建筑技术丨基于BIM的钢结构连廊低位整体提升技术及应用

1 工程概况

北京市海淀区某工程包括地上5栋单体建筑及地下室，总建筑面积20.92万m²，地上建筑由A座、B座、C座、D座、E座组成，其中在A座和C座、B座和D座、D座和E座、E座东西间有连桥相连。地下4层，地上4~15层。钢结构在负1层/负2层锚固，柱底标高为–7.000 m/–11.000 m。除D座采用钢框架结构外，其余楼座采用钢框架–屈曲约束支撑结构体系。

本工程属于超危大工程。连廊桁架东西向跨度较大，整体拼装提升难度大。EBC连廊位于EB号办公楼与EC号办公楼之间，整体位于6号（TC8039，50 m）塔式起重机覆盖范围下。连廊示意如图1所示。

图1 连廊示意

2 钢结构连廊低位整体提升施工准备

基于BIM的钢结构连廊低位整体提升技术解决了实际施工中的诸多问题，其中BIM模型的建立为该技术提供了依托与基础。

2.1 BIM模型建立

项目初期，可以根据设计图纸和要求，通过BIM软件建立连廊的三维模型，模型中包括连廊结构、支撑结构和提升设备等信息。

2.2 施工过程数字化模拟

通过BIM软件对施工过程进行模拟，预测可能出现的问题和风险，优化施工方案。八里庄项目中基于建立好的BIM模型，对张拉过程进行模拟演示，如连廊的组装、焊接、连接等工序，以验证施工方案的可行性和安全性。通过数字化模拟可以降低施工风险，避免因错误操作导致的事故发生。

2.3 施工布置方案优化

通过BIM模型的材料量统计，可以在施工前对吊装吊钟等方案进行优化。连廊施工前，根据BIM模型中的参数及数据，如桁架各分段重量分析、塔式起重机距拼装区域和距构件卸车位置，提前对塔式起重机性能是否满足吊装要求进行判断，并制订合理的吊装施工方案。吊装布置如图2所示。

图2 吊装布置示意

3 钢结构连廊整体拼装及提升准备

3.1 连廊钢结构二次设计方案

在进行连廊的整体拼装和提升准备前，需要进行连廊钢结构的二次设计方案和提升参数设计。二次设计方案需要考虑连廊的连接方式、构件尺寸和材料选择等因素，确保满足设计要求和施工的可行性。同时，还需根据整体提升的需求，确定提升参数，包括提升高度、速度、加速度等，以保证提升过程的安全性和稳定性。根据现场塔式起重机性能，将钢结构连廊桁架根据现场情况进行分段，进行二次设计，并通过BIM模型进行构件优化。

3.2 连廊精确安装

基于BIM模型和数字化模拟结果对连廊进行精确安装。安装过程中，严格按照模拟结果的要求进行操作，确保连廊各部分连接准确、稳定。此外，对连廊的整体姿态进行控制，以满足设计要求。

项目依靠激光测距仪、全站仪等先进的测量技术，对连廊的位置和姿态进行测量和调整。通过实时监测和反馈系统，以及时发现偏差并进行修正，将误差保持在5 mm内，保证施工精度。根据模拟结果，精确控制连廊的位置和姿态，确保安装精度。

3.3 千斤顶布置方案与支架固定点结构验算

在整体拼装和提升过程中，需要确定千斤顶的布置方案和支架固定点的结构验算。千斤顶的布置方案应考虑连廊的结构特点和支撑点的位置，以确保能够有效支撑整体结构，并保证提升的稳定性。同时，对支架固定点进行结构验算，确保其能够承受整体提升的荷载和力学要求，防止支撑点的破坏和失稳。

3.4 钢构件平面支撑点方案与楼板结构验算

在进行钢结构连廊的整体拼装和提升之前，需要设计钢构件地面安装平台（或平面支撑点）方案，并进行楼板结构的验算。地面安装平台的方案应考虑结构平稳支撑和施工操作的便利性，确保整体拼装过程的稳定性和安全性。同时，对楼板结构进行验算，确保其能够承受整体提升的荷载，并满足结构的强度和刚度要求。

