CN115795931A - 有限元分析+bim技术大跨度空间钢网架整体吊装施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了种有限元分析+BIM技术大跨度空间钢网架整体吊装施工方法，该方法通过有限元分析首先验算网架整体受力性能，确定网架整体吊装吊点最优位置、钢丝绳参数，再通过BIM辅助网架地面拼装位置、确定吊车选型，确定吊车吊装最优站位，并模拟网架吊装路线确定最优吊装轨迹；通过BIM软件融入电阻应变监测系统，将网架模型各主要受力杆件在拼装、吊装过程中的受力应值在模型中直接显现，并根据规范规定设置相应的应力阈值，直观监测每一个主要受力杆件应力变化，确保一旦异常情况产生后，第一时间确定异常杆件及原因，对网架安装全过程不间断进行监测，确保网架吊装过程中的整体安全。

Description

有限元分析+BIM技术大跨度空间钢网架整体吊装施工方法

技术领域

本发明涉及大跨度钢网架吊装技术领域，具体涉及一种有限元分析+BIM技术大跨度空间钢网架整体吊装施工方法。

背景技术

随着我国城市化建设迅猛发展，科学技术水平的提高，造型多样的空间网架结构越来越多的应用于现实生活中，特别是大跨度空间网架结构的使用日趋广泛。但是随着空间网架结构跨度的不断增加，网架结构施工过程的精度和准确度要求也越来越高，如何在保证安全的前提下提高网架结构施工全过程的效率，是网架结构能否快速发展的重要因素。钢网架结构虽是高次超静定结构，整体性好、安全度高，但是设计、制造和安装中的许多复杂的技术问题还没有被深刻地认识到，稍有疏忽钢网架结构极易发生质量事故，甚至整体倒塌。

在具体转运时，由于涉及到多辆吊车或塔吊配合工作，对操作员的技术和经验要求过于苛刻；由于在前期转运时，在进行模拟过程中都是将钢网架采用多点竖直提升和移动(即钢丝绳在竖直状态，且钢网架一直确保在水平状态)，因此才能得到确定的吊装吊点最优位置、拼装位置、吊车选型以及钢丝绳参数；然在实际操作过程中，然多辆吊车或塔吊是在不同人员同时操作进行，即很难确保不同吊车或塔吊上的钢丝绳在同一竖直状态下，则实际吊运过程产生的应力应值或钢网架的水平度与理论模拟状态是完全不同的，而且也不能实时得到具体的应力应值或钢网架的水平度，造成不能得到科学客观的实时数据，造成较大的安全隐患。

本申请是申请人中交一公局第七工程有限公司结合郑州市文化创意产业园8号安置区项目体育馆网架结构施工中遇到的具体问题，利用有限元分析结合BIM技术，针对大跨度钢网架整体吊装施工施工关键技术进行了一系列研究，取得了丰硕的成果，并据此总结了有限元分析+BIM综合技术大跨度空间钢网架整体吊装施工工法。

有限元分析+基于BIM综合技术大跨度空间钢网架整体吊装技术是集结构受力模型建立、施工模型模拟、架体应力采集、分析、监测于一体的综合施工信息管理技术。通过有限元软件对网架受力性能分析，测定网架各杆件理论受力情况及最优吊点位置，利用BIM模型对网架整体吊装施工全过程进行施工模拟，测定最优吊装路线，将网架BIM模型融入电阻应变监测系统，对网架吊装过程进行实时监测，使网架在吊装过程中更直观的监测各杆件的应力应力变化及预警，吊装完成后该监测系统可用于网架全寿命周期监测，确保网架全寿命周期安全稳固。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有限元分析+BIM技术大跨度空间钢网架整体吊装施工方法，克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种有限元分析+BIM技术大跨度空间钢网架整体吊装施工方法，该方法通过有限元分析首先验算网架整体受力性能，确定网架整体吊装吊点最优位置、钢丝绳参数，一方面通过BIM辅助网架地面拼装位置、确定吊车选型，确定吊车吊装最优站位，并模拟网架吊装路线确定最优吊装轨迹；另一方面对经过有限元软件计算的网架在拼装、吊装各受力杆件应力值，对主要受力杆件安装应力变片，通过BIM软件融入电阻应变监测系统，将网架模型各主要受力杆件在拼装、吊装过程中的受力应值在模型中直接显现，并根据规范规定设置相应的应力阈值，直观监测每一个主要受力杆件应力变化，确保一旦异常情况产生后，第一时间确定异常杆件及原因，对网架安装全过程不间断进行监测，确保网架吊装过程中的整体安全。

