超震撼的“中国尊”钢结构工程视频BIM应用全面解析

1、超震撼的“中国尊”钢结构工程视频，BIM应用全面解析！中国尊，总建筑面积约42.7万平方米，地上108层，地下7层，建成后将取代国贸三期成为北京第一高楼。该项目位于北京CBD核心区内编号为Z15地块正中心，西侧与北京目前最高的建筑国贸三期对望，建筑总高528米，未来将被规划为中信集团总部大楼。于2011年9月12日左右动工，2016年底封顶，预计总投资达240亿元。通过对本项目项目的解析了解BIM技术的全面应用。北京中央商商务区核核心区的的标志性性超高层层建筑项项目中国尊尊大厦，工工程场地地位于北北京市朝朝阳区东东三环北北京商务务中心区区(CBBD)核核心区ZZ15地地块，建建筑面积积约433

2、.7万万m2(地上约约35万万m2，地地下约88.7万万m2)。主要要建筑功功能为办办公、观观光和商商业。该该塔楼地地上1008层，地地下7层层(局部部设夹层层)，建建筑高度度5288m，外外轮廓尺尺寸从底底部的778m78mm向上渐渐收紧至至54mm544m，再再向上渐渐放大至至顶部的的59mm599m，似似古代酒酒器“樽樽”而得得名，建建筑效果果图如图图1所示示。工程主要结结构体系系由外框框筒和核核心筒组组成，其其中外框框筒由巨巨型柱、巨巨型斜撑撑、转换换桁架以以及次框框架组成成。巨型型柱位于于塔楼角角部，贯贯通至结结构顶部部，并在在各区段段分别与与转换桁桁架、巨巨型斜撑撑连接。巨巨型柱底

3、底部截面面形状为为多边形形，中部部及上部部为矩形形，采用用多腔钢钢管混凝凝土柱。在在设备层层及避难难层共设设置8道道转换桁桁架，其其杆件截截面采用用焊接箱箱形截面面。巨型型斜撑沿沿各区外外皮设置置，也为为焊接箱箱形截面面。次框框架包括括重力柱柱和外环环梁，均均为焊接接H形截截面，其其仅承担担本区重重力荷载载，不参参与整体体抗侧。2.1 巨巨型外框框筒几何何控制面面的生成成中国尊大厦厦外轮廓廓的水平平截面形形状为倒倒圆角的的正方形形，并沿沿着高度度平滑收收放，其其外完成成面几何何控制尺尺寸见图图2。巨巨型外框框筒的外外控制面面采用分分段折面面的形式式，既可可以较好好控制巨巨型外框框筒与建建筑外完

4、完成面的的距离，又又可降低低结构自自身的加加工难度度。2.2 巨巨型柱外外轮廓的的生成巨型柱从基基础顶面面(-331.33m)至至1066层(5503.2m)的截面面形式根根据一定定的规则则进行变变化，其其具有三三种截面面形式：1)77层以下下(-331.33433.155m)为为4根八八边形截截面，截截面面积积约为663.99m2;2)77199层(443.115998.665m)为8根根六边形形截面，截截面面积积约为119.55211.3mm2;33)1991006层(98.655033.2mm)为88根矩形形截面，截截面面积积约为119.222.56mm2。巨巨型柱共共设置112个控控制

5、转折折标高，具具体见表表1。为使结构受受力最优优，要求求12个个控制转转折标高高位置对对应的巨巨型柱截截面形心心都位于于竖直面面内，此此面与水水平或竖竖直夹角角为277，如如图3所所示。综合巨型柱柱12个个控制转转折标高高位置截截面形心心共于竖竖直面内、角角点(PP，P点)连连续、每每层巨型型柱角点点与外完完成面的的距离不不小于5500mmm(底底部为112000mm)等3个个条件，最最终确定定巨型柱柱的几何何定位。其其俯视定定位图如如图4所所示。2.3 转转换桁架架、巨型型斜撑及及次框架架的生成成在确定外框框筒外控控制面及及巨型柱柱外轮廓廓后，可可以确定定转换桁桁架、巨巨型斜撑撑及次框框架等

