变曲面结构施工的模板体系

变曲面结构施工的模板体系　曹盈　张天骏　上海建工四建集团有限公司　上海　２０１　１０３　摘要：某水上游船游乐项目的航道墒体线形为复杂的弧线组合形式，造成施工时支模困难。针对复杂圆弧墙体在仅有　坐标定位的情况下．考虑现场施工精度要求。将ＢＩＭ技术与预制定型钢模板相结合，将定型钢模板进行规格深化、分　块、预加工．达到了缩短施工工期、把控现场精度的要求。　关■诃：模板；ＢＩＭ辅助；预制加工；定型钢模板；ＳＡＴ数据格式　中圈分类号：ＴＵ７５５．２　１　文献标志码：Ｂ　ＤＯＩ：１０．１４１４４４．ｃｎｋｉ．ｊｚｓｇ．２０１６．１１．０３２　Ｆｏｒｍｗｏｒｋ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ＣＡＯ　Ｙｉｎｇ　ＺＨＡＮＧ　Ｔｉａｎｊｕｎ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｎｏ．４（ＧｒｏｕｐＪ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．　Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１１０３　１　项目概述　４００Ｂ魔法泉之旅地块位于上海国际旅游度假区主题乐　园梦幻世界片区场地中心区域，与４０１地块相连接，建成后　定型预制模板，将会大大耗费现场模板制作时间、工期。　弧形墙体最终完成面为塑石假山造型。假山需要在结　构中预埋钢结构假山支撑预埋件。于是无论是弧形墙体的　结构还是埋件精度要求都非常高，允许混凝土浇筑误差在　５　ＴＰ＿Ｔｎ内，精度控制涉及到最后完成面的效果，故传统模板　难以实现。具体难点主要有以下几点　。】：　为水上游船游乐项目。其中蜿蜒的航道，模仿天然水道自　然勾勒出多个小岛，游船在航道中航行（图１）。“晶彩奇　航”航道墙体由连续不间断的弧线形组成，在设计中为模　仿天然航道，每一分段的间隔不一，弧形的圆心位置、半　径大小各异。现场墙体位置由上千个坐标点位确定。该航　道圆弧形墙体２３３段，折线形墙体２４３段，共４７６段。在一块　１）墙体位置及几何尺寸精度要求较高。　２）曲面模板半径规格变化多，半径变化范围较大，模　板通用性差。　分段的浇筑区域上航道墙体弧形的圆心位置以及半径大小　就有多处变化。　３）墙体外观质量要求较高。　４）模板数量大且规格多，工厂制作和施工现场堆放及　使用时，查找和甄别存在一定的困难。　５）弧形模板拼装孔定位难度极高，而平面形状为椭圆　形的则难度更高，钻孔位置稍有偏差或制作焊接时产生的　应力所造成的模板变形，都有可能导致模板无法拼装。　３　模板体系的选择　对于４００Ｂ航道墙体弧度变化纷繁，曲面控制难以实　施。因此对可行的几种预置方案进行了对比分析。　图１魔法泉之旅平面示意　一Ｉ）采用胶合板面板的缺点在于，钢背楞的深化成型有　定难度，胶合板面板弯折成需要的形状也需要在模板背　２　模板制作难点分析　传统木模板无法实现复杂多变的半径变化，如不利用　面开槽，面板的刚度将大大降低，且难以保证墙体几何尺　寸，刚度及稳定性也较差。对于墙体为主结构的航道精度　控制达不到要求。　２）采用钢大模，航道墙体结构单一，多是曲面墙体，　基金项目：上海市科学技术委员会“大型主题乐园项　目管理及建造技术研究与应用”专顷资金资助项目　且墙体高度不高，没有必要使用钢大模。　３）采用定制成型钢模板，定型钢模刚度及稳定性好，　（１４ＤＺ１２０７１０２）。　作者简介：曹盈（１９９Ｏ一），男。本科．