作为本发明的进一步方案：所述最优吊装轨迹是指大跨度空间钢网架的两端以交错行走方式、形成S曲线的路径。

作为本发明的进一步方案：实现最优吊装轨迹的方法是：在确定好吊装吊点最优位置、拼装位置、吊车选型、吊车吊装最优站位以及钢丝绳参数后；确定一个以对应受力应值的应承受极限值或大跨度空间钢网架两端允许的最大高度差值为参考的误差值；以竖直状态下钢丝绳的延伸线与大跨度空间钢网架的交点为交集点，两端的钢丝绳与大跨度空间钢网架形成两个交集点；两交集点交错的作为彼此的圆心，实现在转运过程中，其中吊车一停止工作，吊车二绕着对应吊车一转动，其转动的距离所产生的受力应值或大跨度空间钢网架两端的高度差不超过误差值；完成后吊车二停止工作，吊车一绕着对应吊车二转动，其转动的距离所产生的受力应值或大跨度空间钢网架两端的高度差不超过误差值，如此交错行进转运。

作为本发明的进一步方案：在转运过程中得到钢网架两端的高度差的方法是：通过在大跨度空间钢网架上设置有软管，在软管内填充满具有彩色液体；其中软管的两端固定在大跨度空间钢网架上并依次对应两钢丝绳的延伸线；所述软管的两端位于同一高度，在软管上套设有透明的套筒，在套筒顶部设置圆孔使得软管能与大气连通，在套筒顶部设置的软盖实现在非工作状态时软管的液体不能流出，在套筒内设置有位移传感器。

作为本发明的进一步方案：利用BIM技术设置有一套BIM+电阻应变监测系统用于在吊装过程中进行实时监测相关应力应值，BIM+电阻应变监测系统由感知层、传输层和运用层组成，具体为传感器系统、数据采集子系统、数据传输子系统、数据库子系统、数据处理与控制系统、安全评价和预警子系统，通过各个层相互协调，实现系统的各种功能。

本发明的设计原理、与现有技术的技术区别点及效果：

1、精准：通过有限元计算分析，精准计算网架各杆件吊装过程中、安装后各杆件受力状态，确定最优网架吊点位置、拼装方案。

2、高效：利用BIM技术模拟吊车选用、车位定点、吊装路线规划，最短时间内采用信息化手段辅助完成吊车选用，利用软件三维立体特性确定吊车站位，并模拟整个吊装轨迹，从而确定最优吊装路线；采用BIM模型动画对管理人员、操作工人进行直观交底，大大提高工作实效。

3、安全：该工法采用的地面拼装整体吊装工艺极大减少了工人高空作业风险，通过融入电阻应变监测系统对网架本身拼装、吊装过程各杆件应力监测，确保各杆件应力、应变在允许范围内，全方位确保网架施工安全。

4、经济：本工法采用地面拼装工艺安装网架，同比高空拼装大大提高了工人的安装效率，减少了吊车的使用频率，更省去了支撑体系的安装，综合节省了较大的人工、机械成本。

5、快捷：施工前利用BIM+有限元分析规划网架全过程施工部署，优化精简整个施工过程，并通过将传统高空拼装调整为地面拼装，减少了安装时间，有效的降低施工工期。

6、创造性在前期理论模拟阶段设置误差值，该误差值通过以对应受力应值的应承受极限值或大跨度空间钢网架两端允许的最大高度差值；其中受力应值可包括钢网架各个零件连接处的应力值和钢丝绳与钢网架之间的应力值等来确定，而大跨度空间钢网架两端之间的高度差通过位于同一高度的两端头软管进行测定，即实现了若在实际转运过充中，实时监测的数据不超过误差值，则在风险范围内，若超过误差值则立刻停止工作进行安全防护，大大提高安全性。

7.本发明适用于体育馆、展览厅、仓库等中大跨度钢网架结构。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明的施工工艺流程图；

图2为本发明中通过有限元分析所得忘记整体建模示意图一；

图3为本发明中通过有限元分析所得忘记整体建模示意图二；

图4为本发明中吊点选择示意图；

图5为本发明中钢网架平面运行轨迹图；

图6为本发明中软件结构示意图。

图中序号为：1、吊车；2、风雨操场；3、钢网架运行轨迹示意；4、钢网架拼装场地；5、软管、6、彩色液体；7、透明套筒、8、位移传感器；9、圆孔。

具体实施方式

下面将结合实施例及其附图对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

参考图1-6，本实施例提供一种有限元分析+BIM技术大跨度空间钢网架整体吊装施工方法，该方法运用于郑州市文化创意产业园8号安置区项目体育馆网架结构施工。

一、有限元计算分析+BIM吊车选型、路线

1整体建模

根据工程特点，建模前对设计院设计计算书中各杆件材质强度取值及受力计算进行全面了解，并核对图纸网架安装后各支座位置及整体受力情况。

(1)材料重量统计。根据材料特性系统全面统计网架各材料重量，避免遗漏，并与设计统计情况核对无误后确定，如有异常及时与设计沟通确定。

(2)材料设计力学特性。

1)结构刚度控制指标

2)所用材料标准

3)材料强度设计值

4)网架整体建模重量校核

利用有限元软件将网架各杆件建完成后，转换提取各支座受力情况，与设计图纸计算书对比分析，无误后下一步施工。如图2和3。

2吊点选择

以文创园8号项目体育馆钢网架结构屋面为例，因网架纵向跨度为82m，吊点选择在短边支点处会导致跨中顶部细杆轴压力过大，导致压杆稳定性不满足规范要求，所以吊点应向跨中方向靠近，吊点距离边部投影直线距离为8.2m经过试算吊点如图4所示。