6、定定位。此此处控制制的目的的是各构构件之间间的连接接要做到到平齐对对接，避避免出现现错边，并并且方便便加工和和安装。整整个塔楼楼由8道道转换桁桁架分成成了9个个区段，每每个区段段生成的的规则是是一致的的，不同同的只是是巨型柱柱倾斜的的程度，本本节仅选选取典型型区段进进行介绍绍，如图图5所示示。转换桁架、巨巨型斜撑撑及次框框架的外外皮均与与外框筒筒外控制制面平齐齐。转换换桁架弦弦杆、巨巨型斜撑撑等构件件与巨型型柱连接接位置均均需要设设置水平平加劲肋肋，且结结合与巨巨型柱转转折标高高位置的的关系，转转换桁架架弦杆的的截面形形式控制制为平行行四边形形截面(图6(a)，而没没有采用用常规截截面形式式(

7、图66(b)。例如截面尺尺寸为88007000，表示示截面垂垂直高度度为8000mmm，沿水水平向宽宽度为7700mmm，此此截面定定义规则则可认为为由相距距8000mm的的一对水水平面和和平行于于巨型柱柱外控制制面、水水平距离离(非垂垂直距离离，下同同)为7700mmm的一一对斜面面，所围围区域作作为弦杆杆轮廓尺尺寸。转转换桁架架腹杆的的截面定定义规则则也参照照弦杆的的截面定定义规则则，例如如截面为为90007000的斜斜腹杆，由由相距9900mmm平行行于腹杆杆轴线，且且都垂直直于竖直直面的一一对斜面面和平行行于巨型型柱外完完成面、水水平距离离为7000mmm的另一一对斜面面，所围围区域作

8、作为斜腹腹杆轮廓廓尺寸。角角部桁架架弦杆与与腹杆的的生成规规则与转转换桁架架的生成成规则也也基本一一致。巨巨型斜撑撑的生成成规则与与转换桁桁架腹杆杆的生成成规则类类似。略略有不同同的是转转换桁架架的斜腹腹杆、弦弦杆与巨巨型斜撑撑轴线交交点标高高与外框框筒转折折标高不不在同一一标高(相差半半个弦杆杆高)(图7)。为避避开上述述问题，巨巨型斜撑撑截面生生成方案案按如下下方案进进行：例例如1 60009000截面面，取平平行于巨巨型斜撑撑轴线、相相距1 6000mm且且垂直于于竖直面面的一对对斜面，和和平行于于下轮廓廓面、水水平距离离为9000mmm的一对对斜面，所所围区域域作为巨巨型斜撑撑轮廓尺尺

9、寸。次框架的空空间定位位主要以以分析重重力柱为为主。重重力柱的的定位与与幕墙玻玻璃分格格对应，幕幕墙分格格规则则则是以外外完成面面为基础础，按照照加强层层建筑完完成面标标高水平平剖切出出其对应应的幕墙墙轮廓线线，等分分为1228份(图8)，进而而得到各各层的幕幕墙分格格点。然后在外完完成面每每6个分分格点取取一格点点再投影影到转换换桁架上上弦、下下弦中心心线上。连连接相邻邻两道转转换桁架架上、下下弦的交交点即为为重力柱柱中心线线定位，连连接每道道转换桁桁架上、下下弦的交交点即为为转换桁桁架竖腹腹杆中心心线定位位。在确确定重力力柱轴线线定位之之后，以以平行于于轴向且且垂直于于竖直面面的一对对斜面

