鋼筋砼巨型結(jié)構(gòu)組合體系在高層建筑中的應(yīng)用基本信息

本文分析了鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程項(xiàng)目管理的問(wèn)題出發(fā)，發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程在深化設(shè)計(jì)、信息傳遞以及現(xiàn)場(chǎng)管理方面存在問(wèn)題。

1鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程面臨的問(wèn)題

（1）鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程的制造工藝和連接節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，深化設(shè)計(jì)出現(xiàn)誤差概率大。鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)是指依據(jù)橋梁設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工圖繪制用于加工和安裝施工的圖紙資料，保證業(yè)主方、承包方、設(shè)計(jì)方以及分包商的設(shè)計(jì)思想的一致性，使得鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制造變得簡(jiǎn)易和具操作性。深化設(shè)計(jì)人員需要把每個(gè)構(gòu)件的詳細(xì)信息在圖紙上表達(dá)，包括材質(zhì)、截面、數(shù)量、重量、形狀、主次零件相對(duì)位置、開(kāi)孔位置以及焊縫位置等，以求圖紙簡(jiǎn)單易懂。

深化設(shè)計(jì)的主要步驟是：根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工圖進(jìn)行放樣，以確定鋼構(gòu)件之間是否有碰撞；若在放樣中發(fā)現(xiàn)碰撞、節(jié)點(diǎn)施工難以實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題，應(yīng)與設(shè)計(jì)院及甲方溝通，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整；確定結(jié)束后進(jìn)行圖紙的繪制，一般順序是柱、梁、支撐、系桿、檁條、圍護(hù)以及其他鋼構(gòu)件。

鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)中，放樣的工作量是巨大的。目前，許多使用AutoCAD進(jìn)行放樣，工作效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。而且，對(duì)于比較復(fù)雜的空間曲線(xiàn)和曲面，使用Auto-CAD難以完成任務(wù)，必須借助于先進(jìn)的三維軟件方可實(shí)施。而在深化設(shè)計(jì)的過(guò)程中或者完成后遇到設(shè)計(jì)變更時(shí)，深化設(shè)計(jì)人員需要校對(duì)大量的信息，以確定修改的部位，再進(jìn)行重復(fù)的步驟，大大增加了工作量。除此以外，鋼結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)的零件較多，單憑二維AutoCAD軟件以及設(shè)計(jì)師的空間想象能力，容易導(dǎo)致深化設(shè)計(jì)的錯(cuò)漏，也不利于材料清單等信息的傳遞。

（2）鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程的壽命周期較短，信息傳遞不夠及時(shí)。在安裝鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件前，項(xiàng)目場(chǎng)地的基礎(chǔ)工程必須先完成。鋼結(jié)構(gòu)的制造工期與工地的項(xiàng)目進(jìn)程緊密聯(lián)系。需要有足夠的時(shí)間讓其可以完成深化設(shè)計(jì)、制造以及包裝運(yùn)輸?shù)裙ぷ?，否則項(xiàng)目工地上就會(huì)出現(xiàn)停工等延誤工期的情況。

通常鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)生產(chǎn)的旺季是5～12月份。鋼結(jié)構(gòu)制造工廠(chǎng)的產(chǎn)能是固定的，車(chē)間的機(jī)械也需要定期維修以保證產(chǎn)能。一些工期較緊的項(xiàng)目完成的時(shí)間可能只有幾個(gè)月。由此可見(jiàn)，當(dāng)市場(chǎng)需求量大于鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)的常規(guī)產(chǎn)能時(shí)，企業(yè)需要通過(guò)加班和減少機(jī)械的維修以滿(mǎn)足需求。這可能導(dǎo)致機(jī)械折舊的成本大大提高，而且會(huì)降低工人的情緒及工作熱情，導(dǎo)致工作效率下降。

因此，鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程工期和成本的控制與信息傳遞效率的高低有密切的聯(lián)系。然而，現(xiàn)今鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程的信息傳遞方式還是依賴(lài)于二維圖紙等文本資料。比如，深化設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是設(shè)計(jì)院的結(jié)構(gòu)施工圖紙;技術(shù)工人向一線(xiàn)工人進(jìn)行技術(shù)交底時(shí)依賴(lài)加工圖紙。

