CN109537876A - 空间变曲率砼城墙支模定位法 - Google Patents

空间变曲率砼城墙支模定位法 Download PDF

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杜宏斌
张青
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开一种空间变曲率砼城墙支模定位法，发明通过BIM建模，全站仪定位、测量，实现“以折代曲”支模定位。本发明利用BIM技术建模，确定了异形结构施工的复杂的空间坐标；利用全站仪定位，提供了复杂结构必须的准确的点位，为交错施工的施工误差提供了准确的数据，有效控制了复杂的结构施工的准确性。

Description

空间变曲率砼城墙支模定位法
技术领域
本发明涉及建筑领域，更具体地说，是一种空间变曲率砼城墙支模定位法。
背景技术
为了使城墙更具艺术效果，现有工程往往将城墙建得更具造型感，如下城墙：正立面为弧形曲面，墙面双曲上仰，极具轩昂之势，更有特色的是左右两翼城墙，更夸张了双曲面外墙的造型，两翼设计的双曲弧形城墙，翼尖立面弧形向上，呈犀牛角型，翼尖的尖角平面呈某一角度，立面弧形向上,翼顶高达数米,又以角尖立面某一角度的尖顶,从翼顶弧形向下,与正立面城墙高度圆弧相切连接,使古城墙的艺术效果彰显突出。
本工程两翼城墙正立面设计为双曲面(X,Y轴)，形态上仰；加上城墙的角尖在(Z轴)弯曲向上,墙体总体为三维曲线的表现形式。城墙墙体结构的点位空间各自独立,不存在三点一线的直线关系，具体结构难点分析如下:
1、城墙平面为变曲率曲面，立面为变斜率曲面：
两翼城墙的外墙,平面建筑线由二个曲率半径和一个三角形确定，为三维变曲率曲线组合的建筑造型。图1为空间变曲率城墙建筑边线立面斜率变化示意图，其中，a为墙顶尖角高，b为墙内走廊的屋面高度，c为城墙翼角角尖砖外缘线，d为城墙砼结构翼尖扶墙柱边线。图2为空间变曲率城墙建筑边线平面曲率变化示意图。
2、城墙砖的砌筑线，与弧形墙顶线平行为空间平行曲线:
城墙外立面砌筑的是古城墙砖，砌筑砖缝需按墙顶女儿墙顶的建筑曲线为基准排列,即整体的砖缝线按墙尖到城墙正常高度的弧形曲线平行排列。城墙砖缝线与墙顶曲线平行是第二难点。大面积非常规墙体砌筑，如图3城墙外立面砌筑砖缝线。
如上工程支模定位非常困难，常规施工工艺无法完成。
关于建三维BIM模型，异型钢混结构构件的定位，本申请人在申请号为CN201610393213.4的一种应用于异型钢混结构构件定位的BIM方法中详细描述公开过，但没有具体公开如何解决支模定位的问题。
发明内容
为解决以上现有技术存在的问题，本发明提出一种空间变曲率砼城墙支模定位法。
本发明的一种空间变曲率砼城墙支模定位法，所述空间变曲率砼城墙的平面建筑线由两个不同曲率半径的弧形和一个三角形确定，所述支模定位法将所述空间变曲率砼城墙设计图的关键控制点位细化为BIM建模控制点位，包括以下步骤：
1)计算机三维建所述空间变曲率砼城墙的Rhino模型；
2)将所述Rhino模型在Revit模型中建三维BIM模型；
3)将所述BIM模型的变曲率砼城墙分成水平若干段，再对每水平段进行垂直细分成连续的更小段，并对每段交点编号，形成空间变曲率砼城墙墙体拟安装的木模板
的空间组合模型；
4)在BIM模型里，设定(0,0,0)点，取出所述木模板的空间组合模型中每块拟安装的木模板的交点编号，确定每块细分模板的四个交点的三维坐标点(x，y，z)，并在Excel软件中汇总，由此确定所述空间变曲率砼城墙施工需要的空间点位坐标，并编制成整个变曲面城墙砼结构施工模板的定位表；
