从30年前国外提出BIM技术概念，到我国2002年正式提出BIM技术应用，再到近几年BIM技术应用发展迅速 ^[1],BIM技术在项目全周期的信息化应用中扮演越来越重要的角色，大大提高施工效率，为整个建筑领域的发展注入新活力。本文针对成都露天音乐广场主舞台项目钢结构复杂多变的特点进行分析研究，充分利用BIM软件的优势，使钢构件在深化、出图及施工应用中满足质量、精度、安全、工期等要求。

　　 成都露天音乐广场主舞台建成后将是我国唯一一座双面看台，且以露天音乐广场为主题的地标性城市公园(见图1)。主舞台由月牙形看台和双曲拱支抛物面单层索网2个独立结构单元组成。看台上部钢结构罩棚呈月牙形，主要由管桁架构成，罩棚两端接地，中部最大高度48.85m，最大跨度180.7m。双曲拱支抛物面2个钢箱拱跨度为196m，拱高44.5m;两拱拱顶间距90m;2个斜拱在地面交汇。主舞台钢结构施工难度非常大。

　　 1)该项目双曲拱支抛物面钢箱拱轴线为悬链线，拱截面为变截面，厚板空间曲面各不相同。截面高度从5 804mm渐变至3 240mm，拱支板厚80,60,40mm，箱体内部每隔4m左右设1道T形隔板，箱体翼腹板沿长度方向设置纵向加劲肋，拱脚处9条渐变至拱顶处7条。单支钢箱拱重约1 500t，钢箱拱的分段吊装及高空精确定位是项目施工难点。

　　 2)罩棚主要由7字形桁架、变截面双曲六边形落地拱桁架、双曲网壳结构、封边桁架、悬挑桁架、三角桁架构成;桁架截面变化形式多，细部节点做法需优化;同时，由于结构受力的特殊性，部分结构安装完成并不能形成一个稳定结构，需模拟安装顺序，以免安装罩棚结构时产生大位移变形和结构失稳。

　　 Tekla Structures软件在钢结构设计环境中具有多种节点形式、型材规格，可进行选取深化设计，建模时所用构件及截面能严格满足设计图纸的要求，对于非标准节点也可自定义设计，节点设计是全参数化的 ^[2,3]。

　　 根据设计图信息成立项目相关的组织人员体系(见图2)，分析设计图信息后，建模人员将所有钢结构信息输入BIM模型中，如罩棚桁架的球节点、檩条、管桁架、预埋板件、马道、构件编号等信息，严格按照相关流程进行建模 ^[4]。深化设计的总体部署将服务于现场安装总体进度，主要考虑材料采购、现场构件的安装分段、现场加工制作能力及吊装能力。建成后的钢结构模型如图3所示。

　　 该项目钢结构体量虽不大，但节点形式多且复杂。罩棚主要体现在球节点、相贯杆件、支座、各种桁架连接节点及马道上;球节点最多有12根杆件相连，涉及5种规格杆件;部分桁架结构相连接处最多有7根6种规格的管相贯连接。钢箱拱体现在每块板、相应截面加劲条布置数量、隔板大小等都随拱截面的变化而变化;膜结构相关二次钢构因索网呈马鞍形，不同位置对应的膜夹和拱杆布置及安装角度不一。该节点原有的二维图很难让工人或技术人员清晰地理解构件间的相对位置及结构形式。而BIM模型三维节点深化、展示能很好地解决该问题。技术人员利用BIM模型对工人进行技术交底，图纸不清楚时，可针对某一节点进行更深入的研究理解，大大降低现场出错率，提高现场技术人员、拼装工人的工作效率。部分典型节点如图4所示。

　　 主舞台钢结构形式复杂，非标准结构居多。相比传统的出图模式，BIM技术有自身的出图输出模式，通过已建好的模型，分布置图、构件图、零件图导出所需，然后出图人员根据现场加工需要或出图标准，调整图纸视图和尺寸标注。针对设计结构的变更修改模型，再导出图纸，避免直接在图纸上修改，节省出图时间，减少出错率 ^[5]。

