确定的bim模型中设置施工现场需放样的坐标点，并将坐标点(平面定位、高程数据)作为基准点，基准点的数量至少为3个，将各区域点位进行数据处理，最后生成数据点。其中，各区域点位包括钢网架bim模型坐标点位、钢网架bim模型螺栓球坐标点位以及钢网架bim模型钢管杆件坐标点位。

(2)投放bim放样机器人对施工现场放样控制点数据信息进行采集；

(3)最后通过平板电脑选取bim模型中所需放样点，即根据bim模型中选中的基准点作为放样点，筛选、选择要放样的点位，选定bim放样机器人架设位置，使bim放样机器人能够测设到较多的点位；通过对基准点聚焦计算出bim放样机器人在空间的位置及与放样点的距离，对红外线所及区域进行逐一描点定位，即控制bim放样机器人在施工现场发射红外激光逐一描点定位，确定放样点，放样完成后选取复杂区域点位进行复测校核。

(二)、钢网架安装

(1)安装格构式井字架拔杆

根据步骤(一)中放样控制点及放样点，确定在地面钢网架范围内格构式井字架拔杆的设置位置及数量，位置及数量确定后，浇筑用于安装格构式井字架拔杆的混凝土基础层，并进行固定格构式井字架拔杆；

(2)在安装固定好的格构式井字架拔杆上安装用于提升分片网架的提升装置，提升装置包括在每组格构式井字架拔杆上设置的滑轮组传动系统，滑轮组传动系统和分片网架之间用钢丝绳连接，钢丝绳的一端将分片网架的下弦球节点捆扎牢固，并用卡环锁死，另一端固定在滑轮组传动系统的吊钩上；另外，将所有格构式井字架拔杆端部用钢丝绳串联紧固，以保证格构式井字架拔杆的整体性；格构式井字架拔杆端部的四个角设置缆风绳，并固定在预先设置的地锚上；

(3)在地面上拼装好分片网架，拼装的具体步骤是，先根据放样控制点和放样点进行选择临时支点，选择临时支点后，安装钢网架支座；然后再依据bim放样机器人检查网架、网格位置，安装钢网架的下弦平面网络；再安装钢网架的上弦倒三角网络和下弦正三角网络，在安装下弦正三角网络时，并同时逐一定位螺栓球节点；最后将连接在同一螺栓球上的三根杆件的长度作为控制指标，进行下一螺栓球的空间定位，安装下弦正三角网络通过逐一定位螺栓球节点的做法，消除由于测设累积带来的误差，达到高精度的要求。

(4)将拼装好的分片网架与提升装置固定连接，固定好后，对分片网架进行提升，提升至指定位置。在提升分片网架时，先对分片网架进行试吊，当分片网架脱离支座80-180mm时，本实施例中，当分片网架脱离支座120mm时停止提升，观察下弦轴线与分片网架投影轴线是否重合，如不重合进行一次初调整；检查格构式井字架拔杆的受力状况，拔杆地基是否有下沉现象，拔杆顶端是否对准基准面的十字中心线；检查滑轮组传动系统是否受力均匀，钢丝绳、地锚受力变化等情况，停止提升4h后，若无问题再正式提升。正式提升时，保证分片网架各构件同步提升，可通过在每一组格构式井字架拔杆上设置刻度，并在分片网架上悬挂线锤，以控制分片网架各构件提升的统一。提升至比梁柱高出40mm位置时，将上弦杆件和螺栓球拼装到位，水平移动分片网架至梁柱顶上方，然后将分片网架轻轻落在梁柱顶部。

(5)利用钢网架bim模型对提升完成后的分片网架的安装精度进行复核，具体复核时将各区域点位的坐标进行换算，以换算后的坐标位置与拼装的分片网架的安装精度进行复核，复核出现偏差时，及时进行调整，调整完成后，将分片网架与梁柱进行固定，分片网架与梁柱的顶部通过焊接的方式固定连接。

(6)将提升后的多个分片网架进行拼装，在拼装的过程中，形成钢网架整体；

(三)、三维扫描复测校核

(1)对安装好的整体钢网架用三维扫描仪进行外业扫描获取点云数据，用点云数据进行逆向建模；钢网架安装过程中，首先确定构件受控制的标志点，在通过三维激光扫描仪进行外业扫描时，对标志点做特殊标记，作为特征点，以便于三维扫描仪更准确获取该点；