5)选择一稳定的全站仪定位基准点,可以通视远端一建筑塔顶的尖顶,形成定位基点和基准线，即全站仪测量初始坐标系，依此根据全站仪观察测定所述空间变曲率砼城墙设计图的关键控制点位，转换全站仪测量初始坐标系与已建的BIM模型的三维坐标系一致，成为全站仪与BIM共同基准点的施工测量坐标系，如此，全站仪将BIM提供的每块模板的安装定位坐标,通过全站仪测角、测距，确定曲面砼城墙模板安装需要的每一块模板的四个交点的三维坐标点、乃至全部模板安装的空间定位点。
其中，所述将空间变曲率砼城墙分成水平若干段为高度分层，分层后的小直线段以较小高度折线组合，满足结构立面曲率的总体变化；所述再对每水平段进行垂直细分成连续的更小段为：将变曲率砼城墙每水平段根据砼墙体附壁柱的位置尺寸以及砼墙体平面曲率变化的特征进行垂直细分成更小段，小直线段模板以较小宽度折线组合，满足结构平面曲率的变化。
其中，经对水平和垂直分段的交点编号，形成每一小块模板安装的下口和上口分别四个空间坐标，近千个完全独立的模板安装定位后的空间组合，形成“以折代曲”变曲率砼城墙墙体的模板安装体系。
其中，所述支模定位为变曲率砼城墙墙体的内层模板的安装定位，其外层曲面模板的安装，待空间变曲率砼城墙墙体的钢筋绑扎完成后，按设计的墙体厚度依据内层模板的曲面位置相应安装，最后完成墙体钢筋绑扎、完成模板支架固定、完成砼浇筑,从而完成第一层砼墙体的施工，以此按同样方法完成全部分层砼墙体结构的施工。
其中，第二层砼墙体施工定位时,全站仪在完成的下层砼结构面上按上一层高度的模板定位坐标测定施工点位。
由于采用以上技术方案，本发明的有益效果是：
1.利用BIM技术建模，确定了异形结构施工的复杂的空间坐标；
2.利用全站仪定位，提供了复杂结构必须的准确的点位，并利用全站仪定位，为交错施工的施工误差提供了准确的纠错数据，有效控制了使复杂的结构施工的准确性。
附图说明
图1为空间变曲率城墙建筑边线立面斜率变化示意图。
图2为空间变曲率城墙建筑边线平面曲率变化示意图。
图3为城墙外立面砌筑砖缝线。
图4为本发明空间变曲率城墙“以折代曲”模板水平定位示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域的技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
如图1，2所示，本实例中，城墙平面为变曲率曲面,立面为变斜率曲面，两翼城墙的外墙,平面建筑线由二个不同曲率半径和一个三角形确定,墙底建筑线与墙顶建筑线按相对水平距离第一段(88.68m转弯半径)从2982mm到2796mm变化,第二段(17.68m转弯半径)从2796mm到930mm变化,三角区(翼尖)按平面38度不变的三角形(正弦930mm)、立面弧形变化从0--3.84m与第二段墙连接，形成三维变曲率曲线组合的建筑造型，图1中a表示墙顶件角高，b表示廊内走廊的屋面高度，c表示翼角砖外线，d表示结构翼尖扶墙柱边线。
该古城墙砖的砌筑线,与弧形墙顶线平行为空间平行曲线，城墙外立面砌筑的是古城墙砖，砌筑砖缝需按墙顶女儿墙顶的建筑曲线为基准排列,即整体的砖缝线按墙尖15.55m到城墙正常高度11.55m的弧形曲线平行排列，最后墙角下部砖逐排“消失”于水中,如图3所示为城墙外立面砌筑砖缝线。
根据城墙非常规结构分析,由于常规CAD建模无法确定结构施工需要的空间定位点,也无法确定需要的材料加工尺寸,本工程采用了BIM建模技术,将设计图的关键控制点位细化为BIM建模控制点位，包括
1)计算机三维建空间变曲率砼城墙的Rhino模型；
2)将Rhino模型在Revit模型中建三维BIM模型；
3)将BIM模型的变曲率砼城墙分成水平若干段，再对每水平段进行垂直细分成连续的更小段，并对每段交点编号，形成空间变曲率砼城墙墙体拟安装的木模板的空
间组合模型；