助理工程师。　通信地址：上海市桂林路９２８号（２０１１０２）。　ｊ；自ｉ日萁月：２０１６—ｏ３—１４　施工相对方便，能保证构件几何尺寸，精度高，但是设计　制作难度大。　４００Ｂ变弧度曲面墙体结构最终确定采用全整体定型钢　圃建筑奠工・第３８卷．第１１期　曹　盈　张天骏：变曲面结构施工的模板体系　模浇筑方案。最大程度地保证了墙体外观质量、位置及几　何尺寸精度。　　．期，所遵循一套标准的“模型深化方法”，ＢＩＭ建模模型　深度可分为Ｌ１～Ｌ４共４个等级，分别为概念级、方案级、　设计级、施工级。设计图纸中的４００Ｂ曲面墙都在Ｌ３的设计　级，图纸深度无法达到直接交付模板加工厂生产加工定型　４　ＢＩＭ辅助定型模板加工的发展　现有的定型钢模深化制作过程相对原始，随着建筑造　型的发展，混凝土结构越来越复杂。要降低定型模板的制　钢模以及钢框木模背楞的要求。这些概念性图元的作用仅　仅是显示了墙体的尺寸、位置信息，并未考虑到现场高低　跨分段浇筑施工流程。故此模型建立的规则在现有的Ｌ３规　作难度，保证模板精度，用传统的平面图纸翻模已经无法　达到要求。　如今的模板厂家已采用计算机辅助设计软件进行模板　的设计，虽然经过多年的发展，现有的模板计算机辅助设　计软件在功能上逐步完善，但仍存在一定问题。　现在的模板设计软件大多将功能局限于自身的模板　设计阶段，均采用自身的数据模型对信息进行储存，在与　其他设计软件的交流上存在着障碍。除ＰＫＰＭ可读入自身　生成的结构模型外，其余的软件均需重新绘制结构模型。　各款软件都没有与前期的结构设计环节紧密联系，而且无　法针对展演类复杂异形结构有效地完成模板设计。ＢＩＭ技　术停留在设计阶段，尚未达到指导复杂异形模板深化的阶　段。因此，有效解决复杂异形混凝土模板深化以及加工的　技术面临较大挑战　】。　５　ＢＩＭ模型辅助模板深化　面对以坐标定位为主的结构图纸标注，模板加工厂家　难以确定加工的尺寸大小、分段要求、细部结构，无法深　化分块钢模。现场实际施工需要对模板进行分块深化，以　满足现场施工搬运方便、定位简单的施工工序要求。　而ＢＩＭ模型在模板深化的过程中，能够与其他专业软　件进行文件格式转换，模型中所携带的大量信息数据可以　先通过建模软件Ａｕｔｏｄｅｓｋ　Ｒｅｖｉｔ，将难以理解的结构图纸整　合到一个直观的三维电脑模型中，并且带有相关的标高、　尺寸、位置信息；再通过和施工、技术部门的沟通，在确　定浇筑方案的前提下，对模型做相应的切割，满足现场浇　筑要求，借助Ａｕｔｏｄｅｓｋ　Ｒｅｖｉｔ模型能够同时生成多个平面　与剖面的特点，工程师能够快速准确地获得满意的定位信　息；然后将已经分割好的模块化梁板柱墙模型导出平面图　纸，供模板造型设计以及模板尺寸分块；最终完成定型模　板的预制设计。先于项目动工前加工，现场支设方便，大　大缩短了工期，并且通过建模软件辅助将翻模的精度控制　在１ｍｍ内。　６　ＢＩＭ辅助模板深化设计难点　６．１常规建模方式不满足施工要求　常规的建立模型方法通常偏重设计，复杂曲面墙体图　纸并没有主要构造深化与细节，不满足施工要求。本项目　现场的定型钢模需要确定大小尺寸以及在标准化建模的早　则之下还需要满足Ｌ４施工级要求。　６．２　ＢＩＭ模型与模板软件接口问题　Ａｕｔｏｄｅｓｋ　Ｒｅｖｉｔ软件与模板加工厂使用的Ｓｏｌｉｄ－　ｗｏｒｋｓ　２０１２软件分别针对建筑信息化建模与制造业工业化　建模，两者所使用的内核虽然同属于几何内核作为三维的　设计，但是其本质不同。