這使得深化設(shè)計(jì)人員以及一線(xiàn)工人都需要在腦海里重構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)工程的感官認(rèn)識(shí)，同時(shí)也花費(fèi)大量的時(shí)間才能開(kāi)展工作。項(xiàng)目管理人員對(duì)材料、質(zhì)量以及成本的管理依賴(lài)于設(shè)計(jì)階段和深化設(shè)計(jì)階段積累下來(lái)的圖紙以及報(bào)表，這些資料量大而且不容易處理，造成鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)不能及時(shí)準(zhǔn)備好材料的購(gòu)置，控制質(zhì)量以及成本需要做大量重復(fù)的工作。在這種情況下，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目遇到設(shè)計(jì)變更的時(shí)候，項(xiàng)目管理人員需要更多的時(shí)間處理需要變更的構(gòu)件，工作強(qiáng)度也會(huì)大幅增加。

（3）現(xiàn)場(chǎng)安裝管理不確定因素多，管理效率低，鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程的構(gòu)件數(shù)量大。鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)根據(jù)承包方的工期計(jì)劃完成鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制造并運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。這與項(xiàng)目的資源管理、技術(shù)管理、成本管理有關(guān)，同時(shí)也受氣候條件、施工環(huán)境等因素影響。然而這些因素都存在一定的不確定性，遇到特殊天氣必須停工或者設(shè)計(jì)變更時(shí)，承包方項(xiàng)目管理人員若不能第一時(shí)間掌握施工進(jìn)度信息以及構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)的信息，則不能作出及時(shí)的調(diào)整，最后會(huì)導(dǎo)致工程進(jìn)度的失控。除此以外，為了節(jié)省鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸成本，鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件每次的運(yùn)輸數(shù)量是比較大的，而施工現(xiàn)場(chǎng)通常采用人工的方式采集數(shù)據(jù)效率低，出錯(cuò)率高。

2鋼結(jié)構(gòu)橋梁中實(shí)施BIM技術(shù)的必要性

BIM在橋梁工程中使用得越來(lái)越多，已經(jīng)成為建筑業(yè)最關(guān)注的技術(shù)和概念之一，也是工程信息化的重要舉措?，F(xiàn)階段一些企業(yè)正嘗試應(yīng)用BIM，努力發(fā)掘BIM的價(jià)值。

但由于軟件功能還沒(méi)成熟等問(wèn)題，建立BIM模型后還需要繪制或者導(dǎo)出CAD圖紙供實(shí)際工程項(xiàng)目的管理人員使用。這有悖于BIM的理念，也沒(méi)有起到提高效率的作用。鋼結(jié)構(gòu)工程的深化設(shè)計(jì)、加工制造以及安裝等關(guān)鍵步驟之間的聯(lián)系密切，而且其軟件的功能比較成熟，可以作為BIM應(yīng)用于工程項(xiàng)目生命周期的試點(diǎn)。

另一方面，從上述的研究可以看出，鋼結(jié)構(gòu)工程管理的問(wèn)題主要在工程各項(xiàng)信息的傳遞效率的問(wèn)題。而利用BIM技術(shù)，復(fù)雜的建筑外觀(guān)以及節(jié)點(diǎn)都可以以三維的視覺(jué)呈現(xiàn)，深化設(shè)計(jì)以及制造過(guò)程中的巨量信息可以被自動(dòng)地處理，也有助于解決現(xiàn)場(chǎng)管理的問(wèn)題。而在鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程中，通常作為分包商的鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)承擔(dān)了鋼結(jié)構(gòu)工程的深化設(shè)計(jì)以及構(gòu)件制造工作，鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)有時(shí)也作為承包商承擔(dān)現(xiàn)場(chǎng)的安裝工作。深化設(shè)計(jì)和構(gòu)件的制造對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程來(lái)說(shuō)是非常重要的。鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)要承接橋梁設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的信息以完成這兩項(xiàng)工作，而運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝的工作也要在這兩項(xiàng)工作的基礎(chǔ)下才能完成，鋼結(jié)構(gòu)工程的整體質(zhì)量和能否實(shí)現(xiàn)都依靠準(zhǔn)確的深化設(shè)計(jì)以及高精度的加工制造。因此，鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)應(yīng)用BIM是作為BIM應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)工程中的重要驅(qū)動(dòng)方式。