10、与与平行于于外框筒筒外完成成面的一一对斜面面所围区区域作为为重力柱柱外轮廓廓，重力力柱采用用焊接HH形截面面，以便便施工。整个外框筒结构构件的截面生成规则可以用如下模型进行形象说明：剪切刚度很小而弯曲刚度很大的结构，在一对水平力作用下，发生剪切变形之后的形状，作为中国尊大厦外框筒结构的构件截面的主要形式，而确定截面倾斜的程度主要依据各段外框筒外完成面的倾斜程度，如图9所示。三、桩筏基基础设计计工程基础形形式为桩桩筏基础础。桩筏筏体系可可理解为为是地基基土-桩桩-筏板板相互作作用的一一个有机机整体。本本工程桩桩基础设设计使用用年限为为50年年，耐久久性1000年;建筑桩桩基设计计等级甲甲级，安安

11、全等级级为一级级;主要要抗震性性能目标标为桩身身强度满满足中震震弹性和和大震不不屈服要要求。工工程桩主主要包括括三种类类型：位位于核心心筒和巨巨型柱下下P1型型(桩径径1 2200mmm、桩桩长444.6mm);塔塔楼下其其他区域域P2型型(桩径径1 0000mmm、桩桩长400.1mm);塔塔楼与纯纯地下室室间过渡渡桩P33型(桩桩径1 0000mm、桩桩长266.1mm，为边边缘过渡渡桩)，桩桩位布置置见图110。工程桩P11和P22以第层层卵石、圆圆砾为桩桩端持力力层，要要求进入入持力层层的深度度不小于于2.55m。纯纯地下室室部分采采用天然然地基。所所有工程程桩均采采用桩侧侧桩端组组合

12、后注注浆工艺艺。桩筏筏基础设设计总体体思路：考虑桩桩筏协同同作用(图111)，按按变形控控制条件件合理选选择桩端端持力层层，优化化设计桩桩长、桩桩径和桩桩间距。桩桩基础结结构设计计计算应应考虑上上部结构构、筏板板基础和和地基(桩与土土)共同同作用分分析。经经过反复复比选，最最终将超超高层主主塔楼与与裙房之之间的沉沉降后浇浇带予以以取消，实实现了桩桩筏基础础设计的的创新。桩桩与筏板板基础联联合变调调平设计计的构想想与技术术思路如如图122所示。数值分析得出的基底反力在主楼区域约为150kPa;上部结构传递到基础底面的平均压力值约1200kPa;桩间土承担的荷载约为总荷载的12.5%。全部工程基基

13、桩施工工完成以以后，通通过单桩桩静载荷荷试验进进行了工工程桩承承载力检检验，其其Q-ss曲线如如图133所示。检检测结果果表明桩桩基施工工质量良良好，1100%为类类桩，为为实现设设计构想想奠定了了坚实的的基础。四、BIMM在“中中国尊”中中的应用用1、轻易实实现全范范围协同同设计“中中国尊”是是目前北北京院正正在做的的一个BBIM项项目，最最近刚向向甲方提提供了550%的的初步设设计(施施工图)。在设设计院内内部，所所有参与与这个项项目的设设计师，和和项目所所涉及到到的其他他不同方方公司一一起，统统一在BBIM这这个标准准平台上上进行操操作。以以BIMM自身的的技术，通通过三维维加上数数字集

14、成成的做法法，让所所有单位位在共同同的标准准下进行行协同设设计的工工作。这这是一个个超大型型的工程程，而这这个共同同的三维维平台我我认为正正是BIIM的最最大优势势。其次次，我们们利用BBIM将将施工方方也整合合到这套套标准体体系之下下，也就就是说，BBIM将将贯穿整整个项目目，从设设计到施施工的全全部过程程。目前前唯一可可类比“中中国尊”的的项目就就是上海海中心，当当时上海海中心就就是在设设计和施施工过程程中都用用到了BBIM。这这样的设设计方式式，需要要设计师师在利用用BIMM制作设设计模型型的时候候，同时时考虑到到BIMM转型的的问题。从从目前BBIM的的使用情情况来看看，在提提高建筑筑