4)在BIM模型里，设定(0,0,0)点，取出模板的空间组合模型中每块拟安装的木模板的交点编号，确定每块细分模板的四个交点的三维坐标点(x，y，z)，并在Excel软件中汇总，由此确定所述空间变曲率砼城墙施工需要的空间点位坐标，并编制成整个空间变曲率砼城墙施工模板的定位表。
本实例中BIM建模，可为复杂的异形结构施工提供需要的全部定位数据和尺寸,为施工提供了完善的依据。又为复杂的施工工艺提供了详细的材料数量和加工的详细尺寸,为现场施工提供了充分,详尽,精确的技术准备的各项数据。
本实例中全站仪定位,是本工程实现曲面城墙空间定位的又一关键技术，我们选择一稳定的定位基准点,全站仪定位在该点,可以通视远端一建筑塔顶的尖顶,形成定位基点和基准线,即全站仪测量初始坐标系。依此根据全站仪观察测定所述空间变曲率砼城墙设计图的关键控制点位，转换全站仪测量初始坐标系与已建的BIM建模的三维坐标系一致，成为全站仪与BIM共同基准点的施工测量坐标系。如此，全站仪可将BIM提供的每块模板的安装定位坐标,通过全站仪测角、测距，确定空间变曲率砼城墙模板安装需要的每一块模板的四个交点的三维坐标点、乃至全部模板安装的空间定位点。
其中，将空间变曲率砼城墙分成水平若干段为高度分层，分层后的小直线段以较小高度折线组合，满足结构立面曲率的总体变化；再对每水平段进行垂直细分成连续的更小段为：将变曲率砼城墙每水平段根据砼墙体附壁柱的位置尺寸以及砼墙体平面曲率变化的特征进行垂直细分成更小段，小直线段模板以较小宽度折线组合，满足结构平面曲率的变化。
其中，经对水平和垂直分段的交点编号，形成每一小块模板安装的下口和上口分别四个空间坐标，近千个完全独立的模板安装定位后的空间组合，形成“以折代曲”变曲率砼城墙墙体的模板安装体系。
其中，支模定位为变曲率砼城墙墙体的内层模板的安装定位，其外层曲面模板的安装，待空间变曲率砼城墙墙体的钢筋绑扎完成后，按设计的墙体厚度依据内层模板的曲面位置相应安装，最后完成墙体钢筋绑扎、完成模板支架固定、完成砼浇筑,从而完成第一层砼墙体的施工，以此按同样方法完成全部分层砼墙体结构的施工。
其中，第二层砼墙体施工定位时,全站仪在完成的下层砼结构面上按上一层高度的模板定位坐标测定施工点位。
本实施例中，图4为空间变曲率城墙“以折代曲”模板水平定位示意图，图中A1,A2,A3,----AN，分别表示模板的宽度的点位，即为模板定位的点位。
本实施例中，根据城墙圆弧曲率的变化,结构砼施工按1.2米--2.2米高度分段、水平按≦900mm模板宽度按弧形点位排列分层施工。
每层模板定位,下口按全站仪平面定位确定点位,模板上口按弧形水平位移的距离倾斜(空间点位)见如下表：
模板初步安装后，每层设定5---9个复合点位，待内层模板初步固定后，绑扎墙、柱钢筋，根据设计砼墙厚200mm，安装支架并按墙厚200mm距离安装墙体外侧的模板,并最后固定墙体钢筋模板、浇筑砼,从而完成分层高度的砼墙体施工(钢筋绑扎和模板支架斜撑工艺搭设为传统工艺略)。本工程分段并以折线型支模，替代了近似弧形的曲面支模，全部分段完成后，形成近千个由小平面组成的双曲面砼结构。
施工的支模和排架按常规带斜撑工艺搭设，形成以短折线代曲线的、立面弧形倾斜的支模形式,其中关键是BIM点位转为全站仪控制点位的控制应用，模板第一层定位,下口按全站仪平面定位确定点位,模板上口按设计弧形高度点位倾斜安装,并用支架固定并连成排架一侧的整体模板，另一侧的模板,根据砼墙设计厚200mm,待绑扎墙体钢筋后按相对200mm距离安装,模板整体固定后浇筑砼,完成第一层(或称下层墙体)砼的施工；第二层砼墙体施工定位时,全站仪在完成的下层砼结构面上按上一层高度的模板测定点位,同时又可对下层完成的结构误差提供较正数据,(在建模中完成结构的上口座标即是施工第二层结构的下口座标),如此,可准确调整施工每一工序的误差,保证异形结构的施工质量和双曲面造型的可控.
