超震撼的“中國尊”鋼結(jié)構(gòu)工程視頻BIM應(yīng)用全面解析

超震撼的“中國國尊”鋼結(jié)構(gòu)工工程視頻，BIM應(yīng)用全面面解析！中國尊，總建筑筑筑面積約422.7萬平方方米，地地上1108層，地地下7層，建建成后將將取代代國貿(mào)三三期成成為北京京第一一高樓。該該項項目位于于北京京CBD核心心區(qū)內(nèi)編編號為為Z15地塊塊正中心心，西西側(cè)與北北京目目前最高高的建建筑國貿(mào)貿(mào)三期期對望，建建筑筑總高5288米，未來來將將被規(guī)劃劃為中中信集團團總部部大樓。于于22011年99月12日左左右動工工，22016年底底封頂，預(yù)預(yù)計計總投資資達(dá)2240億元。通通過對本本項目目項目的的解析析了解BIMM技術(shù)的全全面面應(yīng)用。北京中央商務(wù)區(qū)區(qū)區(qū)核心區(qū)區(qū)的標(biāo)標(biāo)志性超超高層層建筑項項目———中國尊大大廈，工工程場場地位于于北京京市朝陽陽區(qū)東東三環(huán)北北京商商務(wù)中心心區(qū)((CBD))核核心區(qū)Z155地塊，建建筑筑面積約433.7萬m22(地上約335萬m2，地地下約8.77萬m2)。主主要建筑筑功能能為辦公公、觀觀光和商商業(yè)。該該塔樓地地上1108層，地地下7層(局局部設(shè)夾夾層))，建筑高高度度528m，外外輪廓尺尺寸從從底部的788m×778mm向上漸收收緊緊至54m××54m，再再向上漸漸放大大至頂部部的559m××599m，似古代代酒器“樽”而而得名，建建筑筑效果圖圖如圖圖1所示。工程主要結(jié)構(gòu)體體體系由外外框筒筒和核心心筒組組成，其其中外外框筒由由巨型型柱、巨巨型斜斜撐、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換桁桁架以及及次框框架組成成。巨巨型柱位位于塔塔樓角部部，貫貫通至結(jié)結(jié)構(gòu)頂頂部，并并在各各區(qū)段分分別與與轉(zhuǎn)換桁桁架、巨巨型斜撐撐連接接。巨型型柱底底部截面面形狀狀為多邊邊形，中中部及上上部為為矩形，采采用用多腔鋼鋼管混混凝土柱柱。在在設(shè)備層層及避避難層共共設(shè)置置8道轉(zhuǎn)換桁桁架，其其桿件件截面采采用焊焊接箱形形截面面。巨型型斜撐撐沿各區(qū)區(qū)外皮皮設(shè)置，也也為為焊接箱箱形截截面。次次框架架包括重重力柱柱和外環(huán)環(huán)梁，均均為焊接H形形截面，其其僅僅承擔(dān)本本區(qū)重重力荷載載，不不參與整整體抗抗側(cè)。2.1巨型外外外框筒幾幾何控控制面的的生成成中國尊大廈外輪輪輪廓的水水平截截面形狀狀為倒倒圓角的的正方方形，并并沿著著高度平平滑收收放，其其外完完成面幾幾何控控制尺寸寸見圖圖2。巨型外外框筒的的外控控制面采采用分分段折面面的形形式，既既可以以較好控控制巨巨型外框框筒與與建筑外外完成成面的距距離，又又可降低低結(jié)構(gòu)構(gòu)自身的的加工工難度。2.2巨型柱柱柱外輪廓廓的生生成巨型柱從基礎(chǔ)頂頂頂面(-311.3mm)至至106層((503..22m)的截面面形式根根據(jù)一一定的規(guī)規(guī)則進進行變化化，其其具有三三種截截面形式式：11)7層以下下(-31..3～43..15mm)為為4根八邊形形截面，截截面面面積約約為663.99m22;2))7~~19層(443.115～～98.6655m)為8根根六邊形形截面面，截面面面積積約為19..5～21..3m22;33)199~1106層(998.665～～503..22m)為8根根矩形截截面，截截面面積積約為為19.22～～2.566mm2。巨型柱柱共設(shè)置122個控制轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折折標(biāo)高，具具體體見表1。為使結(jié)構(gòu)受力最最最優(yōu)，要要求112個控制轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折標(biāo)高高位置置對應(yīng)的的巨型型柱截面面形心心都位于于豎直直面γ內(nèi)，此此面與水水平或或豎直夾夾角為為27°，如如圖3所示。