场馆类BIM应用-场馆类BIM应用

绍兴体育中心BIM应用以数据库为核心•以信息交互为基石北京市建筑设计研究院项目议题•工程概况•BIM技术应用概述•参数化设计•数据库在BIM中的应用•Navisworks碰撞检查•基于数据库的钢结构优化设计•基于数据库的参数化节点设计•基于数据库绿色建筑及结构性能分析•可视化模型创建（运动模拟，漫游）•BIM指导施工图•Tekla辅助施工深化模型工程概况绍兴体育会展中心位于绍兴市西北的柯北新城。总建筑面积14.37万平方米，包括体育场、体育馆等设施，集业余训练、体育比赛、大型文艺演出、全民健身于一体，室外广场可同时承接大型集会及娱乐等功能。工程概况（体育场）体育场总建筑面积77500m2，观众座位40000席；屋盖采用活动开启式，开启面积12350m2，是国内目前可开启面积最大的开闭式体育场；可改造为展厅，设置标准展位单元1116个，周边设会展登录厅、会议中心及会展办公等用房。为国内第三个大型开和屋顶的体育场。工程概况（体育场）工程概况（体育馆）体育馆总建筑面积17100m2，建筑高度27m；整体造型为椭圆球体，体育馆屋盖部分采用弦支穹顶；屋盖平面为椭圆形。长轴：126m短轴：86m矢高：7m矢跨比：1/12.3项目难点•设计周期短，从初设到施工图完成共3个月；•体育场可开启屋盖面积大，共12350m2；•甲方经济型要求，体育场钢屋盖不超过300Kg/m2；•目前各软件间通常无法实现数据的无缝连接，导致大量不必要的重复工作。BIM应用价值•本项目实现了数据库与十余个分析软件的双向对接。•应用BIM技术实现了节点参数化设计。•本工程为建筑师提供包含所有节点在内的可视化模型，加强了与建筑专业的配合，使得结构满足建筑师造型要求。•利用BIM技术进行结构优化设计，用钢量从23000吨降至13000吨。•利用BIM技术加快了设计进程，从初设到施工图总共3个月。使用的软件软件应用•AutoDeskRevitArchtecture–建筑BIM模型–建筑施工图•AutoDeskRevitStructure–结构BIM模型–结构施工图•AutoDeskRevitMEP–设备机电BIM模型•AutoDeskEcotect–日照分析、能量分析•AutoDeskNavisworks–碰撞校核•Rhino/Grasshopper–参数化建模•CATIA/DigitalProject–钢结构节点的二次开发–钢结构三维实体模型的建立–复杂钢结构连接节点施工图生成•MIDAS–钢结构优化–统计经济指标（用钢量）–节点有限元分析•ABAQUS–大震弹塑性分析，极限承载力分析•FLUENT–数值风洞模拟，温度场模拟•RAYNOISE–声学分析•Tekla–施工深化模型•自主开发程序–STrans（结构转换程序）–SOpt（钢结构优化程序）–风致振动分析程序–节点校核程序参数化设计体育场钢屋盖结构体系利用Rhino/Grasshopper，对建筑外皮、屋盖结构几何体系实现参数化生成和控制。数据库在BIM中的应用BIM数据库建筑RevitEcotectRhino/GHCAITA/DPFluent…结构RevitCAITA/DPYJKSAP/MIDASABAQUS…MEPRevit经济其它本项目建立了BIM数据库，并利用自编程序接口，实现了多个软件间数据的双向对接。数据库在BIM中的应用•SQLite数据库管理系统–一款轻型的数据库；–遵守ACID的关联式数据库管理系统；–设计目标是嵌入式的；–占用资源非常低；–能够跟很多程序语言相结合（Tcl、C++、C#、PHP、Java等）；–处理速度比MySQL、PostgreSQL这两款著名的数据库管理系统都快。