BIM应用于古建筑加固平移实际工程

2016-3-1 23:56| 发布者: ccbuild| 查看: 769| 评论: 0|来自: 网络

摘要: 摘要：运用BIM技术、3D激光扫描和3DGIS数字化城市技术可以为整个古建筑提供为精准的可视化模型，成为当前古建筑修复的重要方法。通过在某古建筑加固平移实际工程中的应用，提出了结构分析阶段到施工阶段信息的交互 ...

摘要：运用BIM技术、3D激光扫描和3DGIS数字化城市技术可以为整个古建筑提供为精准的可视化模型，成为当前古建筑修复的重要方法。通过在某古建筑加固平移实际工程中的应用，提出了结构分析阶段到施工阶段信息的交互方法。

本文阐述了IFC数据标准基本规程及IFC空间模型层次，通过分析IFC数据模型特点，提出了IFC建筑模型转换方法，并采用ObjectARX技术在AutoCAD平台上开发了IFC建筑模型文件生成软件。

我国有大量的古建筑，其中多数年代久远，建筑结构老化，年久失修。随着我国经济的发展，越来越多的人们开始将注意力转移到历史名胜古迹的保护。古建筑的维护通常面临着因年代久远而没有相关技术资料的问题，因此运用BIM技术、3D激光扫描和3DGIS数字化城市技术可以为整个古建筑提供为精准的可视化模型，成为当前古建筑修复的重要方法。

BIM(buildinginformationmodeling，建筑信息模型)技术成为了解决建设领域信息交互的关键，BIM技术的研究也成了众多高校及企业的研究热点。30年前，美国ChuckEaStmaM博士提出了BIM思想：“建筑信息模型是包括全部的几何模型信息、构件性能和功能要求，并将一个建筑的所有全过程生命周期的信息整合到一个独立的建筑模型当中，涵盖建造过程、施工进度、维护管理等时间过程信息”。BIM技术是一种三维建模技术，通过数据化管理，对建筑的各行各业以及各个环节进行详细的设计管理，其主要特征为：信息集成性与完备性、模型信息的关联性及参数化设计。

同时工程项目是复杂且综合性极强的经营活动，参与者涉及众多专业与部门，同时每个专业所使用的设计软件又不相同，逐渐形成各自独立的数据源，难以实现BIM各阶段信息实时准确的信息交互。针对这一情况，国际协同工作联盟IAI(InternationalAllianceforInteroperability)(2008年之后更名为BuildingSMART)制定了信息表达和交换标准IFC(InduStryFoundationClaSSeS)，经过这些年的发展，IFC在国际上已经得到了广泛的采纳与推广。目前，国外众多学者从深度和广度多个方面对IFC标准进行了研究。

基于已有IFC数据标准研究成果，本文通过对IFC建筑信息模型组成、特点的研究，在3D3S软件基础上研发了基于IFC建筑信息模型转换软件，软件可以完整提取模型的项目、场地、楼层及构件等信息，实现从IFC建筑信息模型到BIM平台软件转换，为结构分析与其他建筑设计阶段建立信息交互通道。同时结合BIM平台与施工过程管理软件，在某古建筑加固平移工程中展示IFC模型转换的应用。

1IFC空间模型

IFC空间模型由IfcSpatialStructureElement实体描述，由以下概念组成：工程(project)(所有信息的最高存储者)、场地(Site)(包含复杂场地或者部分场地)、建筑物(building)(包含复杂建筑或者部分建筑)、建筑楼层(buildingStory)(部分建筑楼层)、建筑空间(Space)(部分建筑空间)组织起来，其中模型采用由上到下逐层包含的方式描述空间对象间的拓扑关系。本文通过IFC空间模型的结构特征，设计了提取IFC空间模型流程，如图1所示。流程图中的实体线框表示IFC建筑模型中主要实体类，实体类之间通过关系类IfcRelAggregates联系，其原理为通过提取某一建筑对象的反属性找到关系对象，然后根据关系对象找到该建筑对象相关的对象或者对象组。其中IfcProject属性UnitSInContext与OwnerHistory分别包含模型的全局单位与设计者等工程信息。IfcBeam，IfcWall等构件实体通过关系类IfcRelContainedinSpatialStructure与IfcBuildStory相关联。

图1IFC建筑模型提取流程

2基于IFC的建筑模型转换软件

基于IFC数据标准，以AutoCAD为开发平台，运用ObjectARX和ViSualC++等开发工具，在3D3S软件基础上研发了IFC建筑模型转换软件。本文通过IFCEngines商业化的IFC数据解析接口进行IFC文件的解析，实现从IFC结构模型到一般软件结构模型的转化及IFC结构模型文件的输出，图2为软件框架图。