綜合巨型柱1222個控制轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折折標(biāo)高位位置截截面形心心共于于豎直面γ內(nèi)內(nèi)、角點(PP，P′點))連續(xù)、每每層層巨型柱柱角點點與外完完成面面的距離離不小小于500mmm(底部為為12000mmm)等3個個條件，最最終終確定巨巨型柱柱的幾何何定位位。其俯俯視定定位圖如如圖44所示。2.3轉(zhuǎn)換桁桁桁架、巨巨型斜斜撐及次次框架架的生成成在確定外框筒外外外控制面面及巨巨型柱外外輪廓廓后，可可以確確定轉(zhuǎn)換換桁架架、巨型型斜撐撐及次框框架等等定位。此此處處控制的的目的的是各構(gòu)構(gòu)件之之間的連連接要要做到平平齊對對接，避避免出出現(xiàn)錯邊邊，并并且方便便加工工和安裝裝。整整個塔樓樓由88道轉(zhuǎn)換桁桁架架分成了9個個區(qū)段，每每個個區(qū)段生生成的的規(guī)則是是一致致的，不不同的的只是巨巨型柱柱傾斜的的程度度，本節(jié)節(jié)僅選選取典型型區(qū)段段進行介介紹，如如圖5所示。轉(zhuǎn)換桁架、巨型型型斜撐及及次框框架的外外皮均均與外框框筒外外控制面面平齊齊。轉(zhuǎn)換換桁架架弦桿、巨巨型型斜撐等等構(gòu)件件與巨型型柱連連接位置置均需需要設(shè)置置水平平加勁肋肋，且且結(jié)合與與巨型型柱轉(zhuǎn)折折標(biāo)高高位置的的關(guān)系系，轉(zhuǎn)換換桁架架弦桿的的截面面形式控控制為為平行四四邊形形截面(圖66(a)))，而而沒有采采用常常規(guī)截面面形式式(圖6(bb))。例如截面尺寸為為為800××7700，表示示截面垂垂直高高度為8000mm，沿水水平向?qū)拰挾葹闉?00mmmm，此截面面定定義規(guī)則則可認(rèn)認(rèn)為由相相距8800mmm的的一對水水平面面和平行行于巨巨型柱外外控制制面、水水平距距離(非垂直直距離，下下同同)為7000mm的一對對斜面，所所圍圍區(qū)域作作為弦弦桿輪廓廓尺寸寸。轉(zhuǎn)換換桁架架腹桿的的截面面定義規(guī)規(guī)則也也參照弦弦桿的的截面定定義規(guī)規(guī)則，例例如截截面為9000×7000的的斜腹桿桿，由由相距9000mm平行于于腹桿軸軸線，且且都垂直直于豎豎直面的的一對對斜面和和平行行于巨型型柱外外完成面面、水水平距離離為7700mmm的的另一對對斜面面，所圍圍區(qū)域域作為斜斜腹桿桿輪廓尺尺寸。角角部桁架架弦桿桿與腹桿桿的生生成規(guī)則則與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換桁架架的生生成規(guī)則則也基基本一致致。巨巨型斜撐撐的生生成規(guī)則則與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換桁架架腹桿桿的生成成規(guī)則則類似。略略有有不同的的是轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換桁架架的斜斜腹桿、弦弦桿桿與巨型型斜撐撐軸線交交點標(biāo)標(biāo)高與外外框筒筒轉(zhuǎn)折標(biāo)標(biāo)高不不在同一一標(biāo)高高(相差半個個弦桿高)((圖7)。為為避開上上述問問題，巨巨型斜斜撐截面面生成成方案按按如下下方案進進行：：例如16600××9000截面，取取平行于于巨型型斜撐軸軸線、相相距16000mm且垂垂直于豎豎直面面的一對對斜面面，和平平行于于下輪廓廓面、水水平距離離為9900mmm的的一對斜斜面，所所圍區(qū)域域作為為巨型斜斜撐輪輪廓尺寸寸。次框架的空間定定定位主要要以分分析重力力柱為為主。重重力柱柱的定位位與幕幕墻玻璃璃分格格對應(yīng)，幕幕墻墻分格規(guī)規(guī)則則則是以外外完成成面為基基礎(chǔ)，按按照加強強層建建筑完成成面標(biāo)標(biāo)高水平平剖切切出其對對應(yīng)的的幕墻輪輪廓線線，等分分為1128份(圖圖8)，進而而得到各各層的的幕墻分分格點點。然后在外完成面面面每6個分格格點取一一格點點再投影影到轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換桁架架上弦弦、下弦弦中心心線上。連連接接相鄰兩兩道轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換桁架架上、下下弦的交交點即即為重力力柱中中心線定定位，連連接每道道轉(zhuǎn)換換桁架上上、下下弦的交交點即即為轉(zhuǎn)換換桁架架豎腹桿桿中心心線定位位。