国家跳台滑雪中心赛道工程建造关键技术研究

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论文字数:41254 论文编号:sb2021041017070135131 日期:2021-04-22 来源:硕博论文网
本文研究取得的成果和结论主要如下:(1)根据国家数字化模型应用相关标准,结合国家跳台滑雪中心工程特点,制定本工程特有的《国家跳台滑雪中心数字化模型应用标准》,提高工程信息传递准确度。(2)利用 Dynamo 可视化编程插件,通过将滑道曲面板各点标高转换为(x,y,z)空间坐标,将各节点按照点阵进行衔接,Revit 软件都会在 Dynamo 驱动下实现曲面滑道板快速精准建模,为今后赛道类工程模型创建提供技术思路和实践指导。

第 1 章 绪论

1.1 研究背景和意义
1.1.1 研究背景随着国民生活水平日益提高,越来越多的民众注重加强自身体育运动。冰雪运动作为新兴体育运动事业,自 2015 年 7 月 31 日我国成功申办 2022 年冬季奥林匹克运动会,极大推动了我国冰雪运动产业的发展。习主席指出,冰雪运动场馆及配套基础设施建设是冰雪运动产业筹办工作的重中之重,在场馆工程建设中引入先进科技手段,既要加快工程建设进度,又要充分考虑赛事需求和赛后利用情况。2016 年 11 月,国家体育总局、住房城乡建设部等 7 个部门,为加快冰雪场地设施建设、推动我国冰雪运动产业发展,联合印发了《全国冰雪场地设施建设规划(2016—2022 年)》。
目前,我国冰雪运动比赛场地建设仍处于起步阶段,尚不符合我国冰雪运动发展需求,要求推动各类场馆及配套设施工程建设,赛道工程建设则更是场馆建设中的重点工程。赛道场地建设规模大,为提高比赛竞技水平,满足各项赛事需求,常依托于山体建设,其赛道线型设计既要与山体及周边环境因素结合,保证运动员比赛中的舒适度;又要使赛道设计新颖独特,赛道场地有足够的长度和空间,满足运动员对比赛的竞技要求。
山区赛道工程建于山体之间,不同于常规比赛赛道,随着建设场地地形地势坡度走向,赛道有着显著的地形海拔变化,赛道板面呈异形曲面,主体高度高、跨度大、空间结构复杂,其富有现代感的造型设计给参赛人员和前来观看的观众带来强烈地视觉冲击力,使山区赛道工程从造型设计到结构深化,从施工建造到运维管理,各阶段都存在极大的困难。因此,山区赛道工程成为我们大力研究发展的方向,其复杂曲面造型结构的设计施工,是我们亟待解决的课题。
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1.2 国内外研究及应用现状
1.2.1 BIM 技术应用研究现状
(1)BIM 在国外应用研究现状
BIM 技术的研究与应用最早开始于美国。建筑信息模型的概念于 1975 年由美国佐治亚理工学院 Chuck Eastman 教授提出[2],随后在 Jerry Laiserin 等人帮助下对BIM 概念逐步补充和完善,将这一概念标准化[3]。自 2007 年到现在,美国政府机构部门反复修正和补充国家 BIM 标准及相关规范,在趋向成熟化的 BIM 标准下,BIM 技术在工程建设中的应用发展将更加全面性、系统性[4]。美国总务管理局作为最早推广 BIM 技术的部门,制定了“国家 3D-4D-BIM 计划”,在实际工程建设项目中引入 BIM 技术,研究分析 BIM 技术的在工程应用中的效果,并利用 BIM 技术可视化、模拟化、协作化的特性提高美国建筑行业工程质量[5]。
随着全球化进程加快,BIM 技术被不断推广发展,英国、新加坡、韩国、日本等国家陆续引进应用 BIM 技术,并走在世界的前列。
在欧洲,英国的 BIM 技术应用水平发展迅速,遥遥领先世界其他国家。其原因一方面是,与世界大多数国家相比,英国政府对 BIM 技术的认可度高,在国家各行各业广泛推广,并强制要求各建筑相关企业使用 BIM 技术,将 BIM 技术应用于工程建设中;另一方面,英国伦敦是全球众多顶级建筑设计公司的总部,例如BAI Design International、Hellmuth Obtat Kassabaum 和 Gensler 等世界著名建筑设计公司,具有天然的发展优势,能够快速推动 BIM 发展。这些原因使得 BIM 技术的发展和应用在英国具有良好的推动实行。
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第 2 章 国家跳台滑雪中心数字化模型应用标准