Ａｕｔｏｄｅｓｋ　Ｒｅｆｉｔ使用的是达索系统　（Ｄａｓｓａｕｌｔ　Ｓｙｓｔｅｍ）旗下的ＡＣＩＳ，而Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ所使用的　是西门子工业仿真（Ｓｉｅｍｅｎｓ　ＰＬＭ）旗下的Ｐａｒａｓｏｌｉｄ，机　械建模和建筑建模的差别很大，机械建模主要适用于零件　建模。互相之间无法直接导入，所以在将结构模型文件交　付模板生产厂家时必须考虑模型数据的互通性，或者软件　互通的方法。同一套ＢＩＭ系统之下，数据平台需要在各个　专业之间传输数据，并进行统一的管理，需要统一的几何　表达和描述格式。同时，由于ＢＩＭ产品系统平台开放性的　需求，需要能够读入厂家软件格式的设计数据，如．ｓａｔ、　．ｄｇｎ、．ｄｗｇ、．ｊｔ、．ｉｇｅｓ、．ｃａｔｉａ（Ｖ５／Ｖ６）、．ｘ＿ｔ、．ｓｔｅｐ等，而　这些格式的文件中可能含有复杂曲面建模信息等。　７　ＢＩＭ辅助模板解决方案　７．１建模规则定义　考虑了高低跨、相应的后浇带施工，结合现场的工　况考虑了工作面而进行的施工划分，结合相关的工艺（如　ＧＲＣ、ＧＲＰ）等的划分。　应用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ形成设计规范的主要内容。把原先的　建筑模型的相关内容根据制造业的制图和划分的规则来重　新组织和规划。需要重新考虑模型分块在进行施工时的质　量、稳定性、平整度。　７．２建立模型　使用Ｒｅｖｉｔ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ建立４００Ｂ　ＢＩＭ模型，４００Ｂ整个单　体挡土墙均使用定型钢模，首先根据高低跨不同处，分成　１～１０个区域，挡土墙避免模型上的自连接，在每个变弧　度、变圆心处打断，将可以一体编辑建立的曲线形墙体简　化成一段段固定圆心、固定弧长的圆弧墙体建立。　７．３模型互导　基于Ｒｅｖｉｔ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ的Ｂ　技术在制造业级别软件，如　Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ的数据交换主要通过３种方式进行：一是采用ＩＦＣ　标准，实现各软件之间的数据传递和更新；二是基于Ｒｅｖｉｔ　ＡＰＩ－－次开发，以插件的形式显示在Ｒｅｖｉｔ面板上；三是第　２０１　６．１１・Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉ。ｎ衄　曹　盈　张天骏：变曲面结构施工的模板体系　三方其他软件的交换。　基于ＩＦＣ标准，导入Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ，经过多次测试发现，　模型由于存在大量的内建族构件，可编辑性差，模型难　以利用；导入后的模型基本无结构分析模型，难以导入结　构设计软件中重复利用；部分构件由实体模型转为表面模　型，不能进行实体查询，施工应用受到限制。　基于Ｒｅｖｉｔ的二次开发软件都是基于实现Ｒｅｖｉｔ几何模型　导入结构设计软件而利用的，没有针对制造业软件Ｓｏｌｉｄ．　ｗｏｒｋｓ的专用接口。　图２多块模板工厂预拼装　基于Ｉｎｖｅｎｔｏｒ的转换，模型导出要考虑到后续模板加工　软件Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ　２０１２。将Ｒｅｖｉｔ格式的模型导出成模板加工　厂商所能认可的Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ模型。