15、创意的的完成度度、质量量和效率率的前提提下，如如果能顺顺利将设设计的BBIM模模型尽可可能完整整地提前前转接到到下一阶阶段的工工作中，将将对时间间成本和和造价成成本都有有一个很很直接的的正面作作用。从目前北京京院对BBIM应应用的定定位来看看，前期期的BIIM设计计是跟着着设计来来走的。我我们一般般会根据据设计要要求先规规定出必必要的原原则，然然后设计计师根据据这些原原则，遵遵循合理理的设计计原则来来搭建整整个BIIM模型型，在设设计的过过程中，不不断通过过BIMM模型找找到设计计中的问问题，包包括设计计空间中中存在的的一些问问题，并并不是说说设计做做完了设设计师就就可以交交接给下下游，然然后

16、撒手手不管了了。我们们的BIIM是整整合到整整个设计计过程当当中，在在这个过过程中，我我们的设设计师会会给出很很多不同同的研究究模型，这这些模型型并不是是最终的的模型，但但可以帮帮助设计计师甚至至是施工工方，在在设计前前期就可可以考虑虑并规避避很多后后期可能能会出现现的问题题，这也也是我们们北京院院利用BBIM所所构建的的流程的的最大特特点，即即BIMM完全是是为设计计服务的的。实际上，在在设计模模型向总总包传递递的过程程中，有有很多技技术以外外的客观观因素在在制约着着BIMM在中国国的发展展。很多多大型工工程都会会面临一一个工程程建设周周期的问问题，设设计周期期只是工工程建设设周期的的一部分

17、分，这实实际上是是短于国国际标准准的。在在国际上上比较正正常的周周期是，设设计院要要先用一一定的时时间去做做科研和和测算，设设计师有有专门的的设计时时间，之之后再由由设计师师直接指指导施工工。但在在中国这这个过程程在时间间上有很很大的重重叠，为为了加快快建设的的周期，很很多时候候在设计计没有完完成的时时候，施施工就已已经开始始了。这这种情况况下如果果使用BBIM，要要是项目目没有足足够大，那那可能达达到同样样的效果果时，会会比简单单的手绘绘或二维维设计多多花费550%的的时间，这这时上下下游之间间BIMM模型将将很难实实现传递递。因为为如果设设计没有有完成，那那BIMM模型就就无法得得到最精精

18、细的细细化，那那这些呈呈现在模模型中的的数据就就是虚的的，是下下游无法法使用的的。另外外还有一一个大制制约就是是，中国国跟国外外关于建建筑师的的责任认认定制度度不一样样，相比比较来说说，国外外的建筑筑师会承承担更多多的权利利和责任任。另外外设计师师的方法法和能力力是否适适应BIIM的方方式也是是个无法法回避的的问题。通通过前几几年的反反复论证证，勿容容置疑BBIM将将帮助建建筑设计计领域或或者工程程建设领领域有更更大的发发展，具具体推广广起来我我认为并并不存在在技术上上的瓶颈颈。因为为在“中中国尊”之之前，上上海中心心在超高高层建筑筑里做BBIM已已经相当当领先了了，只是是施工方方和设计计方在交交接传递递的过程程缺乏整整合性的的传递环环节还存存在瓶颈颈，我们们希望这这个瓶颈颈能在“中中国尊”这这个项目目中给彻彻底打开开。比起技术，我我们现在在所做的的BIMM更多是是紧贴设设计。随随着BIIM的发发展，关关于BIIM标准准的讨论论也正在在提上日日程。标标准这种种东西不不是死的的，它会会随着软软件的开开发、社社会的支支持环境境等等不不断作出出调整。北北京院去去年发布布了一个个内部标标准，今今年也对对其做了了一定的的修正，就就是想把把一些和和设计密密切相关关的外延延的东西西都纳入入进来，