场馆类BIM应用

使用的软件
软件应用
• AutoDesk Revit Archtecture
– 建筑BIM模型 – 建筑施工图
• AutoDesk Revit Structure
– 结构BIM模型 – 结构施工图
• AutoDesk Revit MEP
– 设备机电BIM模型
• AutoDesk Ecotect
– 日照分析、能量分析
体 育 场 部 分 节 点
节点大样
自动创建节点施工图
CATIA节点模型
体 育 馆 部 分 节 点
Hale Waihona Puke Baidu
节点大样
施工图（体育场）
体育场施工图
施工图（体育馆）
体育馆施工图
Tekla辅助施工深化模型
基于BIM数据库创建了体育场Tekla结构模型，避免了钢结构制造单位 的重复建模工作。
结语
➢ BIM技术实施的一个关键环节就是实现信息的在各软件间的无缝连接。现在我们 还处于BIM的初级阶段，尽管IFC标准已经推出，在信息的交互中仍往往有数据丢 失的现象。
• ABAQUS
– 大震弹塑性分析，极限承载力分析
• FLUENT
– 数值风洞模拟，温度场模拟
• RAYNOISE
– 声学分析
• Tekla
– 施工深化模型
• 自主开发程序
– STrans （结构转换程序） – SOpt（钢结构优化程序） – 风致振动分析程序 – 节点校核程序
参数化设计
体育场钢屋盖结构体系
输出。 • 选择节点加固方式，形成加固可视化模型。
基于数据库的参数化节点设计
对CATIA/DP二次开发 基于数据库创建钢屋盖节点
按照《钢管结构 技术规程》对节 点相应杆件端部 进行自动化切割
基于数据库的参数化节点设计
相贯节点
基于数据库的参数化节点设计
甲方要求不用铸钢节点； 根据数据库及可视化模型
利用Rhino/Grasshopper，对建筑外皮、 屋盖结构几何体系实现参数化生成和控制。
数据库在BIM中的应用
建筑
Revit Ecotect Rhino/GH CAITA/DP Fluent…
MEP
Revit
BIM 数据库
经济
结构
Revit CAITA/DP
YJK SAP/MIDAS ABAQUS…
建模时间从之前的几个 小时减少到现在的几分 钟。
基于数据库 进行绿色建筑及结构性能分析
声学分析
观众席的直达声分布 观众席的语言传输指数STI
观众席的声压级分布
利用数据库自动创建RAYNOISE模型， 效率提高5倍以上。
从模拟结果可看出声压级分布均匀。 大部分观众席的语言传输指数STI在0.6
Revit 平立剖面图
Revit建筑模型（体育馆）
体育馆Revit建筑模型
Revit 平立剖面图（体育馆）
体育馆Revit 平立剖面图
Revit MEP系统（体育馆）
Revit MEP系统
Revit MEP 系统（体育馆）
Revit MEP系统
BIM指导施工图
自动创建节点施工图
CATIA节点模型
整
修 改
NO
结 构
形
模
、
型
直接导入 midas
FEA
调用节点校核程序
NO
有限元分析
YES 态 参 数
评估分析结果
YES
基于数据库的参数化节点设计流程图
基于数据库的参数化节点设计
该支管节点承 载力不满足 《钢管结构技 术规程》要求
• 在生成实体节点前调用节点校核程序，对节点承载能力进行校核。 • 校核完成，对承载力不足的杆件进行可视化标记，并对校核结果进行文本
屋盖采用活动开启式，开 启面积12350m2，是国
内目前可开启面积最大 的开闭式体育场；
可改造为展厅，设置标准 展位单元1116个，周边 设会展登录厅、会议中心 及会展办公等用房。为国 内第三个大型开和屋顶的 体育场。
工程概况（体育场）
工程概况（体育馆）
体育馆总建筑面积 17100m2 ，建筑高度 27m；
NO
修改优化原则
基于数据库的钢结构优化设计流程图
基于数据库的钢结构优化设计
体育场前期主拱方案 体育场主拱最终方案
第一轮：用钢量23000吨;
第二轮：抬高主桁架拱高，用钢量优
化至12000吨，建筑师认为拱高过
高;
第三轮：拱高改回第一轮方案，优化
结构体系，用钢量13000吨，建筑