3钢丝绳及机型选型

每根钢丝绳及选型

1)每根钢丝绳长度

注：钢丝绳与网架水平夹角为60度

2m为钢丝绳捆绑球节点长度值。

2)钢丝绳拉力

依据《空间网架结构技术规程》JGJ7-2010第6.1.8条款要求，安装节段结构的动力系数宜按下列数值选取：履带吊、汽车式起重机吊装取1.4。

3)钢丝绳选型

钢丝绳用于机动起重安全系数取6，则总拉力为91.5*6＝549KN

依据《重要用途钢丝绳》表9，选择单根直径34mm，公称抗拉强度1570MPa的纤维芯钢丝绳。钢丝绳单位重量4.06Kg/m，则：

每台汽车吊用钢丝绳总重＝18.4*2*4.06＝149.41Kg

表9力学性能

钢丝绳结构：6×7+FC 6×7+IWS 6×9W+FC 6×9W+IWR

起重机选型

1)起重荷载计算

文创园8号项目体育馆钢网架结构跨度为70m×40m，拟采用2台汽车吊一次起吊到位方案进行吊装施工，依据《建筑施工起重吊装工程安全技术规范》7.5.5第3条规定：双机台吊，每台起重机的起重荷载按0.8的系数计算。则

2)BIM融入起重机选型及吊装

根据各汽车吊起重参数表，引入BIM软件模型中进行试配，最短时间内确定最优汽车吊型号及最佳吊装站位。

文创园8号项目体育馆钢网架吊装拟采用中联QAY180(配重55吨)汽车吊，支腿中心距墙1m，起吊时网架距墙不小于2m。

3)支腿处地基承载力

中联QAY180汽车吊整车整备质量71t，配重55吨，总重为126t；支腿纵横向跨距均为8.8m，支腿最大承载力为66.7t。

吊车支腿处地基承载力要求不小于200KPa

4)支腿钢筋混凝土垫板设计

现浇长*宽*高为1.5*1.5*0.55m混凝土板，下部设直径为10mm，间距为150mm的钢筋网片，保护层厚度为30mm。土基回弹模量为20MPa，混凝土基础支腿处加载为66.7t，经验算，混凝土第一最大主应力为1.233MPa<1.43MPa；钢筋网片第一最大主应力2.103MPa，符合要求。

4BIM融入网架吊运路线确定

文创园8号项目体育馆钢网架整体吊装采用双机抬吊吊运，为保证吊运过程中汽车吊钢丝绳始终类垂直状态及各应力应值不超过误差值，首先在前期模拟过程中确定各个位置的应力应值误差值和钢网架的高端偏差最大值，在实际转运过程中，只要对应位置或高度差中任一竖直超过误差值，即停工进行安全防护。

其中各个位置的实时应力大小通过在对应位置设置有应力传感器，通过BIM技术以及监测系统进行实时跟踪；而钢网架的高度差则通过在大跨度空间钢网架上设置有软管，在软管内填充满具有彩色液体；其中软管的两端固定在大跨度空间钢网架上并依次对应两钢丝绳的延伸线；所述软管的两端位于同一高度，在软管上套设有透明的套筒，在套筒顶部设置圆孔使得软管能与大气连通，在套筒顶部设置的软盖实现在非工作状态时软管的液体不能流出，在套筒内设置有位移传感器；通过唯一传感器信号和彩色液体是否超过套筒中的警戒线来进行判断。

具体操作过程是实现在转运过程中，其中吊车一停止工作，吊车二绕着对应吊车一转动，其转动的距离所产生的受力应值或大跨度空间钢网架两端的高度差不超过误差值；完成后吊车二停止工作，吊车一绕着对应吊车二转动，其转动的距离所产生的受力应值或大跨度空间钢网架两端的高度差不超过误差值，如此交错行进转运(该方案完全解决了多塔车之间配合的问题，即实现一个操作另一个停止，交错工作，避免配合失误造成的安全隐患)；实现在水平吊运过程中钢网架成S型行走路线，具体行走路线双机抬吊的配合平移路线与距离通过BIM模型进行模拟调试，确保双机抬吊平移安全性与配合度。如图5和6所示：

二BIM+电阻应变监测系统

1系统设计原则

本系统委托专业软件开发服务公司在传统电阻应变监测系统的基础上进行研发，形成一套融入BIM模型软件的综合监测系统。该系统可通过电脑、手机客服端进行全天24小时不间断综合监测系统，确保钢网架在安装全过程，对钢网架各主要受力杆件进行直观监测。