(2)realworks软件数据处理，依次将钢网架所需安装的构件扫描模型按照关键点坐标所在坐标系导入软件中，用三维扫描形成的点云模型通过相关软件的拼接、拟合以及降噪处理，形成所需要构件的数字模型；

(3)在完成的钢网架安装模型中对每两个构件连接部位的偏差进行分析，并考察偏差是否在允许范围内，从而将现场测绘得到的实际建造结构信息与模型汇总的数据对比，完成bim信息交互与专业数据共享；最后，对现场钢网架安装构件进行调整、固定，根据偏差进行构件位置的调整，调整完成后对构件进行重新固定。

本发明通过在确定的钢网架bim模型中，设置钢网架节点点位布置，进入现场，使用bim放样机器人对现场放样控制点进行数据采集，再通过平板电脑选取bim模型中所需放样点，指挥机器人发射红外激光自动照准现实点位，从而将bim模型精确的反应到施工现场，采用格构式井字架拔杆和滑轮组传动系统将地面拼装完成的钢网架进行整体提升，借助拼装完成的钢网架自身的整体性，在地面钢网架范围内合理布置格构式井字架拔杆，以钢网架中心开始对称外扩拼装形成空间单元，以格构式井字架拔杆相互拉结形成稳定体系为承重机构，用滑轮组传动系统为提升装置，使钢网架外扩拼装与提升交替进行，各组格构式井字架拔杆逐步接力提升，将钢网架提升到指定位置，达到将空间三维结构安装到设计空间位置的目的。钢网架在定位安装时，利用三维扫描仪对钢网架节点的位置进行过程复测校核和信息提取，分析其是否在允许范围内，从而提高钢网架定位安装的精确度。

本发明施工方法的特点如下：

(1)能够对结构的复杂节点进行深化设计，对复杂节点的安装进行模拟；

(2)加强深化设计与现场施工的连接，施工前提前发现设计错误，避免返工；

(3)将所有点的测绘精度从厘米级缩小至毫米级，为施工精度实施提供保障；

(4)测量与钢结构操作人员配合简便有效，及时满足现场钢结构安装需要；

(5)实时计算出点位坐标和偏差信息数据，保证杆件节点连接安装的准确性；

(6)加强深化设计与现场施工的连接，减少施工错误与返工，保障施工进度。

本工法适用于焊接球球节点、螺栓球节点及螺栓连接的所有大跨度、复杂造型钢网架施工，尤其适用于对拼装精度控制、安装精度控制以及安装过程监测精度要求高，结构复杂，构件数目多且比较大，复杂奇异的造型。

(四)本发明带来的经济效益或社会效益如下：

(1)使用软件搭配bim放样机器人，简化施工现场精确定位bim坐标的过程、将bim模型的设计意图与真实世界链接、实现了工程数据从设计到施工的无缝对接。运用bim技术进行测设除前期一次性设备投入外，在安装过程中不再需要其他投入，减少人工投入等方面有着极大的经济效益。采用格构式井字架拔杆和滑轮组传动系统，施工过程采用专门机械施工，具有操作简便，施工速度快的优点，节约人工费及管理费用。提升平稳，定位准确，降低今后维护的工作量和维修成本。

(2)钢网架定位安装施工因其构件尺寸大、重量大，施工危险性高，利用bim技术对施工全过程进行模拟，编制基于三维模型的可视化施工方案和进度计划，对构件进场、安装、现场总平面布置、安全文明施工做到精细化施工组织，提前发现实际施工过程中可能存在的问题和风险，并对模型和方案进行调整和修改，制定针对性措施，提高工作效率和安全性。通过移动终端设备，项目可实现利用三维模型指导施工和验收，对复杂位置的施工组织和施工质量大有裨益，避免重复与浪费，同时，对于响应国家号召，具有明显的社会及环保效益。