為了進(jìn)一步落實(shí)BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用，以解決鋼結(jié)構(gòu)工程中存在的問(wèn)題，以下將探討B(tài)IM在鋼結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目管理中的應(yīng)用。

3BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程中的具體應(yīng)用

（1）系統(tǒng)，所謂面向?qū)ο?，即是將橋梁工程中常涉及到的結(jié)構(gòu)部位提取出來(lái)，形成固定形式的構(gòu)件對(duì)象。這個(gè)在Revit系列軟件里就是族的概念。就基于族的概念，下面展開(kāi)參數(shù)化設(shè)計(jì)在橋梁設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用。Revit系列軟件里面族的概念既是參數(shù)化構(gòu)件。Revit系列軟件由于主要針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)行業(yè)，所以軟件的設(shè)置跟內(nèi)置族基本是建筑結(jié)構(gòu)方面的構(gòu)件。但是族是可以自己制作的，而且國(guó)際工程同行中有趨勢(shì)把族進(jìn)行免費(fèi)共享化。

其實(shí)在橋梁設(shè)計(jì)行業(yè)里面，早己有橋梁通、橋梁設(shè)計(jì)師這種參數(shù)化設(shè)計(jì)出圖軟件，但是可擴(kuò)展性較差，而且軟件之間的互通性較差，只能實(shí)現(xiàn)本身軟件設(shè)置下的圖紙輸出。該類(lèi)軟件在橋型較為復(fù)雜的工程中就無(wú)能為力了。在模型的建立時(shí)，實(shí)現(xiàn)可參數(shù)化驅(qū)動(dòng)模型，對(duì)后期的方案修改、調(diào)整等工作極為有利。這類(lèi)設(shè)計(jì)軟件在機(jī)械行業(yè)就有典型的代表，如Solidworks，Pro/Engineer等。

不同構(gòu)件有各自的數(shù)據(jù)信息模型。這些構(gòu)件數(shù)據(jù)模型通過(guò)輸入不同的參數(shù)，可快速建立這些構(gòu)件的3D模型用于該橋梁工程。

同時(shí)，由于橋梁復(fù)雜異型構(gòu)件多，通用性差，“族”構(gòu)件缺少，要實(shí)現(xiàn)參數(shù)化往往需要自己具體構(gòu)件進(jìn)行參數(shù)化建模。

（2）模型計(jì)算。橋梁工程的計(jì)算主要包括兩大塊內(nèi)容：整體模型計(jì)算和局部模型計(jì)算。得益于設(shè)計(jì)階段的數(shù)據(jù)模型的建立，做整體計(jì)算時(shí)可以從橋梁整體數(shù)據(jù)模型中提取很多有用的數(shù)據(jù)包括圖形等，當(dāng)然由于橋梁計(jì)算的特殊性，整體模型計(jì)算時(shí)往往要把橋梁結(jié)構(gòu)做一定的簡(jiǎn)化，當(dāng)然這個(gè)基于現(xiàn)階段計(jì)算理論及計(jì)算機(jī)能力的基礎(chǔ)上的，如果互聯(lián)性做的足夠好的話(huà)，模型信息數(shù)據(jù)傳遞成功率高，這樣也節(jié)省了計(jì)算模型建立的時(shí)間，大大提高效率。當(dāng)然BIM技術(shù)發(fā)展最高境界就是一個(gè)數(shù)據(jù)模型里面解決所有計(jì)算問(wèn)題。在Autodesk公司的RevitStructure軟件里己經(jīng)集成計(jì)算模塊，當(dāng)然這部分功能有待于完善與強(qiáng)化。局部計(jì)算時(shí)，則能充分的利用前期的建模成果，例如鄂東長(zhǎng)江大橋中鋼箱梁的局部分析，此時(shí)信息模型的箱梁構(gòu)件可以直接輸出計(jì)算軟件的所能讀取的格式文件，轉(zhuǎn)換形式如圖1所示，這樣能省去在有限元計(jì)算軟件里面建模的時(shí)間。

圖1基于BIM的模型計(jì)算模式

在這一階段我們必須面對(duì)的是：當(dāng)前在橋梁工程相關(guān)軟件沒(méi)有統(tǒng)一信息交互標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致信息傳遞交互性差，往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)模型信息數(shù)據(jù)公用互導(dǎo)，導(dǎo)致計(jì)算模型需獨(dú)自建立。