该系统设计应满足一定的原则，尽量做到可靠、经济、合理。监测系统是提供获取结构信息的工具，使决策者可以针对特定目标做出正确的决策，设计原则如下：

1)保证系统的有效性。针对钢网架的结构特点，根据结构状态识别和安全性评估要求确定监测系统的监测项目与传感器测点布置。

2)保证系统的可靠性：由于钢网架结构安全监测系统为室外实时运行，需保证系统的可靠性，否则先进的仪器，在系统损坏的前提下也发挥不出应有的作用及效果。

3)保证系统的先进性：设备的选择、监测系统功能与现在技术成熟监测及测试技术发展水平、结构安全监测的相关理论发展相适应，具有先进和超前预警性。

4)可操作和易于维护性：系统应易于管理、易于操作，对操作维护人员的技术水平及能力不应要求过高，方便更新换代。

5)系统应该具有很好的开放性、兼容性。在满足功能要求的前提下，应充分考虑现代技术的快速发展，以便系统升级。同时能够实现与交通工程、管理养护等系统对接，实现信息共享。

6)系统具有远程固件升级功能：根据系统自检以及系统需求可通过远程固件进行完善，且系统具备各种类型的通讯协议和接口，可为后期设备升级服务。

7)以最优成本控制：监测系统的一个原则就是利用最优布控方式做到既节省项目成本、后期维护投入的人力及物力，又能最大限度发挥出实际监测、监测的效果。

总之，系统坚持贯彻“技术可行、实施可能、经济合理”的基本原则，使得监测系统做到可用、实用、好用的程度，充分发挥作用，为钢网架结构施工过程中的管理及安全提供数据上和技术上的支持。

2系统组成

系统由感知层、传输层和运用层组成，具体为传感器系统、数据采集子系统、数据传输子系统、数据库子系统、数据处理与控制系统、安全评价和预警子系统，通过各个层相互协调，实现系统的各种功能。现就对系统组成及功能进行介绍。

1)传感器子系统

自动化监测传感器子系统作为感知层，是整个监测系统的基础部分，能在恶劣条件下，对监测结构物的各监测项能提供真实、实时和可靠的安全监测数据。传感器子系统即把结构物理量的变化，转换成其他信号的方式，例如声、光、电、磁等，对结构的变化进行定量，转换成人们比较熟悉的数值等，从而了解结构的受力及其他参数等。

2)数据采集子系统

数据采集子系统就是采集传感器子系统测量的环境条件和结构自身的声、光、电、磁等信号，并将信号处理成数字信号。数据采集子系统应当具有一定的诊断功能，对于异常的信息数据、传感器失效和损坏部位等能进行快速的分辨，并且保证系统能够在恶劣的气候条件(如雨、雪、飓风、地震、暴雨等)下正常运行，连续的采集传输结构安全监测各监测项的信息数据。数据采集子系统还具有一定的数据初步处理功能。

3)数据传输子系统

数据传输子系统常用的通信方式有GPRS/3G/4G、光纤和无线网桥。组网方式的选择原则如下：

①手机信号能够覆盖的地区，应优先考虑选用GPRS/3G/4G进行组网，运营商根据实际情况选择；

②现场无手机信号或数据流量过大时，需采用光纤进行传输。

4)数据库子系统

数据库子系统是一种数据处理系统，为实际可运行的存储、维护和应用系统提供数据的软件系统，是存储介质、处理对象和管理系统的集合体。其软件主要包括操作系统、各种宿主语言、实用程序以及数据库管理系统。数据库子系统由数据库管理系统统一管理，数据的插入、修改和检索均要通过数据库管理系统进行。数据管理员负责创建、监控和维护整个数据库，使数据能被任何有权使用的人有效使用。

5)数据处理与控制子系统

数据处理与控制子系统是数据传输子系统的下一个环节，对于数据采集和传输子系统采集传输过来的大量原始数据资料，需要通过数据处理与控制子系统，进行深一步的处理和分析。通过软件、硬件系统的处理，进行数据校对检验、总体数据初步分析、响应后续子系统功能模块的指令等等。数据处理和控制子系统实现了数据查询、存储、可视化等结构化处理，控制着结构处安装的数据采集设备，通过数据库操作实现了数据的提取和处理，是对原始数据进行处理和分析的关键系统部分。

数据处理与控制主要包括对数据进行过滤、二次处理等，并用原始数据或曲线等进行展示，然后APP或者PC端，进行原始数据或者以曲线的形式等进行展示，打印相关表、数据等。

6)安全评价与预警子系统

安全评价与预警子系统的主要功能就是对采集数据进行统计分析，并对各种环境条件下，在一定的温度和荷载作用下，结构关键部件和控制截面的参数值，确定变形及受力等的值域范围。在各种情况下，监测关键参数的变化，并通过数据判断出变化趋势，在遇到突发状况的时候，能够提前判断结构各种状况，在变形和受力等达到限值的时候发出预警信息，结合预警机制，及时对不稳定结构或可能出现失稳的结构采取一定的治理措施进行防治，防止灾害的发生或扩大，减少损失。