ＡＣＩＳ作为几何内核，可　以高效地进行三维几何形体的参数化建模和编辑，并能导　出拥有拓扑信息和体数据的“．ｓａｔ”“．ｓａｂ”体模型文件。　在查阅相关文献后发现，同为Ａｕｔｏｄｅｓｋ公司的不同软件，　使用的内核文件既有ＡＣＩＳ的，也有Ｐａｒａｓｏｌｉｄ的，需要在两　款不互通的软件间找到一个桥梁，此款软件必须是能兼容　两个内核文件的，可选用Ａｕｔｏｄｅｓｋ　Ｉｎｖｅｎｔｏｒ。　１）Ｒｅｖｉｔ￣出“．ｓａｔ”文件。　图３　４００Ｂ现场支设定型钢模　提高，解决了模板拼缝不严、与混凝土面接触不密的问　２）用Ｉｎｖｅｎｔｏｒ　ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ将“．ｓａｔ”模型转化为　“．题。达到复杂结构一次建模，不需要重复在模板设计软件　中重新建立模型，同时满足异形混凝土模板的设计深化要　求，保证了模型的互通性，模型协同修改后也能够及时反　映在模板模型中　】。　采用ＳＡＴ数据接口进行数据交换，较Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ通用的　Ｊａｍ”文件，同时在文件夹里还会生成所有的零件文件　３）运￣ｑ－Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ，打开一个以前保存的装配体文　（．ｉｐｔ）。　件，然后“文件”一“另存为”，弹出文件“另存为”对　话框。文件类型选择“Ｐａｒｔ（．ｐｒｔ、．ｓｔａｐｒｔ）”，默认是“装　配图（．ａｓｍ、．ｓｌｄａｓｍ）”选择“所有零部件”，导出装配　图。　ＩＦＣ格式的数据接口更完善，保留了异形几何形分块后的构　件化信息。　７．４定型钢模分块　４００Ｂ变弧形挡土墙根据不同圆心分段，最后确定定型　钢模以及钢框尺寸在１　０００　ｍｍ　ｘ　１　０００　ｍｍ以内。水平向分　块，每段钢模常规尺寸为高９００　ｍｍ；纵向分块按照需要，　９　结语　依据ＢＩＭ模型给出的数据及模板设计，在保证了模型　的互通性的前提下可以生成模板加工图，对材料进行统　计。可生成和输出各种模板平面布置图、拼装详图的标准　定型钢模的主结构墙边界通常为弧长９００　ｍｌＴｌ。横向背楞为　每隔１８０　ｍｍ设１道，共４道，纵向背楞成３道，间隔Ｌ／３，通　图纸，解决了复杂异形结构定型模板的深化、指导加工的　难题。　常为２２５　ＩＴＵＴＩ。　７．５模板生产、预拼装模拟　工厂将放样数据信息输入数控切割机，进行切割落　料，包括对位安装螺栓孔位也在切割过程中一次成型。　在模板厂对模板进行预拼装，根据ＢＩＭ模型对模板尺　寸进行检查（图２）。　２－７．　Ⅱ参考文献卫　…１　赵雯雯．基于Ｒｅｖｉｔ平台的复杂建筑ＢＩＭ应用［Ｊ１．工程质量，２０１３（３）：　［２２】　张笈玮，樊博琅，杨辉，等．ＢＩＭ在异形薄壁混凝土风洞工程施工中的　应用研究ＤＩ．施工技术．２０１４（２１）：１７—２０．　７．６定制钢模拼装　检查无误后依据编号运送至现场，弧形板墙钢模采用　螺丝拼装配合西４８ｍｍｘ　３ｍｍ钢管加固（图３）。　［３】王雄威．浅议ＡｕｔｏｃＡＤ技术在复杂建筑工程中的应用Ｕ１．山西建筑，　２０１０￣５）：３６５—３６６．　【４】迟小羽，郑国勤，王琳．等．ＢＩＭ．ｇｋ建筑ｃＡＤ软件中几何造型内核的评　估及应用研究Ⅱ］．土木工程信息技术，２０１４（３）：１－８．　８定型钢模成果　缩短了复杂变弧度墙的施工工期，定型钢模深化精度　【５］黄正宗．定型组合钢模板制作与使用Ｕ］．中国建筑金属结构。２０１３（２）：　１０７　圃建筑燕工・弟３８卷．第１堋