师认为拱高适合。但固定屋盖位移偏 大，对活动屋盖的行走不利。
BIM应用价值
• 本项目实现了数据库与十余个分析软件的双向对接。 • 应用BIM技术实现了节点参数化设计。 • 本工程为建筑师提供包含所有节点在内的可视化模型，加强了
与建筑专业的配合，使得结构满足建筑师造型要求。
• 利用BIM技术进行结构优化设计，用钢量从23000吨降至13000吨。 • 利用BIM技术加快了设计进程，从初设到施工图总共3个月。
其它
本项目建立了BIM数据库，并利用自编程序接口，实现了多个软件间 数据的双向对接。
数据库在BIM中的应用
• SQLite数据库管理系统 – 一款轻型的数据库； – 遵守ACID的关联式数 据库管理系统； – 设计目标是嵌入式的； – 占用资源非常低； – 能够跟很多程序语言相 结合（Tcl、C++、C#、 PHP、Java等）； – 处理速度比MySQL、 PostgreSQL这两款著 名的数据库管理系统都 快。
第四轮：增加主要构件截面，适当提
高拱的高度，用钢量控制在13000 吨，且固定屋盖位移满足要求。
Navisworks碰撞检查
原方案：单根较粗钢棒
改为8根细钢棒
建筑师对主桁架下弦钢棒较粗提出意见； 修改成拉索方案，但施工单位认为索预张力过大。 经与建筑师协商后改为并两排共8根细钢棒方案。
以数据库为核心 • 以信息交互为基石
绍兴体育中心BIM应用
北京市建筑设计研究院
项目议题
• 工程概况 • BIM技术应用概述 • 参数化设计 • 数据库在BIM中的应用 • Navisworks碰撞检查 • 基于数据库的钢结构优化设计 • 基于数据库的参数化节点设计 • 基于数据库绿色建筑及结构性能分析 • 可视化模型创建（运动模拟，漫游） • BIM指导施工图 • Tekla辅助施工深化模型
屋盖上表面除局部折角处为正压外均为 负压； 除屋盖边缘处强负压外最大负体型系数 为0.6，最大正压体型系数为0.3。
温度场模拟
垂直面x=0温度场分布 垂直面y=0温度场分布
FLUENT 温度场模拟
从最高温度工作所得结果和最低 工况所得结果可以看出结构冬夏 温差57℃。考虑到结构合拢温度 不确定性，我们建议采用±35℃ 计算结构冬夏温差，对于部分覆 盖玻璃部分屋面上温度取50℃。
– 节点的校核往往根据经验只选择部分节点、部分工况进行。
• 解决方案： – 对CATIA/DP二次开发，实现基于数据库的钢结构节点的批量生成；。 – 生成前根据《钢管结构技术规程》对节点进行校核，实现所有工况下所
有节点的校核，对不满足的自动予以区分并加固。
• 预期效果：
– 与Revit Structure创建的结构杆件模型相整合，构件完整准确的结构 BIM模型；
• AutoDesk Navisworks
– 碰撞校核
• Rhino/Grasshopper
– 参数化建模
• CATIA / Digital Project
– 钢结构节点的二次开发 – 钢结构三维实体模型的建立 – 复杂钢结构连接节点施工图生成
• MIDAS
– 钢结构优化
– 统计经济指标（用钢量）
– 节点有限元分析
整体造型为椭圆球体， 体育馆屋盖部分采用弦 支穹顶；
屋盖平面为椭圆形。 长轴：126m 短轴：86m 矢高：7m 矢跨比：1/12.3
项目难点
• 设计周期短，从初设到施
工图完成共3个月；
• 体育场可开启屋盖面积大，
共12350m2；
• 甲方经济型要求，体育场 钢屋盖不超过
300Kg/m2；
• 目前各软件间通常无法实 现数据的无缝连接，导致 大量不必要的重复工作。
– 建筑师可提前查看完整的结构模型，满足美学要求； – 可用于整个结构模型的碰撞检查； – 可得到更精确的用钢量。
基于数据库的参数化节点设计
结构模型
内力更新
BIM
提取节点
数据库
节
形数据
点
提取节点、构件的
调
施 自动创建 调用接口批量创建
工
CATIA节点模型
图
形、态数据，搜索 并确定各节点控制
工况内力
基于BIM数据库创建的体育馆钢屋盖结构模型
结构模型（体育场）
开发了基于Revit API的数据接口， 直接读取数据库 信息创建Revit结 构模型，也可将 Revit结构模型导 入数据库。