3分布式无线数据采集系统

在工程施工的安全监测行业，对监测对象的多样化、测量系统的稳定性、安装的便捷性提出了更高的要求。而传统的监测手段主要是通过对功能单一的模块进行系统集成，如测斜仪、振弦采集等，通过工业总线方式进行组网传输，存在系统复杂、布线工作量大、维护成本高等缺点，难以满足安全监测行业对监测系统要求。因此，采用一种无线传输、多参数测量的分布式云智能数据采集系统，可用于建筑基坑、大坝、桥梁、地铁、交通市政工程等工程的监测和安全稳定分析。

分布式云智能数据采集系统是一种运用多通信接口、zigbee通信技术的多功能无线数据采集系统。可实现多种接口协议转换，自动进行无线数据传输管理。解决了传统方法依靠模块集成、硬件布线的可靠性低、维护成本高等问题，具有数据自动采集、无线分布式安装、易维护、高可靠性等优点。

4节点及其工作原理

基于zigbee技术的无线节点，节点内部集成了振弦传感器以及RS485类传感器的测量电路，并通过开关扩展到多路输出。内置有锂电池作为节点电源驱动整个模块工作，同时外置太阳能电池板提供长期的续航能力。

采集节点可根据需求设置采集周期，每个采集周期节点唤醒并采集一次，采集结束后休眠，等待下一个采集周期再唤醒。这种工作模式大大降低的节点的耗电，实现低功耗工作，保证节点在仅靠太阳能供电的情况下正常运行。

采集节点内置2MB的存储器，用于备份采集到的数据(循环存储)，当网络故障导致节点不能及时上报数据时，无线网关可以通过记录的某个节点的数据断点时间从节点(中继器)中恢复数据。

采集节点具备电量预警功能，当电量低于设定的预警值时，会提前向网关发出电量低警告。节点在工作时可向网关上传当前的信号强度值，在安心云的诊断功能中可以查看到该值，经过中继的采集节点显示的信号强度是该采集节点到中继节点的信号强度。

5网关及其工作原理

网关是一个内置嵌入式处理器的多功能采集模块，因为其支持的外设较多，故需要市电供电，保证其能够长期稳定工作，另外无线网关内置了储备电池，用于在现场掉电后，将故障信息、掉电信息上报给安心云。

内置zigbee协调器，用于管理附属于该协调器管辖内(同一个zigbee子网号)的所有zigbee节点。网关内置DTU模块，可以将zigbee协调器收集上来的数据发送至分布式云智能索具荷载监测平台上。

网关内置SD卡，用于存储网关通信日志和固件升级。用户也可通过通讯接口实时查看网关的通信情况。另外现场可根据网关的功耗配置外置蓄电池，保证整个网络的数据实时上传。网关具备储备电池电量预警功能，当电量低于设定的预警值时，会提前提示电量低警告。

7软件平台

1)平台系统

系统采用分层B/S体系结构，以.NET为开发平台，以HTML5、CSS3、RAI和ADO.net为技术核心，采用当前流行的Metro UI界面风统一流程规范、统一技术标准、统一数据管理、统一角色管理、统一用户登陆、统一界面风格，构成一个开放统一的平台，构建分层的在线安全监测系统。由于本项目业务逻辑相对复杂，为了使整个系统有一个清晰的逻辑结构，减轻开发的难度，使程序员更专注于对系统业务流程的设计。

2)软件平台功能

系统能够提供良好的人机交互界面，便于使用者操作，包括各项监测参数数据的管理、分析，具有以下功能：

①对各类不同参数的测试数据进行综合管理：解决了管理人员需要面对多类采集系统的困难，只需从统一的数据库中调取信息即可。

②传感器信息的描述记录：可录入传感器的埋设位置、设备位置及编号等信息，记录与工程相关的信息，便于传感器的管理。

③能够对硬件系统进行远程控制：综合管理系统结合智能仪器，可远程调整测试参数，避免传统仪器以及系统因为进行参数改变而必须进入基坑现场的问题。

④能够对测试数据进行预处理：主要功能有数据的过滤、数据压缩、数据分类等功能，为后续的自动分析和人工分析提供良好的信息源。

⑤各阶段数据的显示：可以显示实时监控的数据，也可将历史数据调出进行显示，或对几种参数同时进行显示分析。

⑥数据分析功能：主要对数据进行各类分析处理，主要有：数据的统计分析、结构参数识别、结构的安全评估等功能。

⑦自动报表功能：可根据系统自动或者人工分析的结果，自由选择自动生成各类型报表。

⑧系统管理的安全保障：为保障基坑在线安全监测系统的安全运行，对不同管理者提供不同的权限，对用户身份进行验证，所提供的功能有查看、检索、修改、增加和删除等不同操作。