（3）圖紙輸出。3D設(shè)計(jì)能夠精確表達(dá)復(fù)雜造型橋梁的幾何特征，相對(duì)于傳統(tǒng)的CAD平面繪圖，3D設(shè)計(jì)不存在幾何表達(dá)障礙，對(duì)任意復(fù)雜的造型均能準(zhǔn)確表現(xiàn)。3D將成為高端設(shè)計(jì)領(lǐng)域的必由之路。

4結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)作為一種新時(shí)代被廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式，其構(gòu)件制造過(guò)程具有制造業(yè)的特點(diǎn)，同時(shí)具有效率好、強(qiáng)度高、對(duì)環(huán)境破壞少等特點(diǎn)，是建筑行業(yè)里的熱門(mén)領(lǐng)域之一。鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程制造工藝復(fù)雜，對(duì)信息管理的要求比較高。BIM技術(shù)適合在鋼結(jié)構(gòu)橋梁項(xiàng)目中的應(yīng)用，可以看出BIM技術(shù)對(duì)降低鋼結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目的深化設(shè)計(jì)費(fèi)用、縮短工期、準(zhǔn)確預(yù)算工程量等方面有實(shí)質(zhì)性的效果，而且在提高對(duì)項(xiàng)目的管控能力、改善安裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、減少項(xiàng)目信息的流失和錯(cuò)誤方面有巨大的潛在效益。

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【學(xué)員問(wèn)題】泵在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用？

【解答】從泵的性能范圍看，巨型泵的流量每小時(shí)可達(dá)幾十萬(wàn)立方米以上，而微型泵的流量每小時(shí)則在幾十毫升以下；泵的壓力可從常壓到高達(dá)19.61Mpa（200kgf/c㎡）以上；被輸送液體的溫度最低達(dá)-200攝氏度以下，最高可達(dá)800攝氏度以上。泵輸送液體的種類(lèi)繁多，諸如輸送水（清水、污水等）、油液、酸堿液、懸浮液、和液態(tài)金屬等。

在化工和石油部門(mén)的生產(chǎn)中，原料、半成品和成品大多是液體，而將原料制成半成品和成品，需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的工藝過(guò)程，泵在這些過(guò)程中起到了輸送液體和提供化學(xué)反應(yīng)的壓力流量的作用，此外，在很多裝置中還用泵來(lái)調(diào)節(jié)溫度。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，泵是主要的排灌機(jī)械。我國(guó)農(nóng)村幅原廣闊，每年農(nóng)村都需要大量的泵，一般來(lái)說(shuō)農(nóng)用泵占泵總產(chǎn)量一半以上。

在礦業(yè)和冶金工業(yè)中，泵也是使用最多的設(shè)備。礦井需要用泵排水，在選礦、冶煉和軋制過(guò)程中，需用泵來(lái)供水先等。

在電力部門(mén)，核電站需要核主泵、二級(jí)泵、三級(jí)泵、熱電廠(chǎng)需要大量的鍋爐給水泵、冷凝水泵、循環(huán)水泵和灰渣泵等。

在國(guó)防建設(shè)中，飛機(jī)襟翼、尾舵和起落架的調(diào)節(jié)、軍艦和坦克炮塔的轉(zhuǎn)動(dòng)、潛艇的沉浮等都需要用泵。高壓和有放射性的液體，有的還要求泵無(wú)任何泄漏等。

在船舶制造工業(yè)中，每艘遠(yuǎn)洋輪上所用的泵一般在百臺(tái)以上，其類(lèi)型也是各式各樣的。其它如城市的給排水、蒸汽機(jī)車(chē)的用水、機(jī)床中的潤(rùn)滑和冷卻、紡織工業(yè)中輸送漂液和染料、造紙工業(yè)中輸送紙漿，以及食品工業(yè)中輸送牛奶和糖類(lèi)食品等，都需要有大量的泵。

總之，無(wú)論是飛機(jī)、火箭、坦克、潛艇、還是鉆井、采礦、火車(chē)、船舶，或者是日常的生活，到處都需要用泵，到處都有泵在運(yùn)行。正是這樣，所以把泵列為通用機(jī)械，它是機(jī)械工業(yè)中的一類(lèi)生要產(chǎn)品。

以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題整理而成，供參考，如有問(wèn)題請(qǐng)及時(shí)溝通、指正。