1 工程概况

诺德英蓝国际金融中心位于天津市滨海新区于家堡金融起步区，主体结构塔楼地上64层，地下4层，建筑高度292.95 m，结构形式采用“巨型柱+钢板剪力墙核心筒+伸臂桁架+环形桁架”混合结构体系.金融中心工程规模大、技术难度高、施工周期长等特点，传统的施工方法与检测手段已远远不能满足要求.建筑信息模型（简称BIM）作为建筑工程领域一项新兴技术，具有可视化、协调性、模拟性、优化性等特点，为其应用于工程项目全寿命周期奠定理论基础.将BIM技术应用于超高层建筑施工阶段施工模拟和内力监测工作，在顺利解决以往难题的同时，对该领域的研究将带来新的思路和方法[1-3].运用BIM技术3DMax软件渲染的金融中心效果图如图1所示.

2 金融中心BIM技术建模研究

金融中心工程规模大、技术难度高、施工周期长等特点.运用基于 BIM技术的 Revit、Tekla、Navisworks、Extensions等软件，将“建筑信息”和“建筑模型”2个概念融入到金融中心主体结构动态模型，为BIM技术服务于内力监测和施工模拟工作提供技术支持.金融中心首层结构模型三维视图如图2所示，主体结构BIM模型如图3所示.

  

图1 金融中心效果图Fig.1 Effect diagram of Financial Center

  

图2 BIM模型三维视图Fig.2 BIM model 3-D view

3 BIM技术在施工模拟中的应用研究

  

图3 主体结构BIM模型Fig.3 The main structure of the BIM model

由于工程规模大、施工周期长、施工难度大等因素导致施工阶段主体结构受力复杂，施工质量和安全存在隐患.将BIM技术应用于主体结构施工过程中的核心筒领先施工、水平加强层施工、专业交叉碰撞检测等因素进行模拟研究，保证主体结构施工阶段安全稳定，体现出金融中心施工阶段进行施工模拟工作对主体结构安全施工具有重要的指导作用.

3.1 基于BIM技术的核心筒领先施工过程模拟研究

依据金融中心主体结构塔楼施工顺序，考虑核心筒领先施工技术在本工程的应用，运用BIM技术对主体结构整个施工阶段进行施工模拟，分别选取核心筒达到安装伸臂桁架的施工层数，即8、21、35、49、64层、封顶6个工况，依次进行主体结构施工模拟，表1列出各施工阶段核心筒和外框架施工层数[4-5].运用BIM技术进行金融中心核心筒领先外框架施工如图4所示.

将金融中心地上主体结构BIM模型转换到SAP2000软件中进行结构分析工作如图5所示，应用SAP2000有限元软件，采用精确加载方法对结构模型施加重力荷载及施工荷载，通过观察云图6，4种工况下主体结构竖向位移分布情况相似，呈现底部和顶部竖向位移较小，中间部位竖向位移较大的分布规律.同时看到，核心筒领先4层和8层工况下主体结构竖向位移小于核心筒领先12层和16层工况下主体结构竖向位移，结构竖向位移随核心筒领先楼层数的增加呈现递增趋势.

通过曲线图如图7所示，不同工况下主体结构竖向位移差存在较大差别，但总体发展规律为中间层竖向位移差数值较大.核心筒领先施工4层和16层工况下，主体结构竖向位移差数值始终为正数，表明巨型柱竖向位移始终大于核心筒竖向位移，位移差最大值出现于35层层高附近.核心筒领先施工8层和12层工况下，主体结构竖向位移差数值从底层发展，随楼层高度持续增大，正向最大值出现于21层附近.随后数值随楼层高度减小，分别于50层和45层附近数值变为负数，表明此时核心筒竖向位移值开始大于巨型柱竖向位移值，此后主体结构竖向位移差绝对值持续增大，在64层顶层，数值达到负向最大值.