(六)本发明中质量控制措施如下：

(1)钢材及焊材的品种、规格、性能等应符合现行国家产品标准和设计要求，进口钢材产品的质量应符合设计和合同规定标准的要求。

(2)钢网架制作安装验收及土建施工放线使用的所有钢尺必须标准统一丈量的拉力要一致，当跨度较大时应按气温情况考虑温度修正。

(3)球体与杆件钢管连接接时，杆中心相交于球中心。球体的连接平面应与弦杆平面平行，有利于球体的受力。

(4)加工制作应按本设计钢结构设计加工图，并应现场放样核对无误后方可下料加工。

(5)在格构式井字架拔杆安装之前，格构式井字架拔杆下部的地基要夯实垫平，同时根据地基上设置混凝土基础，以增大格构式井字架拔杆承重后的地基强度。

(6)建筑物的定位轴线、基础轴线和标高、地脚螺栓的规格及其紧固应符合设计要求。钢网架结构安装允许偏差见下表(允许偏差表)：

钢网架结构安装允许偏差表

(七)本发明施工中安全措施如下

(1)现场机械的安全限制装置、吊具等定期检查。当风速达到6级以上吊装作业必须停止。

(2)施工用电采用“三相五线制”三级配电，三级保护，机械设备的接地接零必须安全可靠，设备专人操作，持证上岗，按规定做好一机一闸一保护。

(3)起吊前应专人检查吊点、吊钩、索具、地锚、提升系统的安全装置，清理干净网架上杂物及清除与网架所有连接。

(4)进入施工现场必须戴安全帽，高空作业系好安全带，必要时铺设安全网，吊装前向吊装人员进行安全教育以及关键部位的安全交底。吊装作业时应划定危险区域，挂设安全标记，加强安全警戒。

(5)拔杆安装一定要垂直，中心点应与地面定位轴线重合，拔杆与拔杆之间应有水平缆风绳串连，缆风绳一端固定在拔杆顶端，另一端固定在柱上或地锚上，与地面的夹角大于30°小于45°。

(6)在网架吊装前必须对吊装时的吊点反力以及网架的受力状况进行验算，以确保网架吊装的安全。

(八)环保措施

(1)各种运输车辆采取相应措施，防止扬尘、污染空气。施工便道保持路面干净，经常洒水，减少扬尘。

(2)施工垃圾要集中堆放，严禁将垃圾随意堆放或抛撒。施工垃圾应由合格消纳单位组织消纳，严禁随意消纳。

(3)施工现场应设立合格的卫生环保设施，严禁随处大小便。施工人员要节约用水，消灭长流水、长明灯现象。

(4)使用或维修机械时，应有防滴漏油措施，严禁将机油滴漏于地面，造成污染。废弃的棉丝(布)等应集中回收，严禁随意丢弃或燃烧处理。

(5)严禁在现场随意焚烧任何废弃物和会产生有毒有害气体、烟尘、臭气等物质。焊接、气割、运输、燃油机械等所用气体或油料的纯度应符合有关规定。

(6)采取有效措施控制施工过程中的扬尘，现场适量洒水，减少扬尘，对振动的施工机械采取有效措施，降低噪音。

(九)工程实例

(1)机场东航货运区项目

1)工程概况。机场东航货运区项目，其中1号航空货运站为一层钢网架结构，建筑高度为14.6m，建筑面积2.8万平方米。

2)施工情况。钢网架结构形式为二层正交四角锥局部抽空网架，采用格构式井字架拔杆和滑轮组传动系统进行整体提升。工程施工时间2018年4月至2019年7月，施工过程中运用bim技术严格按照本工法要求施工，并保证施工质量满足规范要求。

3)应用效果。施工完成后对钢网架定位安装施工质量进行实测实量，钢网架质量评定高。通过在基于bim技术的钢网架定位安装施工后，安装的精确度，保证了安装质量，施工进度快，得到了建设监理单位的一致好评。

(2)车体撞击试验厂房

1)工程概况。车体撞击试验厂房，建筑物占地面积5499.36平方米，总建筑面积为6681.93平方米，其中钢结构厂房面积为4413.96平方米。

2)施工情况。钢网架结构，采用格构式井字架拔杆和滑轮组传动系统将地面拼装完成的钢网架进行整体提升。工程施工时间2018年4月至2019年5月，施工过程中运用bim技术严格按照本工法要求施工，并保证施工质量满足规范要求。

3)应用效果。施工完成后对钢网架定位安装施工质量进行实测实量，钢网架质量评定高。通过在基于bim技术的钢网架定位安装施工后，经济效益明显提高，施工进度快，得到了建设监理单位的一致好评。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。