图2软件架构图及界面

3D3S软件具有多个模块，因每个模块设计功能的不同，不同模块中模型定义方式也不尽相同，软件接口开发的过程中一般有两种方式：①针对每种模块开发独立于第三方软件信息交互的接口；②将不同模块的模型转化成通用模型信息，在通用模型信息的基础上开发统一的第三方交互接口，如图3所示。两种接口方式优缺点各不相同，第1种方式转换意义明确，直接使用各系统专属模型，但接口众多编程量巨大，第2种方式需要建立通用模型，虽然转换意义没有第一种方式清晰，但转换路径明确，不需重复建立接口。本文采用第2种方式开发结构模型信息转换应用平台，其中CoreData即为中间过渡转换通用模型的数据信息储存模块。从组织结构剖析CoreData模块可以将其主要分为3个数据类CoreData_Data，CoreData_Reactor及CoreData_Sector。CoreData_Data主要用于通用结构分析模型信息的存储，CoreData_Reactor主要存储模型信息行为实现模型数据之间的解析，CoreData_Sector用于存储所有截面信息。

3软件应用实例

玉佛禅寺为上海第一名刹，地处上海市普陀区安远路170号，为上海市优秀历史建筑。寺院分为前院和后院两部分，其中前院为修缮工程范围，为玉佛寺主要礼佛、参观等对外开放区域，主要建筑有天王殿、大雄宝殿(优秀历史建筑)、玉佛楼等，建筑面积31566m2。玉佛寺庙鸟瞰图如图4所示。

本节结合上海玉佛禅寺平移项目介绍IFC的建筑模型转换软件在实际工程中的应用。玉佛禅寺是上海著名的佛教寺院，已有近百年历史，为了更好地保护古建筑，现将寺庙大雄宝殿加固、整体平移顶升。由于大雄宝殿建造年代久远，原始图纸缺失，采用3D三维扫描仪、水准仪、测厚仪、激光测距仪、卷尺等仪器设备，对大雄宝殿的建筑进行了现场测绘，形成建筑平面图纸。大雄宝殿的梁、柱、墙等受力构件受到不同程度损坏，通过木柱、砖墙强度测定，首先在结构分析软件3D3S中建立相应的结构分析模型，对整体结构进行分析，确定平移过程中的加固方案。然后通过上文介绍的基于IFC的建筑模型转换软件将3D3S结构模型转换成IFC文件，再将IFC文件导入Revit软件，结合施工过程管理软件NaviSWorkS进行施工模拟，减少了模型在不同设计阶段软件中重复建模的工作，从而实现结构分析阶段到施工阶段的信息交互。图5为3D3S结构模型与Revit模型。

图3软件接口模式

图4项目鸟瞰图

图5模型导入前后对比

整个加固平移过程施工步骤主要分为：①室内土方开挖；②托换梁施工；③木柱托换；④下滑道梁土方开挖、施工；⑤平移过程施工；⑥顶升。木柱托换与平移过程为整个工程中的重点与难点。为顺利实现大雄宝殿的平移，需要改变原结构荷载传递路径。在F托换前结构荷载传递路径：上部结构荷载→青砖基础→地基土；托换完成后结构荷载的传递路径为：上部结构荷载→上托盘梁→下滑道梁。其具体施工过程：首先在木柱鼓蹬四周的托盘梁上立4根钢柱，然后在钢柱上立2根托换钢梁，用脱粘材料包住石鼓蹬，并用钢套箍把鼓蹬包住，钢套箍与脱粘材料间浇筑灌浆料密实，钢套箍预埋4根精轧螺纹钢。钢套箍与钢梁通过精轧螺纹钢连接在一起，拧紧精轧螺纹钢螺母，柱荷载传递通过钢梁托换至托盘梁上，最后形成托换体系，如图6a所示。

平移过程中，滑道梁设置了不锈钢板并抹润滑油，同时在每台支撑千斤顶的后方安装了一块钢板，钢板具有足够的刚度与强度，兼顾顶推和支撑的作用，水平滑动千斤顶紧贴钢板，水平力通过钢板作用于支撑千斤顶，避免滑动千斤顶直接作用于支撑千斤顶而造成偏心作用，如图6b所示。

为了更清晰地模拟整个平移过程，将模型导入Revit后同时自定义了施工过程中所需要的千斤顶、柱托换装置等族类型，同时在NaviSWorkS软件中定义施工甘特图。图7为NaviSWorkS软件模拟的结构加固、结构柱底托换、结构平移及结构顶升阶段。