 

表1 6种工况下核心筒和外框架施工层数Tab.1 Six core tube and the outer frame construction under the condition of layers

  

施工阶段 核心筒施工层 外框架施工层工况1 8 2工况2 21 12工况3 35 26工况4 49 40工况5 64 54工况6 封顶 封顶

  

图4 核心筒领先施工的施工模拟Fig.4 Construction of core tube leading construction simulation

  

图5 BIM模型导入到SAP2000过程图Fig.5 Import the BIM model to SAP2000

  

图6 4种工况主体结构竖向位移云图Fig.6 4-conditions of vertical displacement cloud

(3)使用车门高度调整工装调整门页，以保证门页与车体鼓形重合一致。车门高度调整工装为1块厚10 mm的铝型材，调整门页高度时将该工装放在门槛上，然后将门页放置于工装上，最后拧紧相关紧固螺栓。此方法可保证门页到门槛距离为10 mm±2 mm(见图11)，即保证了门页与车体鼓形重合一致。

3.2 基于BIM技术的水平加强层施工模拟研究

对照组患者仅接受常规糖尿病健康教育；观察组在此基础上，建立微信群，利用语音功能进行饮食-运动健康教育，要求群内患者每天分享饮食情况、运动过程，干预期为3个月。

BIM技术团队将建筑、结构、机电、钢结构深化等多专业领域模型整合进单一集成的项目模型中，在Navisworks软件中进行冲突管理和碰撞检测，可以帮助设计人员和施工人员在施工前预防和避免管线碰撞隐患.

  

图7 4种工况下主体结构竖向位移差曲线图Fig.7 Vertical displacement of the main structure of the four conditions of the curve

  

图8 水平加强层施工顺序Fig.8 Horizontal reinforcement layer construction sequence

此外，通过Revit模型导入3DMax软件进行模型渲染以及导入Navisworks软件进行施工模拟均体现了这一工作原理[7].施工模拟动画制作完成后，运用导出动画功能，使用视频播放软件观看金融中心水平加强层的施工模拟动画.由于在Animator中添加并设置了相机功能，动画播放时视角将自动旋转，便于从各个角度观看水平加强层施工模拟过程，施工模拟视频流程如图9所示.

在农业保险运行中，在假设保险公司经营的情况下，政府通过保险公司对农户的农业保险行为做出补贴B，情况如表4所示。

  

图9 施工模拟动画Fig.9 Construction simulation animation

运用BIM技术对第4道水平加强层（49～50层）采用2种方法进行了施工模拟，从而实现金融中心施工流程的可视性，提高各参建方之间的理解、交流和协作效率.首先运用Revit系列建模软件进行主体结构模型的建立工作，其中钢结构节点深化运用了Tekla系列建模软件，将Revit软件系统的主体结构模型数据信息进行交互和共享，通过IFC标准建立链接接口，实现了Tekla钢结构专业软件在Revit模型基础上进行钢结构节点深化功能，进行如图8模拟.

县人大常委会在“双联”工作中，坚持把“双联”工作与县委中心工作相结合，找准切入点，助力全县重点工作扎实开展。

3.3 BIM技术对结构模型缺陷和机电模型碰撞检测

金融中心项目采用Revit建立了三维主体结构模型，通过分析和调试结构三维模型，可以清晰观察二维施工图纸难以发现的结构缺陷，从而在事前进行及时有效的设计变更和改进，降低了施工索赔和现场签证发生概率，保证主体结构施工阶段依据时间进度计划顺利进行.如图10所示为金融中心核心筒某卫生间处模型视图，通过三维视图可清晰发现，该卫生间降板处未设计反梁，楼板间存在洞口，结构设计阶段存在缺陷.

运用BIM技术建立金融中心主体结构机电模型，并将各专业模型依据基点进行整合，运用BIM技术碰撞检测功能进行管线碰撞检查.如图11所示为金融中心设备层某处管道布置情况，由金融中心机电三维模型可清晰看到，该处各专业多根管道与风管设备发生碰撞，且碰撞程度严重.诸如此类问题，若在金融中心安装工程施工时才发现，则需要进行大量返工，延长了工期，增加了工程成本.

