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大直径菱形花格钢结构施工仿真与智慧监控施工工法

1前言

随着我国建筑事业的快速发展，新材料、新技术日益增多，钢结构以其结构稳定、安装轻便、抗震性能好等优点而得到广泛的应用。对比于传统的混凝土和砌体结构，钢结构因为自重轻特别适合建造大跨度、造型复杂建筑物，并且它的施工工期也相对较短，材料可以回收利用。当前，钢结构工程通常具有形式多样、结构复杂、工程规模大、设计难度大的特点，因此其中涵盖了大量的信息。在大量的信息交汇中，很容易出现信息交流不畅，导致沟通不充分，引起工期延后，现场管理混乱的问题，同时难度复杂的深化设计问题也影响着钢结构工程的实体质量。作为装配式结构的代表，钢结构亟待与BIM技术结合来优化产业模式。

如何保证大跨度钢、造型复杂结构施工质量、工期和施工安全是社会较为关心的问题，而以信息化技术为主导的实时感知预警已然成为监测发展方向，是施工质量的保证。

在钢结构施工过程结合传感器进行信息化监控预警，旨在弥补目前大跨度钢、造型复杂结构隐患监测存在的不足，能够实时地获取监测数据并存储，三维可视化动态显示监测对象信息并实现隐患位置的快速查找，以及通过综合预警评估对结构进行定期的全面评估，以消除预警误差保证结构安全状态评估的准确性。同时，该系统的适应性较强，对于其他类型工程项目的隐患监测或其他阶段的监测也起到一定参照的作用。

本工法根据国内BIM市场的需求，围绕“仿真”和“信息化”，利用Revit及Revit二次开发技术建立钢结构空间网架的Bim模型，并与有限元相结合，在施工前对模型进行分析，确保了模型的安全性。

本工法提出利用BIM软件进行大直径菱形花格钢结构的模块拆分模型设计、预拼装及模块化安装，在实际施工前对施工方案进行有效调整，避免了施工中的拆卸。通过多个工程的实践应用，可加快施工进度、节约了成本提升了工效。

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广东省六建集团有限公司在本工法应用过程中，通过总结钢结构施工中临边安全防护栏杆的安装经验提炼出《一种便于拆装的建筑施工用防护栏》获实用新型专利，专利号ZL201920303295.8。

图1-1一种便于拆装的建筑施工用防护栏

经多项工程实践应用，具有很强的实用性和创新性，在行业内有广阔的推广应用前景，可以给同类型工程项目起到指导和参考作用。

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2020年8月由广东省建筑业协会组成鉴定委员会鉴定意见可知：鉴定委员会一致认为“大直径菱形花格钢结构施工仿真与智慧监控关键技术”达到了国际先进水平，同意通过科技成果鉴定。因此，形成“大直径菱形花格钢结构施工仿真与智慧监控施工工法”。

2工法特点

本工法采用的主要技术是将建筑信息模型（BIM）技术、有限元仿真技术、信息化监控技术与大型钢结构拼装技术相结合，创新性地提出了大直径菱形花格钢结构的信息化施工方法，将深化设计、施工模拟和智能监测于一体，即在结合施工需求利用BIM模型针对不同部位构件进行拆分设计，在此基础上通过坐标转化实现信息化放样，对复杂空中作用进行有限元仿真，根据实测数据通过反演、正演分析，评价结构体系的稳定性和节点精度，确定是否调整施工参数与施工对策。针对需解决的关键性问题，大直径菱形花格钢结构施工仿真与智慧监控施工工法的创新点为以下三项技术。

（1）基于BIM技术的大直径菱形花格钢结构拆分设计与定位放样技术

结合大直径菱形花格异形钢结构特点和施工条件，其不规则的空间结构现场定位困难。为此进行初步模块拆分设计，利用BIM软件完成深化设计模型，在模型中定出控制点并测设目标参数值，用专门仪器监测控制点三维空间参数进行数据采集，对数据进行归类、分析并与模型中控制点目标参数比较，进行曲线分析，修正实际值与模型目标值之间的偏差，动态反馈于施工放样定位，指导施工下料。

（2）大直径菱形花格钢结构部件施工仿真与信息化施工技术

利用BIM脚本碰撞分析和精确有限元数值模型模拟，预测整个施工过程中大直径花格钢结构部件空中碰撞，大直径菱形花格钢结构部件及安装支座在不同吊装状况静内力与挠度变化情况，特别是临时固定工况下可能出现的下挠变形与构件倾覆，根据响应结果调整部件拆分的最终尺寸并确定辅助稳定设备的布置与规格。

（3）大直径菱形花格钢结构施工综合监测信息集成技术

在前期BIM模型和有限元分析基础上，将BIM模型中角度坐标和相对高程目标参数导出，通过坐标系转换解决部件放样和安装坐标定位。结合整体模型，确定监控控制点，以安装支座主控制点，选择吊装绑扎点与构件重心为次控制点，

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重点支座处安装位移传感器、应变片和角度传感器。

通过监控量测精确定位各个主控点的三维空间位置，了解支护结构的受力和变位状态，将采集到的数据进行归类分析，与计