2.1 BIM 标准概述
2.1.1 标准定义
我国基于 2002 年版标准化工作指南,结合连续几年各种活动中对“标准”的深刻理解,修正和完善了标准化和相关活动通用词汇。在 2014 年 12 月发布了 GB/T20000.1-2014《标准化工作指南 第 1 部分:标准化和相关活动的通用术语》,明确“标准”一词的概念定义,即以科学、技术和经验的综合成果为基础,以实现促进最佳社会效益为目的,由国家机关或相关部门按照所规定的程序,并通过标准化的活动,经过共同讨论协商后制定,使各种活动主体依据统一的规则共同使用,并规范化活动结果的文件[41]。
2.1.2 BIM 标准内涵界定
BIM 标准按照标准化工作指南中对标准及相关活动的定义,可将其定义为,为了实现 BIM 在数字信息化范围内稳定执行应用,通过 BIM 标准化活动,在经过规定程序协商一致的原则下,为各项工程设计建设过程及工程后期成果交付制定相应的准则和说明,供工程设计和建设主体在工程应用过程中共同参照和重复性使用的规范性文件[42]。
BIM 标准的建立,为建筑全生命周期的信息化应用提供保障基础,增强项目涉众对需求的掌握和交流,避免信息传递过程发生误解,实现工程项目信息完整传递的准确性,使建筑数字化建造管理由粗放转变为精细[43-44],推动 BIM 技术在建筑行业进一步应用和发展,有效提升工程建造质量。
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2.2 制定国家跳台滑雪中心数字化模型应用标准
目前我国尚无赛道类工程数字化模型标准,而赛道工程从前期设计、建造到后期运维管理各项工作中的信息集成数据大部分来源于数字化模型,保证赛道工程模型质量,提高三维模型信息精度,能够实现数字化模型在工程建设中信息化和可视化应用效果。因而,在赛道工程应用中从模型建立到模型应用必须遵循一定的建模原则及模型相关标准。
2.2.1 国家跳台滑雪中心建模基本原则
国家跳台滑雪中心工程应用中各项信息数据都是基于数字化模型进行表达,数字化模型是将设计图纸上赛道建筑结构的二维信息转化为三维可视化数字信息模型,提高设计理念在赛道工程施工建造阶段信息传递准确度。对于本工程,建立山区赛道模型,既要考虑山体及周边建设场地实际情况,将赛道设计理念与周边环境信息相结合;又要保证赛道基准面的平整度,减少影响运动员在比赛中发挥水平的客观因素,为赛事圆满进行提供保障;同时也要确保运用 BIM 技术对复杂钢结构节点和钢筋节点空间排布、穿插等形式进行深化设计的应用效果,为施工质量提供保障。因此,在建立数字化模型的过程中应遵循以下建模原则和依据:
(1)一致性原则,建立赛道场地数字信息模型应与设计单位和建设单位所提供的通过各方审查的工程图纸完全相同,避免赛道模型单元发生构件缺失或重复等情况。
(2)合理性原则,数字化模型应遵循设计规范,结合施工现场环境信息,符合施工规范要求,保证现场工程能够正常施工,避免因设计变更对工程质量造成影响。
(3)准确性原则,数字化模型的建立应依据 BIM 规范和标准图集,保证构件尺寸、位置、标高等信息正确。
表 2-1 模型文件命名规则
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第 3 章 数字化辅助设计关键技术应用研究.................................17
3.1 国家跳台滑雪中心工程概况及特点........................................17
3.1.1 工程概况.....................................17
3.1.2 工程特点...........................18
第 4 章 滑道区模板支撑架搭设关键技术研究...........................33
4.1 滑道区模板工程概述...........................33
4.1.1 模板和支撑体系分类........................33
4.1.2 滑道区高大模板工程特点..............................34
第 5 章 滑道区现场塔吊布置和安装工艺研究......................49
5.1 国家跳台滑雪中心工程塔吊布置规划概述............................49
5.1.1 BIM 技术在施工场地布置应用优势..........................49
5.1.2 滑道区塔吊设备选型和布置设计..................................50