在在確定重重力柱柱軸線定定位之之后，以以平行行于軸向向且垂垂直于豎豎直面面的一對對斜面面與平行行于外外框筒外外完成成面的一一對斜斜面所圍圍區(qū)域域作為重重力柱柱外輪廓廓，重重力柱采采用焊焊接H形截面面，以便便施工工。整個個外框框筒結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件件的截面面生成成規(guī)則可可以用用如下模模型進進行形象象說明明：剪切切剛度度很小而而彎曲曲剛度很很大的的結(jié)構(gòu)，在在一一對水平平力作作用下，發(fā)發(fā)生生剪切變變形之之后的形形狀，作作為中國國尊大大廈外框框筒結(jié)結(jié)構(gòu)的構(gòu)構(gòu)件截截面的主主要形形式，而而確定定截面傾傾斜的的程度主主要依依據(jù)各段段外框框筒外完完成面面的傾斜斜程度度，如圖9所所示。三、樁筏基礎(chǔ)設(shè)設(shè)設(shè)計工程基礎(chǔ)形式為為為樁筏基基礎(chǔ)。樁樁筏體系系可理理解為是是地基基土-樁-筏筏板相互互作用用的一個個有機機整體。本本工工程樁基基礎(chǔ)設(shè)設(shè)計使用用年限限為50年，耐耐久性1000年;建筑樁樁基設(shè)計計等級級甲級，安安全全等級為為一級級;主要抗震震性能目目標(biāo)為為樁身強強度滿滿足中震震彈性性和大震震不屈屈服要求求。工工程樁主主要包包括三種種類型型：位于于核心心筒和巨巨型柱柱下P1型((樁徑12200mmm、樁樁長44.66m);塔樓樓下其他他區(qū)域域P2型(樁樁徑10000mm、樁樁長40.11m);塔樓樓與純地地下室室間過渡渡樁PP3型(樁徑徑100000mm、樁長長26.11mm，為邊緣緣過過渡樁)，樁樁位布置置見圖圖10。工程樁P1和PPP2以第層卵卵石、圓圓礫為為樁端持持力層層，要求求進入入持力層層的深深度不小小于22.5m。純純地下室室部分分采用天天然地地基。所所有工工程樁均均采用用樁側(cè)樁樁端組組合后注注漿工工藝。樁樁筏基基礎(chǔ)設(shè)計計總體體思路：：考慮慮樁筏協(xié)協(xié)同作作用(圖111)，按變形形控制條條件合合理選擇擇樁端端持力層層，優(yōu)優(yōu)化設(shè)計計樁長長、樁徑徑和樁樁間距。樁樁基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計計計算應(yīng)應(yīng)考慮慮上部結(jié)結(jié)構(gòu)、筏筏板基礎(chǔ)礎(chǔ)和地地基(樁與土土)共同作用用分析。經(jīng)經(jīng)過過反復(fù)比比選，最最終將超超高層層主塔樓樓與裙裙房之間間的沉沉降后澆澆帶予予以取消消，實實現(xiàn)了樁樁筏基基礎(chǔ)設(shè)計計的創(chuàng)創(chuàng)新。樁樁與筏筏板基礎(chǔ)礎(chǔ)聯(lián)合合變調(diào)平平設(shè)計計的構(gòu)想想與技技術(shù)思路路如圖圖12所示。數(shù)數(shù)值分析得得出的基底底反力在主主樓區(qū)域約約為150kkPa;上部結(jié)構(gòu)構(gòu)傳遞到基基礎(chǔ)底面的的平均壓力力值約12000kPa;;樁間土承承擔(dān)的荷載載約為總荷荷載的12.55%。全部工程基樁施施施工完成成以后后，通過過單樁樁靜載荷荷試驗驗進行了了工程程樁承載載力檢檢驗，其Q--s曲線如圖圖13所示。檢檢測結(jié)果果表明明樁基施施工質(zhì)質(zhì)量良好好，1100%為ⅠⅠ類樁，為為實實現(xiàn)設(shè)計計構(gòu)想想奠定了了堅實實的基礎(chǔ)礎(chǔ)。四、BIM在“中中中國尊”中的的應(yīng)用1、輕易實現(xiàn)全全全范圍協(xié)同同設(shè)設(shè)計“中國尊尊”是目前北北京院正正在做做的一個BIIM項目，最最近剛向向甲方方提供了500%的初步設(shè)設(shè)計(施工圖圖)。在設(shè)計計院內(nèi)部部，所所有參與與這個個項目的的設(shè)計計師，和和項目目所涉及及到的的其他不不同方方公司一一起，統(tǒng)統(tǒng)一在BIMM這個標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)平平臺上進進行操操作。以BIIM自身的技技術(shù)，通通過三三維加上上數(shù)字字集成的的做法法，讓所所有單單位在共共同的的標(biāo)準(zhǔn)下下進行行協(xié)同設(shè)設(shè)計的的工作。這這是是一個超超大型型的工程程，而而這個共共同的的三維平平臺我我認(rèn)為正正是BBIM的最大大優(yōu)勢。