通过上述4种工况下对巨型柱与核心筒竖向位移和二者竖向位移差的模拟研究，得到在领先施工8层和12层的工况下，主体结构竖向位移和竖向位移差数值均较小，对金融中心塔楼施工阶段影响程度较低，从而提出金融中心采用核心筒领先外框架施工技术时核心筒合理领先施工楼层数应控制在8～12层为宜.

  

图10 BIM结构模型缺陷检验Fig.10 BIM structure model defect inspection

  

图11 BIM机电模型碰撞检验Fig.11 BIM ele-model collision test

4 BIM技术在金融中心内力监测工作中的应用研究

金融中心项目主体结构施工周期长，现场环境复杂，内力监测工作贯穿于结构建设阶段及后续运营阶段，是一项长期性和连续性并存的工作.BIM技术服务于诺德英蓝国际金融中心主体结构施工阶段内力监测工作中，解决了在传感器布置情况的可视化、传感器精确定位的高效性、内力监测系统功能优化等方面一系列问题，同时，也为超高层建筑内力监测工作提供新的思路和方法.

4.1 金融中心传感器布置情况的可视化

为了体现BIM技术辅助于金融中心内力监测工作所达到的可视化功能，对主体结构典型传感器安装部位的可视化效果进行展示.应变传感器族模型如图12.为了达到良好的视图渲染和展示效果，将金融中心结构Revit模型导入到Navisworks软件.运用BIM技术展示金融中心环形桁架测点布置情况，以第1道水平加强层，选取主体结构东侧一、二号巨型柱之间的环形桁架作为展示对象.将项目导出为.NWC格式，并在Navisworks软件设定相应参数和材质，第三人漫游视角观察环形桁架传感器布置效果如图13所示.

当前废旧农膜捡拾仍然以人工捡拾为主，1个农民每天的捡拾量为0.2 hm2，可捡拾废旧农膜15～20 kg（折纯），按照1.2元/kg的最高收购价回收，农民通过捡拾废旧农膜的收入为18～24元/d，如果将运输成本考虑进去的话，收入更低。捡拾废旧农膜的收入与打工收入相差太大，农民对捡拾废旧农膜没有参与积极性。

  

图12 应变传感器族模型Fig.12 Strain sensor family model

  

图13 传感器布置漫游视图Fig.13 Sensor layout roaming view

4.2 基于BIM技术金融中心传感器精确定位的高效性

金融中心内力监测工作在主体结构各个部位分散地安装了数以百计的振弦式应变传感器，传感器在进行安装之前进行了编号工作.运用金融中心监测系统对主体结构进行实时性内力监测时，当某一传感器监测值超出预警值时，系统将发出警报，并报告该传感器编号.通过编号查找传感器位置，只能查阅传感器安装日志，效率低下.

运用Revit软件建立主体结构真实模型，在模型建立过程中，软件将自动为每一个实体单元分配一个唯一的系统ID值.以一号巨型柱西南方向传感器为例，其系统ID值查询结果如图14所示，由图中提示对话框得到，该传感器系统ID值为1253023.在金融中心Revit结构模型中安装传感器时，将传感器编号与系统ID值进行记录，并运用Visual Basic 6.0编程语言编译辅助于施工内力监测工作的程序，该程序运行界面图15所示，主要功能是通过传感器编号与系统ID值一一对应关系实现二者之间的相互转换.

通过地膜铺设进行雨污分流的关键在于3个有效：应确保膜覆盖有效，全面覆盖、焊接严密、压固有效；确保非作业区与作业区的隔离有效，防止非作业区雨水进入作业区；确保膜上雨水导排系统有效，及时抽排至明沟。

金融中心主体结构实时性内力监测工作期间运用BIM技术，通过上述方式，实现了对监测数据超出预警值的传感器快速、精确定位功能.内力监测工作人员和项目技术安全人员可以迅速对测点处监测数值和结构进行受力进行分析，及时采取有效措施或启动应急预案降低风险发生概率，避免项目发生重大质量安全事故，保证主体结构施工阶段安全稳定，具有较高的价值和意义.