由近千个小平面组成的砼墙，还可由全站仪全数校准测量，为下一步砖墙砌筑提供准确的施工依据。
本项目应用BIM建模和全站仪定位,实践证明,BIM提供了施工需要的复杂而完整的数据,全站仪为施工提供了准确的定位和监测校正的数据,是传统施工测量不可比拟的,是本项目高质量完成的重要的技术支撑和保证，证明了创新技术应用于艺术古建筑是成功的。
任何本领域的技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (5)

1.空间变曲率砼城墙支模定位法，所述空间变曲率砼城墙的平面建筑线由两个不同曲率半径的弧形和一个三角形确定，其特征在于，所述支模定位法将所述空间变曲率砼城墙设计图的关键控制点位细化为BIM建模控制点位，包括以下步骤：
1)计算机三维建所述空间变曲率砼城墙的Rhino模型；
2)将所述Rhino模型在Revit模型中建三维BIM模型；
3)将所述BIM模型的变曲率砼城墙分成水平若干段，再对每水平段进行垂直细分成连续的更小段，并对每段交点编号，形成空间变曲率砼城墙墙体拟安装的木模板的空间组合模型；
4)在BIM模型里，设定(0,0,0)点，取出所述木模板的空间组合模型中每块拟安装的木模板的交点编号，确定每块细分模板的四个交点的三维坐标点(x，y，z)，并在Excel软件中汇总，由此确定所述空间变曲率砼城墙施工需要的空间点位坐标，并编制成整个变曲面城墙砼结构施工模板的定位表；
5)选择一稳定的全站仪定位基准点,可以通视远端一建筑塔顶的尖顶,形成定位基点和基准线，即全站仪测量初始坐标系，依此根据全站仪观察测定所述空间变曲率砼城墙设计图的关键控制点位，转换全站仪测量初始坐标系与已建的BIM模型的三维坐标系一致，成为全站仪与BIM共同基准点的施工测量坐标系，如此，全站仪将BIM提供的每块模板的安装定位坐标,通过全站仪测角、测距，确定曲面砼城墙模板安装需要的每一块模板的四个交点的三维坐标点、乃至全部模板安装的空间定位点。
2.根据权利要求1所述的空间变曲率砼城墙支模定位法，其特征在于：所述将空间变曲率砼城墙分成水平若干段为高度分层，分层后的小直线段以较小高度折线组合，满足结构立面曲率的总体变化；所述再对每水平段进行垂直细分成连续的更小段为：将变曲率砼城墙每水平段根据砼墙体附壁柱的位置尺寸以及砼墙体平面曲率变化的特征进行垂直细分成更小段，小直线段模板以较小宽度折线组合，满足结构平面曲率的变化。
3.根据权利要求1所述的空间变曲率砼城墙支模定位法，其特征在于：经对水平和垂直分段的交点编号，形成每一小块模板安装的下口和上口分别四个空间坐标，近千个完全独立的模板安装定位后的空间组合，形成“以折代曲”变曲率砼城墙墙体的模板安装体系。
4.根据权利要求1所述的空间变曲率砼城墙支模定位法，其特征在于：所述支模定位为变曲率砼城墙墙体的内层模板的安装定位，其外层曲面模板的安装，待空间变曲率砼城墙墙体的钢筋绑扎完成后，按设计的墙体厚度依据内层模板的曲面位置相应安装，最后完成墙体钢筋绑扎、完成模板支架固定、完成砼浇筑,从而完成第一层砼墙体的施工，以此按同样方法完成全部分层砼墙体结构的施工。
5.根据权利要求4所述的空间变曲率砼城墙支模定位法，其特征在于：第二层砼墙体施工定位时,全站仪在完成的下层砼结构面上按上一层高度的模板定位坐标测定施工点位。
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