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1、【景观设计论文】BIM钢构造景观塔设计浅析摘要:钢构造景观塔是非常合适自然风景区的一种高耸构造，景观塔上装设包括景观装饰球体、外立面飘带板、各行业通信天线及其安装平台和休息平台。采用BIM建立三维模型数据库，不仅包含了景观塔的设计信息，而且可包容从设计到建成使用，甚至使用周期全经过信息。基于BIM钢构造景观塔设计，有助于施工与设计的一致性，维护与运行的一致性，拆除和改造的一致性等，避免信息不对称带来的工程问题。怎样通过参数模型整合各种项目的相关信息，对提高生产效率、节约成本和缩短工期，是一个重要的问题。关键词:景观塔;高耸构造;信息模型目前，钢构造景观塔工程由于工程体量较小，因此在新技术、新方
2、法等方面研究较少，仍处于粗放式增长阶段。详细体如今下面方面:在设计阶段，新建景观塔需要通过人工屡次现场查勘才能确定设计方案，严重浪费人员配置，增加工程成本等;在加工制作及施工阶段，由于主观原因或客观原因，导致各种工程质量问题，致使钢构造景观塔出现安全隐患或推延交付时间等。采用数字信息化的钢构造景观塔建筑信息模型、施工信息模型，可针对问题进行高效解决，不仅提高各参建单位的工作效率，更能为工程节约投资。本景观塔塔高54m，内部为一独立圆柱管塔，外部设置根据三块围护飘板考虑，顶部设一直径7m的装饰球体，代表“三龙戏珠，塔体设置内爬梯，塔顶设置避雷针。用BIM直接出具的效果图及构造立面总图如图1，图2
3、所示。1BIM软件建筑行业较为常用的BIM软件平台主要有Au-todesk，Bentley，DassaultSystems和Graphisoft，其占据了建筑行业BIM软件的多数份额。国内多家公司基于各BIM软件平台开发的二次软件也在不断发展与完善。Autodesk公司提供的evit软件包含了建筑、构造和机电三个专业，合适于民用建筑使用1。Bentley公司提供的建筑、构造和设备系列产品在工业设施和市政基础设施领域具有宏大优势，国内广泛用于工业设施。Gra-phisoft公司提供的ArchiCAD定位于建筑学专业软件，缺乏其他专业的相关软件，较为单一，使用者较少。Das-sault公司提供的C
4、ATIA是全球最高端的机械设计制造软件，在航空、汽车等领域占主导地位。本文采用Autodesk发布的revit软件对某钢构造景观塔信息模型进行设计。2应用思路钢构造景观由塔体、装饰球体、外围护飘板及基础组成，以塔体和外装饰作为主要载体。21塔体钢构造塔体是景观塔工程中最主要的构成部分，主要包含构造、设备两部分，塔体属于高耸钢构造，钢构造节点绘制复杂。实际应用中采用evitStructure及基于平台开发的插件进行创立，对于复杂的铁塔节点采用钢构造专业深化设计软件Tekla进行创立，塔体空间模型如图3，图4所示。22外装饰外装饰球体及外围护飘板与常见工业及民用建筑相比，体量非常小，设计的功能也较
5、为单一，采用Autodeskevit即知足模型创立要求，外装饰球体模型见图5，图6。23基础景观塔为上部构造，需要设置在基础之上。基础采用Autodeskevit实现建筑信息模型建立，复杂基础通过创立族文件，景观塔基础模型如图7，图8所示。3BIM在钢构造景观塔设计中的运用31模型参数化钢构造景观塔主要由塔基、塔体、装饰球体、外围飘带板及复杂构件组成，每个构件都有各自的特定作用，采用evit建立模型并进行参数化设计。钢构造塔体为格构式，各构件采用标准型钢组成，采用软件提供的各种型钢文件建立相应的族类型。主塔钢管之间的连接采用法兰连接，可采用evit软件创立的法兰单元实现连接。装饰球体杆件的连接
6、采用焊接节点板，建立相应的节点板单元。钢构造景观塔采用钢管作为塔体主要材料，圆形截面风荷载系数小，不易毁坏，可降低维护成本。塔型随风荷载曲线变化设计，线条流畅，每个塔段顶部与底部宽度不同，使得evit建模要考虑斜柱的构成，钢构造景观塔空间构造比拟复杂，采用传统方式比拟困难。景观塔构造采用的构件截面主要是圆钢管截面，主要杆件截面分布如表1所示。本文采用基于evit平台开发的插件功能进行建模。采用Excel表格编制公式可计算出各个桁架节点坐标，整理并设置构件类型等数据，最后通过插件的“基于Excel生产模型功能，生成建筑信息模型。塔柱倾斜段可通过调整圆管柱成斜柱的方式实现，同时保证上下法兰的对接性
7、，最终完成塔身模型参数化。32建立族文件组成钢构造景观塔的族多种多样，主要包含了:塔身、球体骨架、外飘带支架、避雷针、爬梯、地脚螺栓、法兰、附属构件等。组合构件零件数量较多，不合适在一个族文件中全部新建绘制，将各零件分别新建族，然后嵌套至主体族中构成组合构件。33数据互导SAP2000软件完成景观塔构造的设计计算，并同e-vit采用接口进行数据传输，实现信息数据互导及更新，构造计算模型采用空间模型(见图9，图10)。铁塔上的荷载和作用力可分为两类:永久荷载、可变荷载。永久荷载主要包括铁塔自重、装饰球及装饰飘带自重、平台及设备自重。可变荷载有风荷载、安装检修荷载、塔上平台活荷载、地震作用、裹冰荷