数据库在BIM中的应用BIM数据库形数据库态数据库节点坐标、连接杆件数量、连接杆件号、约束状况、节点形式；节点杆件面各节点号、节点坐标、截面形式、截面参数、材料、杆间荷载、约束条件；各节点号、节点坐标、截面形式、截面参数、材料、面荷载、约束条件；节点杆件面各工况位移各工况内力各工况内力数据库内容总信息库所在地区，场地类别，建筑安全等级，建筑防火等级，抗震等级，地震信息，风荷载信息…基于数据库的钢结构优化设计建筑参数化设计基于数据库的钢结构优化设计流程图BIM数据库MIDAS分析模型，得到内力补充荷载修改优化原则调用钢结构截面优化程序获得经济指标各专业评估NO确定优化原则YES补充态数据库修改形数据可视化BIM模型各专业评估施工图YES结束NO修改参数基于数据库的钢结构优化设计体育场前期主拱方案体育场主拱最终方案第一轮：用钢量23000吨;第二轮：抬高主桁架拱高，用钢量优化至12000吨，建筑师认为拱高过高;第三轮：拱高改回第一轮方案，优化结构体系，用钢量13000吨，建筑师认为拱高适合。但固定屋盖位移偏大，对活动屋盖的行走不利。第四轮：增加主要构件截面，适当提高拱的高度，用钢量控制在13000吨，且固定屋盖位移满足要求。Navisworks碰撞检查原方案：单根较粗钢棒改为8根细钢棒建筑师对主桁架下弦钢棒较粗提出意见；修改成拉索方案，但施工单位认为索预张力过大。经与建筑师协商后改为并两排共8根细钢棒方案。Navisworks碰撞检查经Navisworks检测有碰撞最终方案单排4根钢棒经Navisworks碰撞检测，部分钢棒与其它杆件有碰撞现象。与建筑师协商，最终定为单排4根细钢棒的方案。基于数据库的参数化节点设计•问题：–之前所有的节点都详图公司来制作，建筑师无法提前看到，在节点做出来之后，往往无法满足建筑师的美学要求。–节点的校核往往根据经验只选择部分节点、部分工况进行。•解决方案：–对CATIA/DP二次开发，实现基于数据库的钢结构节点的批量生成；。–生成前根据《钢管结构技术规程》对节点进行校核，实现所有工况下所有节点的校核，对不满足的自动予以区分并加固。•预期效果：–与RevitStructure创建的结构杆件模型相整合，构件完整准确的结构BIM模型；–建筑师可提前查看完整的结构模型，满足美学要求；–可用于整个结构模型的碰撞检查；–可得到更精确的用钢量。基于数据库的参数化节点设计基于数据库的参数化节点设计流程图调用接口批量创建CATIA节点模型BIM数据库提取节点形数据提取节点、构件的形、态数据，搜索并确定各节点控制工况内力有限元分析节点施工图评估分析结果结构模型NO直接导入midasFEAYES修改形、态参数自动创建调用节点校核程序NOYES调整结构模型内力更新基于数据库的参数化节点设计•在生成实体节点前调用节点校核程序，对节点承载能力进行校核。•校核完成，对承载力不足的杆件进行可视化标记，并对校核结果进行文本输出。•选择节点加固方式，形成加固可视化模型。该支管节点承载力不满足《钢管结构技术规程》要求基于数据库的参数化节点设计按照《钢管结构技术规程》对节点相应杆件端部进行自动化切割对CATIA/DP二次开发基于数据库创建钢屋盖节点基于数据库的参数化节点设计相贯节点基于数据库的参数化节点设计甲方要求不用铸钢节点；根据数据库及可视化模型，发现主桁架与环桁架交汇处两个节点连接杆件较多达到11根；此处焊接工艺困难，且不利于结构安全；与甲方探讨后，将16个节点改用铸钢节点。新方案使得该节点加工更方便，造型更美观，结构更安全，且费用增加不多。基于数据库的参数化节点设计关键节点的参数化模型主桁架跨中拉杆节点轨道梁与环桁架相交节点主桁架相交节点支座节点基于数据库的参数化节点设计主桁架跨中拉杆节点轨道梁与环桁架相交节点主桁架相交节点支座节点midasFEA关键节点的有限元分析结果利用BIM数据库自动创建的CATIA节点模型，可以直接导入midasFEA中进行有限元分析；通过调用态数据库搜索最不利工况得到有限元分析的外力组合；建模时间从之前的几个小时减少到现在的几分钟。