　　 BIM技术在钢结构施工中发挥多重时效性，双曲拱支抛物面钢箱拱和罩棚结构存在安装精度控制、吊装及安装顺序等问题。

　　 安装钢构件主要考虑2个问题:如何控制安装构件的线性度;采用什么样的安装措施。对此，以钢箱拱为例，提出相关解决方案。

　　 1)钢箱拱安装线性度控制设计院给出的安装定位控制是钢箱拱两拱所在斜平面与水平面夹角呈46.548°，拱截面长轴线与拱平面所夹角始终为定值40°(见图5)。实际上，该值不利于现场测量控制，也难以让安装工人理解，钢箱拱安装后不一定能满足设计线性度和安装精度。根据设计院给出的双拱曲线方程，结合钢箱拱加工分段布置图和现场实际安装坐标系，利用BIM技术进行钢箱拱模型放样，找出每段钢箱拱上下2个截面每个角的空间坐标(x,y,z)，安装测量钢箱拱时以此为参考作控制钢箱拱的安装线性度(见图6)。

　　 2)安装措施良好的安装措施既保证安装精度，又保证工人安全、提高现场安装效率(见图7)。从钢箱拱安装角度、截面尺寸、质量、标高、施工环境及操作便利性等方面入手，决定在钢箱拱安装断口处建立操作定位平台，平台上主要设2排型钢标高柱(见图8)，分别支撑不同2段钢箱拱的端头，与钢箱拱的接触面线形通过BIM进行放样(总计放样68处)，在钢箱拱吊装前1天复测实际标高后，现场根据图纸和复测数据进行切割，保证钢箱拱的安装精度。同时，为保证钢箱拱焊接方便，围绕断口截面形式，在BIM模型中放样，设置上人爬梯。最终，钢箱拱段的平均定位安装时间为49.4min;每个钢箱拱断口保证5～8人操作，平均焊接用时62.64h，相比预计的72h，提高效率13%。

　　 钢构件吊装时，构件质量和重心的正确把握是吊装成功的决定性因素之一。项目难点主要体现在:(1)钢箱拱及落地拱桁架均为变截面双曲结构，构件每段都存在大小头变径、大尺寸及大吨位问题，如何精确寻找重心、确定质量，布置吊耳，并确定吊装方式，成为吊装成功的关键;(2)7字形桁架结构安装采用整体拼装翻身转体吊装思路，但因重心落于铰支座外，且安装后对落地拱桁架有后倾拉力，需考虑如何保证7字形桁架的吊装安全、减少吊装变形的影响及消除对落地拱产生的拉力。

　　 复杂结构很难通过常规质量法、重心确定法精确确定重心位置参数，通过BIM软件的重心查询功能(见表1)，能精确查找吊装构件质量、重心位置及总面积。根据确定的构件质量和重心设置相应吊点，保证吊装的安全性及合理性。7字形桁架在超过重心靠后竖向位置设置支撑架，以承载桁架大部分质量，保证稳定性，避免对落地拱桁架产生拉力(见图9)。

　　 项目罩棚桁架结构部分造型独特、结构受力特殊，只有当落地拱和7字形桁架整体成型后，罩棚桁架结构才基本趋于稳定，还需考虑以下因素:(1)所有桁架结构的安装顺序;(2)工期影响;(3)结构稳定性;(4)桁架变形控制;(5)施工环境。采用BIM技术模拟多种施工过程方案，清晰全方位掌握结构安装角度、顺序及空间位置。最终模拟确定，罩棚桁架结构安装的大体思路为从两边向中间，具体顺序为:落地拱桁架→7字形桁架(三角桁架、端部弦杆同步安装)→双曲网壳→悬挑→封边桁架(见图10)。利用BIM提前规划好安装顺序、工期进度计划，达到现场受益、进度有保障的效果 ^[6,7]。

　　 1)成都露天音乐广场主舞台复杂钢结构运用BIM技术的1∶1可视化模型、模拟、节点放样设计等优势，有助于现场管理人员把握结构特征、注意局部细节难点、获得安装对比数据及指导工人作业。

　　 2)BIM技术对复杂钢结构结构分析和安装精度控制非常重要，对构件出图、节点深化甚至工期进度会产生较大影响，施工模拟分析能合理调整施工方案，保证钢结构顺利、安全实施。

　　 3)BIM技术贯穿整个钢结构施工，能保证施工过程的安全性、稳定性及安装精度，提高工作效率，保障工期进度。