8、载和温度作用等。详细分类如表2所示。各荷载组合分别表示为:标准组合、基本组合，荷载取值及组合按GB500092021建筑构造荷载规范和GB501352019高耸构造设计规范2。铁塔在风荷载标准作用下，按非线性方法分析，塔上任意点的水平位移不应大于该点离地高度的1/50。塔顶位移见图11。以风荷载为主的荷载标准组合作用下的计算结果为:5287mm150h=15054000=10800mm，知足GB501352019高耸构造设计规范对塔顶部水平位移限制的要求。铁塔构造杆件截面验算及杆件材料利用率如图12，图13所示，整个构造杆件的材料利用率在092下面，构件具有一定的安全储备。通过对塔身段横向连接
9、焊缝强度计算、塔身段内法兰螺栓的计算、杆件拼接外法兰螺栓的计算以及塔底法兰盘与锚栓的计算，对连接节点进行设计，部分节点通过evit设计如图14图17所示。4主要技术经济指标基于BIM景观塔模型，能够在evit中列出工程量清单，铁塔重量及基础混凝土方量等经济指标如表3所示。5设计的难点及处理51难点飘带板采用铝单板，由于造型的影响，两千多块铝单板没有两块是一样的，为了完美体现景观塔的效果，需在飘带板上预留LED灯带孔，飘带板的分格既要知足加工制作的要求又要知足灯带孔的布置是设计的难点34。直径7m的顶部装饰球是套设在直径16m的主塔管上的，考虑了防腐及耐候的因素，装饰球体骨架需热镀锌处理，且球体
10、直径较大，远超过镀锌槽的尺寸，加上主塔管也需热镀锌处理，施工现场无法进行装饰球体与主塔管焊接，只能采用螺栓拼接，装饰球体骨架怎样拆分成可热镀锌部件，又能通过现场组装知足承载力及正常使用要求也是一个难点。52处理方案三围护飘带板的设计用evit对飘带板进行分格及预留LED灯孔设计，在保证三维模型正确的基础上，生成每一块飘带铝板的报表数控切割文件，服务于构件的加工制作。关于装饰球体的设计，用evit对球体进行分区，球体1、球体2扇形角度为40，球体3、球体4扇形角度为20，球体共分为12扇，部件的外轮廓尺寸能顺利的进行热镀锌。支撑管套件为1/2的299mm钢管，上下焊接连接板，用M20螺栓拧紧。每
11、扇球体件采用M20螺栓连接，球扇上下焊接扇形法兰与主柱法兰用M20连接，扇区分布如图18所示。通过evit三维建模，消除构件碰撞隐患;实现数据互导并开展施工经过仿真分析，消除吊装经过中的安全隐患。通过evit创立球体骨架及连接的模型，并自动生成钢构造详图和各种报表，保证三维模型正确的基础上，自动生成各种报表和数控切割文件，为物资采购提供准确的材料清单，并为完工验收提供具体技术资料。生成构件安装布置图，安装布置图为指导现场构件吊装与连接的图纸，生成的安装图纸，包括构件的平面布置图，立面图、剖面图、节点大样图、构件编号、节点编号等内容，同时还包括了具体的构件信息表，明晰的表达构件编号、材质、外形尺
12、寸、重量等重要信息，知足钢构造景观塔工程按图准确施工的要求58。6BIM施行的亮点61设计加工制造一体化融合钢构造景观塔项目的施行经过中，构造建模烦琐，每类构件各不一样，搭建模型需花费大量的人力和时间910。通过evit，输入各族的关键设计参数，软件直接生产所需模型，能做到构造设计参数化、表格化、自动化，使设计师的设计效率提供90%，有更多的时间专注于设计理念和设计优化。生产的构造三维模型不仅知足三维设计的需求，同时能够实现“加工制造级的建模精度，直接自动生成加工图、BOM表等数据。将BIM信息数据延伸至下游的制造业，指导制造工厂进行加工制作，打通设计加工制造一体化流程。62模数分离，提高效率
13、在设计经过中，大量建筑模型数据需要与模型匹配录入，人工手动录入不仅费时费力，效率低下，而且极易造成数据遗漏或录入错误。通过evit及其插件，实现批量数据录入程序，能够与Excel数据互导互通，实现模型数据的录入、提取、修改、查询等功能。模型搭建经过中不同步录入模型的数据信息，模型搭建完毕，通经过序统一进行信息录入。优化了设计流程，提高了建模效率，以往采用人工录入需要四个小时，而且容易遗漏和错录，使用程序，仅半小时就能够完成数据录入工作。63360全景式遨游系统通过evit实现了360全景式遨游系统，用户通过扫描二维码，即可进入项目的虚拟遨游系统。极大地方便了与业主进行设计方案沟通及展示设计成果。用户能够通过PC端、移动端等多终端进行项目的遨游阅读。系统无需安装客户端，数据吞吐量小，硬件配置要求低。采用与evit及与evit实现双向关联的构造分析软件SAP2000，实现了钢构造景观塔的构造建模、内力计算、构件设计、节点设计、详图设计的流程，做到了技术先进、安全美观、经济合理，为类似钢构造景观的设计进行了积极探索。