基于数据库进行绿色建筑及结构性能分析声学分析观众席的直达声分布观众席的声压级分布观众席的语言传输指数STI利用数据库自动创建RAYNOISE模型，效率提高5倍以上。从模拟结果可看出声压级分布均匀。大部分观众席的语言传输指数STI在0.6以上，说明语言清晰度良好。日照分析、太阳辐射分析ECOTECT太阳辐射分析ECOTECT日照分析全年各月时均日照辐射量分布大震弹塑性分析及极限承载力分析ABAQUS大震弹塑性分析及极限承载力分析利用数据库自动生成ABAQUS模型，建模功效提高至少提高十倍。弹塑性分析：体育场在全开和全闭两个状态下均满足建筑抗震设计规范的抗震变形要求，竖向挠度也满足1/50的抗震要求。满足“大震不倒”的抗震性能目标。极限承载力分析：全闭模型的极限荷载可达荷载标准值（恒+雪）的3.32倍，全开模型为3.55倍，均满足《空间网格结构技术规程》K>2的要求；数值风洞模拟FLUENT数值风洞模拟利用数据库自动创建FLUENT模型，效率提高5倍以上。主要工作及技术路线：（1）采用CFD风洞数值模拟技术模拟不同风向的风压分布；（2）采用随机振动理论，由风谱得到风时程作为激励，对实际结构进行动力时程分析，得到结构加速度响应值。屋盖上表面除局部折角处为正压外均为负压；除屋盖边缘处强负压外最大负体型系数为0.6，最大正压体型系数为0.3。温度场模拟FLUENT温度场模拟从最高温度工作所得结果和最低工况所得结果可以看出结构冬夏温差57℃。考虑到结构合拢温度不确定性，我们建议采用±35℃计算结构冬夏温差，对于部分覆盖玻璃部分屋面上温度取50℃。垂直面x=0温度场分布垂直面y=0温度场分布水平面z＝20温度场分布基于数据库创建BIM模型结构BIM模型（体育场）基于BIM数据库搭建的体育场结构BIM模型体育场运动模拟及漫游结构BIM模型（体育场）体育场结构模型结构模型（体育场）体育场结构模型基于BIM数据库创建的体育馆钢屋盖结构模型结构BIM模型（体育馆）结构模型（体育馆）基于BIM数据库创建的体育馆钢屋盖结构模型结构模型（体育场）基于数据库创建Revit结构模型开发了基于RevitAPI的数据接口，直接读取数据库信息创建Revit结构模型，也可将Revit结构模型导入数据库。RevitMEP系统（体育场）Revit下部结构及MEP系统Revit平立剖图（体育场）Revit平立剖面图Revit建筑模型（体育馆）体育馆Revit建筑模型Revit平立剖面图（体育馆）体育馆Revit平立剖面图RevitMEP系统（体育馆）RevitMEP系统RevitMEP系统（体育馆）RevitMEP系统BIM指导施工图自动创建节点施工图CATIA节点模型节点大样体育场部分节点CATIA节点模型节点大样自动创建节点施工图体育馆部分节点施工图（体育场）体育场施工图施工图（体育馆）体育馆施工图Tekla辅助施工深化模型基于BIM数据库创建了体育场Tekla结构模型，避免了钢结构制造单位的重复建模工作。结语BIM技术实施的一个关键环节就是实现信息的在各软件间的无缝连接。现在我们还处于BIM的初级阶段，尽管IFC标准已经推出，在信息的交互中仍往往有数据丢失的现象。本项目提出了BIM数据库辅助以自编各软件数据接口的解决方案，成功实现了各软件间的信息交互，避免了大量重复性工作，显著提高了工程质量和效率。本项目使用了多个AutoDesk产品，进行了建筑绿色分析、BIM模型的搭建及指导施工图。开发了Revit与数据库的双向接口，大大提高了信息传递效率。通过CATIA/DP二次开发，实现了基于BIM数据库的完整结构模型（含所有节点）的创建，便于及时与建筑师进行沟通，而且极大地减轻了设计师的出图工作。实现了钢结构全节点全工况下节点校核，避免了过多对设计师经验的依赖。本项目是北京院在BIM初级阶段对BIM技术应用的积极探索，对今后的工作有很重要的指导意义。