三质量控制

1网架拼装

(1)螺栓应拧紧到位，不允许套筒接触面有肉眼可观察到的缝隙。

(2)杆件不允许存在超过规定的弯曲。

(3)已安装网架安装零部件表面要清洁，完整，不损伤，不凹陷，不错装，对号准确，发现错装及时更换。

(4)网架节点中心偏移不大于1.5，且单锥体网格长度误差不大于+1.5。

(5)整体网格安装后纵横向长度不大于L/2000，且不大于30，支座中心偏移不大于L/3000，且不大于30。

(6)相邻支座高差不大于15，最高与最低点支座高差不大于30。

(7)空载挠度控制在L/800之内。

(8)质检人员备足全站仪、经纬仪、水准仪、钢卷尺及辅助用线、锥、钢尺等测量工具仪器。

(9)检验员在现场不中断，不离岗。随时控制，及时记录、及时完成资料、及时向质量工程师、项目经理、监理工程师汇报并密切配合。

2吊装模拟

根据施工图纸，邀请公司专家对吊装方案的施工过程进行模拟，计算确定汽车吊的型号，吊车、吊点位置选择，吊装过程中网架整体应力变化趋势(详见计算与附图),确保吊装施工在保证安全、质量的前提下，经济成本最小化。

3起吊

(1)对整体吊装方案邀请公司专家及郑州大学专家对整个吊装方案进行验算，确保验算的全面性与准确性。

(2)吊装前对主要受力杆件安装应力片，对网架应力进行监测，确保网架整体质量稳定性。

(3)汽车吊安装吊重、钢丝绳防倾斜装置，确保汽车吊吊装过程安全性。

四安全措施

1预警阈值的确定原则

预警值的确定设置是一个非常严谨、严肃的过程。不同结构的不同测试部位的预警值均不一样，因此需要对此有针对性的分析才能确定预警值的大小。对基坑结构来说预警值的确定有几个途径：

(1)设计院提供，设计院在设计图纸时已建立有限元模型对结构相关的变形、受力状态进行计算，并针对结构各个监测项给出合理的控制值。因此设计院提供的控制值为预警值确定的第一参考途径。

(2)理论计算，将设计荷载所导致的结构响应作为预警值的标准之一，此时需要准确的有限元模型以及荷载估计。

(3)施工监控得到的信息。此时反映了结构始健康信息，具有重要意义。

(4)实际测试，结合相关规范及已有的人工检测数据和报告得到初始的预警值。在设备安装系统运行后，在对后期三个月或半年的监测数据进行积累，建立基础预警数据库，对这些数据进行分析后再对初始预警值进行调整，使之与结构的实际情况更为接近。

2分级预警

预警级别的确定是结合现场监测数据信息，通过核查、综合分析和专家咨询等，判定工程风险大小，确定相应预警级别，并对相关监测内容等进行时时预警。

预警级别按工程风险由小到大分为四级：蓝色预警、黄色预警、橙色预警和红色预警，具体如表所示。

预警机制

告警级别	严重程度	告警颜色
			一级告警	严重告警	红色
二级告警	重要告警	橙色
			三级告警	次要告警	黄色
四级告警	警告告警	蓝色

一级预警(*90％)：当日监测数据达到监测预警要求，且无有效措施，综合判断为不可接受风险，工程处在抢险状态。

二级预警(*80％)：当日监测数据达到监测预警要求，且周边环境复杂，综合判断为不愿接受风险，工程处在不安全状态，现场须立即采取措施。

三级预警(*70％)：当日监测数据达到监测预警要求，综合判断为可接受风险，现场须采取防范措施。

四级预警(*60％)：当日监测数据达到监测预警要求，综合判断为可接受风险，现场无须采取防范措施，但需提高警惕。

除了电脑预警外，还有短信报警功能，可添加通知的用户手机号。

根据不同的预警，确定不同的预警机制，安全系统预警对基坑进行实时自动监测，根据监测历史资料，利用统计法、时间顺序法等手段对监测数据进行实时预处理和分析，若出现安全预警指标出现明显异常变化，则立即发出预警信号(短信)，避免事故的发生；若安全预警指标变化情况不是很明显，则立即触发综合评估系统进行分析评估，再根据评估结果采取相应的措施。

3安全措施

(1)制定安全生产责任制：认真贯彻安全第一、预防为主的方针。项目经理是项目安全生产第一责任者，安全员是安全直接责任者，建立、健全各级各部门的安全生产责任制，制定奖罚办法，责任落实到人。坚持定期安全检查，及时发现事故隐患。