在钢结构连廊整体拼装和提升准备过程中，需要综合考虑钢结构的设计要求、施工条件和安全性等因素，合理设计方案，并进行结构验算，保证整体提升的顺利进行。

基于BIM技术的应用，本项目为钢结构连廊的拼装和提升过程提供了精确数据支持和数字化模拟，有助于优化施工方案、降低施工风险，提高施工效率和质量。

4 钢结构连廊同步提升设计

4.1 整体提升

整体提升过程中，需要严格控制提升速度、加速度、荷载等参数，以确保连廊的提升过程平稳、安全。同时，还需要对提升设备进行调试和检验，确保设备的正常工作。同时应制订应急预案，以应对可能出现的突发状况，保障施工的安全性。

八里庄项目在具体施工阶段，构件进场后在设计位置正投影地面拼装结构，在原结构钢柱安装提升支架，相应位置安装下吊具。构件拼装完毕，首先调试液压提升系统，确认无误后将提升单元整体提升离胎架约10 cm，暂停提升，静置12 h观察，检查提升设备及提升临时措施的承载可靠性；启动提升系统和将提升单元整体提升至设计高度，锁定液压提升器，等待嵌补构件安装与焊接；连廊嵌补构件安装、焊接完成后，液压提升器分级卸载，拆除下吊点；整体提升完成后，对连廊进行最终的连接和调试工作，确保连廊主体结构的稳定性和安全性。

相比于传统钢结构连廊提升，基于BIM的钢结构连廊地位整体提升技术，可以避免重复提升，提高施工效率，缩短工期，为钢结构连廊施工提供了新的思路和方法。

同时基于BIM技术实现方案优化后，通过提升设备将连廊提升到预定位置，完成施工可以节约整个施工过程成本。

4.2 提升过程控制方案

提升过程控制是连廊低位整体提升的关键环节之一。因此在施工过程中需要制订合理的提升过程控制方案，包括提升速度、变形控制以及观测等。

4.2.1 连廊液压提升承重系统

连廊液压提升承重系统主要由液压提升器、提升地锚和专用钢绞线组成。本工程配置的TJJ–400型液压提升器（单台额定提升能力400 kN/台），采用与液压提升器配套的专用提升底锚。与传统的手动提升方法相比，连廊液压提升系统可以快速、连续地提升整体连廊结构。同时，其还能够大幅缩短施工时间，提高工作效率。

项目采用的液压提升器具备自动锚紧和解锚的功能，确保了提升过程的安全性。同步控制系统可以监测和调整各个吊点的状态，避免不均匀的负载分布。通过电器同步控制，确保各个吊点同时运行，减少结构变形和应力。

4.2.2 电气同步控制系统配置

电气同步控制系统由动力控制系统、功率驱动系统、传感检测系统和计算机控制系统等组成。在高层建筑的连廊液压提升承重系统中，电气同步控制系统采用了统一时间系统，通过硬件设施传输时间同步信号，确保各个机组协调工作，确保了施工效率、安全性和结构稳定性。

4.3 提升就位后构件连接与提升设备拆除

当连廊提升至预定位置后，需要进行构件的精确连接，以确保连廊主体的稳定性。连接方式应根据连廊的结构特点和技术要求选择，通常包括焊接、螺栓连接等。同时，需要检查提升设备的状态，确保设备能够正常拆除。提升设备的拆除应按照事先制定的拆除方案进行，防止因拆除不当导致安全事故。

在本项目施工过程中，当钢桁架同步提升至设计位置附近后，暂停，各吊点微调使结构精确提升到设计位置，提升设备暂停、锁定，保持结构的空中姿态稳定不变。将桁架采用手拉葫芦与结构进行临时固定，防止桁架移动。

在确认实际施工现场构件的参数与BIM设计的参数误差保持在规定范围内后，使用塔式起重机安装桁架端部杆件及附属构件，使提升单元桁架与主体结构连接，以保证施工精度与准确性。

5 结论

通过建立BIM模型，进行施工过程的数字化模拟以及精确安装，实现了对连廊的整体提升。通过实际工程验证，该技术方法取得了良好的效果，为钢结构连廊的施工提供了新的思路和方法。

BIM模型能够准确地了解和分析连廊的结构特性，为后期的施工提供了可靠的数据支持。通过基于BIM模型的提升过程的控制方案设计和观测，能够保证连廊的安全顺利提升，并通过精确的构件连接和提升设备拆除确保整体结构的完整性。

综上所述，基于BIM的钢结构连廊地位整体提升技术的应用为钢结构连廊的施工赋予了新的动力和发展空间。未来的研究应致力于进一步完善和推广该技术，为钢结构建筑的发展做出贡献。