基于数据库创建Revit结构模型
Revit MEP 系统（体育场）
Revit 下部结构及MEP系统
Revit 平立剖图（体育场）
，发现主桁架与环桁架交 汇处两个节点连接杆件较 多达到11根；此处焊接工 艺困难，且不利于结构安 全； 与甲方探讨后，将16个节 点改用铸钢节点。 新方案使得该节点加工更 方便，造型更美观，结构 更安全，且费用增加不多 。
基于数据库的参数化节点设计
主桁架跨中拉杆节点
主桁架相交节点
轨道梁与环桁架相交节点
支座节点
关键节点的参数化模型
基于数据库的参数化节点设计
主桁架跨中拉杆节点
主桁架相交节点
轨道梁与环桁架相交节点
支座节点
midas FEA 关键节点的有限元分析结果
利用BIM数据库自动创 建的CATIA节点模型， 可以直接导入midas FEA中进行有限元分析 ；
通过调用态数据库搜索 最不利工况得到有限元 分析的外力组合；
Navisworks碰撞检查
经Navisworks检测有碰撞
最终方案单排4根钢棒
经Navisworks碰撞检测，部分钢棒与其它杆件有碰撞现象。 与建筑师协商，最终定为单排4根细钢棒的方案。
基于数据库的参数化节点设计
• 问题：
– 之前所有的节点都详图公司来制作，建筑师无法提前看到，在节点做出 来之后，往往无法满足建筑师的美学要求。
以上，说明语言清晰度良好。
日照分析、太阳辐射分析
ECOTECT 太阳辐射分析
ECOTECT 日照分析
全年各月时均日照辐射量分布
大震弹塑性分析及极限承载力分析
ABAQUS 大震弹塑性分析及极 限承载力分析
利用数据库自动生成ABAQUS模型，建 模功效提高至少提高十倍。
弹塑性分析： 体育场在全开和全闭两个状态下均满足建 筑抗震设计规范的抗震变形要求，竖向挠 度也满足1/50 的抗震要求。 满足“ 大震 不倒” 的抗震性能目标。
极限承载力分析： 全闭模型的极限荷载可达荷载标准值（恒 +雪）的3.32倍，全开模型为3.55倍，均 满足《空间网格结构技术规程》 K>2的 要求；
数值风洞模拟
FLUENT 数值风洞模拟
利用数据库自动创建FLUENT模型，效 率提高5倍以上。
主要工作及技术路线： （1）采用CFD风洞数值模拟技术模拟 不同风向的风压分布； （2）采用随机振动理论，由风谱得到 风时程作为激励，对实际结构进行动力 时程分析，得到结构加速度响应值。
节 点
各工况位移
态
数 据
杆 件
各工况内力
库
面 各工况内力
基于数据库的钢结构优化设计
修补 改充 形态 数数 据据
库
建筑参数化设计
BIM数据库
补充荷载 MIDAS分析模型，得到内力
确定优化原则 调用钢结构截面优化程序
获得经济指标
可视化BIM模型
各专业评估 YES
施工图
修 改 参 数
NO
结束
YES
各专业评估
➢ 本项目提出了BIM数据库辅助以自编各软件数据接口的解决方案，成功实现
工程概况
绍兴体育会展中心 位于绍兴市西北的 柯北新城。
总建筑面积14.37万 平方米，包括体育 场、体育馆等设施， 集业余训练、体育 比赛、大型文艺演 出、全民健身于一 体，室外广场可同 时承接大型集会及 娱乐等功能。
工程概况（体育场）
体育场总建筑面积 77500m2 ，观众座位 40000席；
数据库在BIM中的应用
数
据 库
BIM 数据库
内
容
节 节点坐标、连接杆件数量、连接杆件号、 点 约束状况、节点形式；
形
数
杆 各节点号、节点坐标、截面形式、截面参数、
据
件 材料、杆间荷载、约束条件；
库
面 各节点号、节点坐标、截面形式、截面参数、 材料、面荷载、约束条件；
所在地区，场地类别，建筑安全等级，建筑防火 总信息库 等级，抗震等级，地震信息，风荷载信息…
水平面z＝20温度场分布
基于数据库创建BIM模型
结构BIM模型（体育场）
基于BIM数据库搭建的体育场结构BIM模型
体育场运动模拟及漫游
结构BIM模型（体育场）
体育场结构模型
结构模型（体育场）
体育场结构模型
结构BIM模型（体育馆）
基于BIM数据库创建的体育馆钢屋盖结构模型
结构模型（体育馆）