(2)钢网架施工过程中实行安全值班制度。加强领导安全值班检查制度，每项施工工序必须有详细的技术、安全交底，签字齐全，方可施工。

(3)作业队伍设一名专职安全员，协助项目安全员的工作，严格贯彻各项生产管理制度和操作规程，做到只要有人施工就要有安全员在现场。随时发现安全隐患，及时纠正改进。加强全员安全教育，使广大职工牢固树立“安全第一预防为主”的意识，克服麻痹思想，组织职工有针对性的学习安全生产知识和规章制度，做到思想上重视，生产上严格执行。新工人入场必须进行安全教育，签订安全协议，换季时应对外事人员进行换季教育，坚持每周不少于一次的安全教育，坚决制止违章指挥和违章作业。落实安全生产责任制和贯彻执行各种规章制度。

(4)所有参试人员都必须进行进场前的安全教育，考试合格后方可施工。一线工人应掌握本工种操作技能，熟悉本工种安全技术操作规程。各类机械设备的操作工、电工、焊工等工种，必须经过专门安全操作技术训练，考试合格后方可持证上岗。

(5)施工现场重点部位及危险作业部位如基坑边设安全生产标志随时提醒职工注意安全生产。场内各种安全设备、设施等，任何人不准擅自拆除。

(6)特种作业人员必须持证上岗，佩戴相应的劳动保护用品。

(7)所有进入工地人员必须正确戴好安全帽，遵章守纪，佩戴标记。

(8)坚持班组施工的班前讲话。

(9)施工现场按施规划，必须有安全生产宣传挂牌，主要部位作业面、通道口都必须挂有安全宣传标语或安全警示牌。

(10)对施工便道定期维护，尤其在雨天加强养护整修，杜绝交通事故。

(11)加强对设备的检查、保养、维修，保证安全装置完备、灵敏、可靠，确保设备的正常安全运行。

(12)施工用电必须符合用电安全规程。现场电器设备要有防漏点措施，非电工不得安装、操作电器设备。

(13)夜间照明要有足够照明设备，手持灯必须采用36V低压电，电器设备要有可靠的接地线，电器设备操作人员操作时必须带防护用具和绝缘手套。

(14)基坑施工时，要作好基槽防护栏杆及上下人马道。清除槽壁、槽顶附近松散砖瓦石块，防止其掉落伤人。设专门人员于基坑周边进行巡视保证槽底施工人员、槽边行走人员的安全。

(15)大风、雨天后要对所有安全设施进行仔细检查，清除隐患后方可继续施工。

五资源节约

1机械、材料、人力成本降低

(1)采用本工法与传统钢网架施工相比，减少了汽车吊的使用频次，不需要在拼装阶段使用只需要在最后整体吊装阶段使用一次。

(2)采用本工法与传统钢网架施工相比，传统的钢网架安装方法需搭设大量脚手架辅助钢网架拼装作业，本工法只需在地下拼装，一次性吊装，无需额外脚手架搭设材料。

(3)采用本工法与传统钢网架施工相比，安装工人只需在地下拼装，不需要高空拼装作业部分，大大提高了工人的劳动效力，节省了人工成本。

2期缩短

采用本工法与传统钢网架施工相比，将高空拼装改为了地下拼装，减少了机械、材料的使用，更提高了工人的劳动效力，从而将工期降低至传统工期的1/2以上。

六效益分析

1经济效益：

有限元分析+BIM技术钢网架整体吊装施工工法，通过有限元计算分析，精准计算网架各杆件吊装过程中、安装后各杆件受力状态，确定最优网架吊点位置、拼装方案。采用BIM模型动画对管理人员、操作工人进行直观交底，大大提高工作实效。优化精简整个施工过程，并通过将传统高空拼装调整为地面拼装，减少了安装时间，有效的降低施工工期。

同比高空拼装大大提高了工人的安装效率，减少了吊车的使用频率，更省去了支撑体系的安装，综合节省了较大的人工、机械成本。

表经济效益对比表

2质量效益：

有限元分析+BIM技术钢网架整体吊装技术在施工全过程应用发展中呈现出多阶段、集成化、多角度、协同化应用的趋势，应用深度不断加深，可以有效提升施工过程质量控制的技术与管理水平。因此，将BIM技术运用于施工过程质量控制具有重要探索价值。通过总结与分析当前施工质量控制的现状，提出有限元分析+BIM技术钢网架整体吊装技术施工过程质量控制实施框架。该框架的具体实施分别从三个角度进行论述，从模型质量控制的角度，制定基于BIM的模型质量控制的标准化管理和实施细则；从建筑施工质量控制事前、事中和事后三阶段角度，提出基于BIM的三阶段施工质量控制实施策略；从建筑施工质量控制BIM主导方、设计方、施工方、监理方、业主方等各参与方的角度，提出BIM的各方协同实施策略。综合以上三个角度的分析，充分利用BIM模型能够在整个过程中进行数据共享与传递的优势，通过不同的软件平毫结合物联网、移动应用等先进技术将施工现场所有信息集成在统一的管理平台上，实现施工过程质量控制规范化、系统化管理。为全面深入探究和论证有限元分析+BIM技术钢网架整体吊装技术在提升施工过程质量控制的实施与应用。