第 5 章 滑道区现场塔吊布置和安装工艺研究

5.1 国家跳台滑雪中心工程塔吊布置规划概述
5.1.1 BIM 技术在施工场地布置应用优势
国家跳台滑雪中心工程建设场地位于山坡之上,施工场地如图 5-1 所示。基于山体地形因素,现场施工人员结合施工建设环境,依靠以往施工经验对现场进行场地布置,通过二维施工场地布置图纸难以形象地将现场布置理念表达出来。应用 BIM 技术创建山体三维模型,如图 5-2 所示,工程人员通过数字化模型三维可视化,掌握建设场地环境信息,进行现场场地布置,将二维施工现场布置以三维实体模型表达出来,能够直观地判断场布情况并进行适当调整;同样能够利用 4D模拟技术,如现场土方开挖施工模拟、施工人员逃生模拟、现场火灾分析模拟等三维动态化模拟,对施工场地布置进行分析并优化,提高施工现场安全性[52]。
图 5-1 跳台建设场地原状图
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结论与展望

结论
本文以张家口奥林匹克体育公园国家跳台滑雪中心工程为研究背景,对滑道区主体结构施工建造关键技术进行了研究,针对滑道区空间复杂曲面结构、基于山体模板支撑架搭设标高不一、以及工程建造场地工作面狭小等滑道建设难点问题,提出了数字化辅助设计和数字化建造技术在山区赛道工程建造中的技术思路和实践指导,响应数字化中国理念,具有良好的工程应用前景。
本文研究取得的成果和结论主要如下:
(1)根据国家数字化模型应用相关标准,结合国家跳台滑雪中心工程特点,制定本工程特有的《国家跳台滑雪中心数字化模型应用标准》,提高工程信息传递准确度。
(2)利用 Dynamo 可视化编程插件,通过将滑道曲面板各点标高转换为(x,y,z)空间坐标,将各节点按照点阵进行衔接,Revit 软件都会在 Dynamo 驱动下实现曲面滑道板快速精准建模,为今后赛道类工程模型创建提供技术思路和实践指导。
(3)应用数字化模型使空间结构复杂的曲面赛道可视化,有效解决图纸中错缺漏碰等问题;对钢筋复杂节点以及与钢结构连接部位节点空间排布、穿插等形式进行碰撞检查,深化设计钢筋节点,实现滑道模型信息化和可视化在工程应用中的实际效果。
(4)针对滑道区主体结构模板支撑架搭设,基底标高不一、搭设模数多变,运用 SAP2000 软件对斜梁下模板支撑架体搭设方案进行设计计算,分析各杆件承受应力和架体变形能力,优化调整支撑架体杆件搭设间距;运用 Fuzor 软件对滑道区梁下模板支撑架体搭设过程仿真模拟,生成模架 3D 施工图表,提供可视化施工交底,对架体施工搭设存在的问题进行审查,优化模板支撑架体搭设施工方案,提高工程建设安全性。
(5)通过分析滑道区塔吊现场布设原则,运用 PKPM 建筑施工安全设施计算软件对塔机基础进行设计计算,确定塔机基础承台形式和配筋信息;并对塔机复杂安装过程和滑道区多台塔机之间塔臂回转、起升等施工过程进行施工仿真模拟,通过碰撞检测,确定各塔机中心布设位置,从而确定滑道区现场施工塔机安装方案。
参考文献(略)

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