  

图14 传感器系统ID值查询结果Fig.14 ID value query results

  

图15 转换程序运行界面Fig.15 Conversion interface

4.3 金融中心内力监测系统功能优化

Revit软件具有丰富的材质库，可以为结构模型中各种图元进行材质设定.若其功能无法真实体现构件实际外观时，可使用Revit软件另一功能——贴花.贴花功能可将用户本地图片粘贴在构件的平面和曲面上，最大可能的达到了构件外观的真实性.

Navisworks完备的四维仿真、动画和照片渲染功能使用户能够展示设计意图并模拟施工流程，从而加深设计理解并提供施工样板引路.实时漫游功能和审阅工具集能够使项目相关参建方查看整体项目视图，提高项目团队之间的理解、交流和协作效率.

1）采用Revit贴花功能实现可视化

Revit软件放置的贴花仅在真实、光线追踪和渲染模式下具有可视性.为了体现BIM技术的可视性和优化性等功能，以钢板剪力墙右上角编号为105327的传感器为例，Revit真实模式下传感器应力发展曲线效果如图16所示.

2）采用VB辅助程序实现可视化

在金融中心Revit结构模型中观察测点应力发展曲线时，有时测点周边构件在日光照射下阴影会影响应力曲线图的观察，同时复杂的空间结构有时无法给内力监测工作者提供理想的观察视角.为了清晰观察传感监测点应力发展规律，在对主体结构施工阶段内力监测工作人员在金融中心Revit结构模型观察传感器布置时提供了实时性观察监测点应力发展曲线图的另一方法.

运用VB6.0编程语言编译辅助于施工内力监测工作的程序，核心思路为运用传感器编号与绘制的相应测点应力曲线图一一对应关系，即在程序运行界面的文本框中输入传感器编号，并单击“展示测点应力发展曲线”命令键，相应编号的传感器应力发展曲线图将在图片插件中清晰显示.以前文提到的钢板剪力墙右上角编号为105327的传感器为例，程序运行结果界面如图17所示.

通过内力监测辅助程序运行结果看到，该程序可清晰展示与编号对应监测点应力发展曲线图，且操作方便.内力监测工作人员在金融中心Revit结构模型中观察传感器安装状态时，可通过传感器族类型属性中传感器编号项目确定所需研究测点处传感器编号；在金融中心Navisworks软件中进行施工模拟和动画绘制工作时，同步实现了各结构测点与该测点的应力发展曲线一一对应功能，以及测点传感器布置情况和测点应力发展曲线同步观察的功能.

  

图16 真实模式下测点应力曲线图Fig.16 Stress curve of measuring point in real mode

5 结束语

  

图17 测点应力发展曲线展示程序界面Fig.17 Stress Curve Shows the program run interface

通过BIM技术在天津诺德英蓝国际金融中心项目中的应利用，说明BIM技术在超高层建筑应用的实际价值.建立了金融中心真实三维模型，模拟了主体结构采用核心筒领先外框架技术的施工全过程，得到金融中心采用核心筒领先外框架施工技术时领先施工楼层数应控制在8～12层为宜；制作了水平加强层施工模拟动画；结构和机电专业交叉碰撞检测研究可以帮助设计人员和施工人员在施工前预防和避免管线碰撞隐患.BIM技术在施工阶段内力监测工作中，解决了在传感器布置情况的可视化、传感器精确定位的高效性、内力监测系统功能优化等方面一系列问题.BIM技术辅助并服务于金融中心内力监测和施工模拟的各项工作，获得了良好效果，为超高层内力监测和施工模拟全过程提供了新的方法和思路.

两组均无眶内损伤、鼻腔大出血、脑脊液鼻漏及鼻中隔搧动、鼻中隔穿孔、外鼻下塌畸形等并发症，术后随访第二周发现对照组2例和观察组1例中鼻甲与鼻腔外侧壁粘连，经粘连分解、明胶海绵隔离创面后恢复正常。

参考文献：

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[4]JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[5] 张坚，陈国成.混凝土筒体先于外钢框架施工阶段结构分析[J].结构工程师，2005，21（2）：22-30.

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