3社会效益：

通过本项目的有限元分析+BIM技术钢网架整体吊装技术的应用，项目自开工至竣工期间，钢网架屋顶施工整体处于安全可控状态。已经在公司内部进行了推广应用，公司中牟县青少年活动中心项目项目也在使用有限元分析+BIM技术钢网架整体吊装技术进行钢网架屋顶施工，也取得了较好的施工效果。BIM技术行业对此项技术高度肯定，应用前景大，值得推广。

有限元分析+BIM技术钢网架整体吊装过程中不需要或仅需要很少的人工干预而自动进行并完成的。减少人力和物力的使用，节约经济。监测设备有效使用时间长，设备循环利用率高。

有限元分析+BIM技术钢网架整体吊装施工工法已在中牟县郑州国际文化创意产业园8号项目和中牟县青少年活动中心项目得到应用，通过有限元计算分析，精准计算网架各杆件吊装过程中、安装后各杆件受力状态，确定最优网架吊点位置、拼装方案。采用BIM模型动画对管理人员、操作工人进行直观交底，大大提高工作实效。优化精简整个施工过程，并通过将传统高空拼装调整为地面拼装，减少了安装时间，有效的降低施工工期。同比高空拼装大大提高了工人的安装效率，减少了吊车的使用频率，更省去了支撑体系的安装，综合节省了较大的人工、机械成本。

该工法可用于公用建筑，如仓库、体育馆等工程施工,其效果明显,所需材料设备简单、操作简便、具有较好的社会效益和经济效益。

最后，需要说明的是，本发明在描述各个构件的位置及其之间的配合关系等时，通常会以一个/一对构件举例而言，然而本领域技术人员应该理解的是，这样的位置、配合关系等，同样适用于其他构件/其他成对的构件。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (5)

1.一种有限元分析+BIM技术大跨度空间钢网架整体吊装施工方法，其特征在于：该方法通过有限元分析首先验算网架整体受力性能，确定网架整体吊装吊点最优位置、钢丝绳参数，一方面通过BIM辅助网架地面拼装位置、确定吊车选型，确定吊车吊装最优站位，并模拟网架吊装路线确定最优吊装轨迹；另一方面对经过有限元软件计算的网架在拼装、吊装各受力杆件应力值，对主要受力杆件安装应力变片，通过BIM软件融入电阻应变监测系统，将网架模型各主要受力杆件在拼装、吊装过程中的受力应值在模型中直接显现，并根据规范规定设置相应的应力阈值，直观监测每一个主要受力杆件应力变化，确保一旦异常情况产生后，第一时间确定异常杆件及原因，对网架安装全过程不间断进行监测，确保网架吊装过程中的整体安全。

2.根据权利要求1所述的有限元分析+BIM技术大跨度空间钢网架整体吊装施工方法，其特征在于：所述最优吊装轨迹是指大跨度空间钢网架的两端以交错行走方式、形成S曲线的路径。

3.根据权利要求2所述的有限元分析+BIM技术大跨度空间钢网架整体吊装施工方法，其特征在于实现最优吊装轨迹的方法是：在确定好吊装吊点最优位置、拼装位置、吊车选型、吊车吊装最优站位以及钢丝绳参数后；确定一个以对应受力应值的应承受极限值或大跨度空间钢网架两端允许的最大高度差值为参考的误差值；以竖直状态下钢丝绳的延伸线与大跨度空间钢网架的交点为交集点，两端的钢丝绳与大跨度空间钢网架形成两个交集点；两交集点交错的作为彼此的圆心，实现在转运过程中，其中吊车一停止工作，吊车二绕着对应吊车一转动，其转动的距离所产生的受力应值或大跨度空间钢网架两端的高度差不超过误差值；完成后吊车二停止工作，吊车一绕着对应吊车二转动，其转动的距离所产生的受力应值或大跨度空间钢网架两端的高度差不超过误差值，如此交错行进转运。

4.根据权利要求3所述的有限元分析+BIM技术大跨度空间钢网架整体吊装施工方法，其特征在于在转运过程中得到钢网架两端的高度差的方法是：通过在大跨度空间钢网架上设置有软管，在软管内填充满具有彩色液体；其中软管的两端固定在大跨度空间钢网架上并依次对应两钢丝绳的延伸线；所述软管的两端位于同一高度，在软管上套设有透明的套筒，在套筒顶部设置圆孔使得软管能与大气连通，在套筒顶部设置的软盖实现在非工作状态时软管的液体不能流出，在套筒内设置有位移传感器。

5.根据权利要求1所述的有限元分析+BIM技术大跨度空间钢网架整体吊装施工方法，其特征在于：利用BIM技术设置有一套BIM+电阻应变监测系统用于在吊装过程中进行实时监测相关应力应值，BIM+电阻应变监测系统由感知层、传输层和运用层组成，具体为传感器系统、数据采集子系统、数据传输子系统、数据库子系统、数据处理与控制系统、安全评价和预警子系统，通过各个层相互协调，实现系统的各种功能。

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