其其次次，我們們利用用BIM將施施工方也也整合合到這套套標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)體系之之下，也也就是說說，BBIM將貫穿穿整個項項目，從從設(shè)計到到施工工的全部部過程程。目前前唯一一可類比“中中國尊”的項項目就是是上海海中心，當(dāng)當(dāng)時時上海中中心就就是在設(shè)設(shè)計和和施工過過程中中都用到到了BBIM。這樣樣的設(shè)計計方式式，需要要設(shè)計計師在利利用BBIM制作設(shè)設(shè)計模型型的時時候，同同時考考慮到BIMM轉(zhuǎn)型的問問題題。從目目前BBIM的使用用情況來來看，在在提高建建筑創(chuàng)創(chuàng)意的完完成度度、質(zhì)量量和效效率的前前提下下，如果果能順順利將設(shè)設(shè)計的的BIM模型型盡可能能完整整地提前前轉(zhuǎn)接接到下一一階段段的工作作中，將將對時間間成本本和造價價成本本都有一一個很很直接的的正面面作用。從目前北京院對對對BIM應(yīng)用用的定位位來看看，前期期的BBIM設(shè)計是是跟著設(shè)設(shè)計來來走的。我我們們一般會會根據(jù)據(jù)設(shè)計要要求先先規(guī)定出出必要要的原則則，然然后設(shè)計計師根根據(jù)這些些原則則，遵循循合理理的設(shè)計計原則則來搭建建整個個BIM模型型，在設(shè)設(shè)計的的過程中中，不不斷通過BIIM模型找到到設(shè)計中中的問問題，包包括設(shè)設(shè)計空間間中存存在的一一些問問題，并并不是是說設(shè)計計做完完了設(shè)計計師就就可以交交接給給下游，然然后后撒手不不管了了。我們們的BBIM是整合合到整個個設(shè)計計過程當(dāng)當(dāng)中，在在這個過過程中中，我們們的設(shè)設(shè)計師會會給出出很多不不同的的研究模模型，這這些模型型并不不是最終終的模模型，但但可以以幫助設(shè)設(shè)計師師甚至是是施工工方，在在設(shè)計計前期就就可以以考慮并并規(guī)避避很多后后期可可能會出出現(xiàn)的的問題，這這也也是我們們北京京院利用BIIM所構(gòu)建的的流程的的最大大特點，即即BBIM完全是是為設(shè)計計服務(wù)務(wù)的。實際上，在設(shè)計計計模型向向總包包傳遞的的過程程中，有有很多多技術(shù)以以外的的客觀因因素在在制約著BIIM在中國的的發(fā)展。很很多多大型工工程都都會面臨臨一個個工程建建設(shè)周周期的問問題，設(shè)設(shè)計周期期只是是工程建建設(shè)周周期的一一部分分，這實實際上上是短于于國際際標(biāo)準(zhǔn)的的。在在國際上上比較較正常的的周期期是，設(shè)設(shè)計院院要先用用一定定的時間間去做做科研和和測算算，設(shè)計計師有有專門的的設(shè)計計時間，之之后后再由設(shè)設(shè)計師師直接指指導(dǎo)施施工。但但在中中國這個個過程程在時間間上有有很大的的重疊疊，為了了加快快建設(shè)的的周期期，很多多時候候在設(shè)計計沒有有完成的的時候候，施工工就已已經(jīng)開始始了。這這種情況況下如如果使用BIIM，要是項項目沒有有足夠夠大，那那可能能達(dá)到同同樣的的效果時時，會會比簡單單的手手繪或二二維設(shè)設(shè)計多花花費550%的時間間，這時時上下下游之間BIIM模型將很很難實現(xiàn)現(xiàn)傳遞遞。因為為如果果設(shè)計沒沒有完完成，那BIIM模型就無無法得到到最精精細(xì)的細(xì)細(xì)化，那那這些呈呈現(xiàn)在在模型中中的數(shù)數(shù)據(jù)就是是虛的的，是下下游無無法使用用的。另外外還有一個個大制約就就是，中國國跟國外關(guān)關(guān)于建筑師師的責(zé)任認(rèn)認(rèn)定制度不不一樣，相相比較來說說，國外的的建筑師會會承擔(dān)更多多的權(quán)利和和責(zé)任。另另外設(shè)計師師的方法和和能力是否否適應(yīng)BIM的方式也也是個無法法回避的問問題。通過過前幾年的的反復(fù)論證證，勿容置置疑BIM將幫助建建筑設(shè)計領(lǐng)領(lǐng)域或者工工程建設(shè)領(lǐng)領(lǐng)域有更大大的發(fā)展，具具體推廣起起來我認(rèn)為為并不存在在技術(shù)上的的瓶頸。因因為在“中國尊”之前，上上海中心