發(fā)布時間：2018-01-15 20:21

  本文關鍵詞：基于BIM的樓蓋模板優(yōu)化設計方法研究　出處：《中國礦業(yè)大學(北京)》2017年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 模板工程 BIM技術 支撐體系 優(yōu)化設計 軟件研發(fā)

【摘要】：建筑模板是混凝土的成型模具,是現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構工程的重要組成部分,直接關系到工程的質(zhì)量、安全、進度以及經(jīng)濟效益,據(jù)統(tǒng)計,模板工程所需用工量占總用工量的30%~40%,所需費用占鋼筋混凝土總造價的20%~30%,是建筑施工中的重要環(huán)節(jié)。改革開放以來,隨著我國建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展,模板工程成本高、浪費嚴重、施工混亂、智能化程度低等問題越來越突出,已成為整個建筑行業(yè)面向綠色施工發(fā)展的掣肘,追究其根本原因有以下幾點:(1)模板工程設計主觀性強,對設計人員的經(jīng)驗依賴性大;(2)設計過程中重復性工作多,智能化程度低,傳統(tǒng)軟件僅僅解決設計結果的圖形表達問題,卻無法根據(jù)設計人員的表達自動生成設計結果;(3)傳統(tǒng)設計方案表達方式較抽象,對于文化程度不高的現(xiàn)場施工人員來說,理解這些抽象的設計方案的表達較為困難,常常導致施工脫離設計的情況。而近年來發(fā)展的BIM技術為解決這一難題提供了良好的契機。BIM(Building Information Model)技術是利用計算機及數(shù)字化技術建立一座三維立體建筑模型以及一個關于這個建筑模型全生命周期所需要的數(shù)據(jù)庫,為建筑設計、結構設計、施工設計構筑了一個統(tǒng)一的工作平臺,可以為施工的某一工序單獨提供相對簡單但正確的目標函數(shù)從而實現(xiàn)該工序的優(yōu)化設計,只要有適合的設計軟件,施工技術人員就可以操作計算機實現(xiàn),并且具有縮短項目工期、加強項目責任方寫作交流、節(jié)約成本、提高項目管理效率等優(yōu)點。目前在我國一些大型建設項目如:奧運會水立方工程、上海世博會德國館、青島海灣大橋、上海國際金融中心等都采用了BIM技術進行項目及施工管理,不僅在縮短工期及降低成本方面取得了顯著的效果,并且在設計與施工協(xié)調(diào)方面也有突出的成效。目前,在我國BIM已逐步涉及建筑行業(yè)的各個施工關節(jié),輔助建筑項目的設計、施工及管理,并且取得了不錯的效果,未來,BIM必然是整個建筑行業(yè)的發(fā)展方向。因此,將BIM與模板工程相結合,必然是未來模板行業(yè)發(fā)展的新趨勢。本文結合我國模板體系的結構特點,以節(jié)約樓板模板施工費用、提高模板設計的科學化、智能化的目的入手,分別從理論推導、現(xiàn)場試驗、數(shù)據(jù)整理和計算機模擬四大方面出發(fā)對模板體系的下部支撐體系及上部板面排布兩部分進行研究。首先,一方面總結模板下部支撐體系的結構設計及性能特點,基于支撐結構設計方法及結構穩(wěn)定承載力分析方法對模板支撐體系的結構安全性進行初步研究。另一方面,針對模板上部結構——板面排布的研究主要從排布特點及施工要點出發(fā),總結優(yōu)化排樣理論的適用范圍及求解方法,根據(jù)模板板面排布的特點,將板面排布問題抽象為多種零件排放的矩形排樣問題,從而引入優(yōu)化排樣理論作為板面優(yōu)化排布的基礎理論;然后,對輪扣式模板支撐體系進行了現(xiàn)場試驗,分析輪扣式支撐體系在荷載加載過程中的受力特點,總結支撐體系受力隨時間的變化規(guī)律,同時,將試驗測得的輪扣式支撐體系穩(wěn)定承載力與設計值進行比較,確定扣件式支撐體系設計規(guī)范對于輪扣式支撐體系的不適用之處,并提出修改系數(shù);利用數(shù)值模擬研究極限破壞模式下支撐體系的失穩(wěn)模式、桿件之間的應力、位移的發(fā)展變化情況,并將輪扣式支撐體系極限承載力模擬值與規(guī)范設計值進行比較,就此通過試驗及數(shù)值模擬確定輪扣式模板支撐體系的可優(yōu)化的范圍;建立模板支撐體系優(yōu)化設計模型,并以具體工程實例為基礎,將優(yōu)化模型運用至工程實際中,并與傳統(tǒng)設計方案對比,驗證模型的可行性。同時,根據(jù)板面排布施工特點及技術要求,在啟發(fā)式算法的基礎上,創(chuàng)建有針對性的模板板面優(yōu)化排布尋優(yōu)算法,通過計算機輔助模板優(yōu)化排布,提高板面排布設計的經(jīng)濟性和智能性;在理論模型的機床上,基于BIM技術開發(fā)智能模板優(yōu)化與設計軟件(Intelligent Formwork Optimization and Design Software,IFOD),該軟件將優(yōu)化模型程序化,不但具有傳統(tǒng)模板設計軟件的數(shù)值計算和圖形處理能力,又具有知識處理能力,能夠在降低模板施工費用的基礎上,提供模板設計全過程智能化的計算機支持,完成模板體系優(yōu)化設計從理論到實際應用的轉(zhuǎn)化。全文獲得了以下研究成果:(1)本文通過現(xiàn)場試驗,得到新型輪扣式支撐體系在荷載加載過程中的受力特點,同時,結合數(shù)值模擬,得到輪扣式支撐體系的極限承載力,為輪扣式支撐體系優(yōu)化設計提供依據(jù)。(2)本文從樓蓋模板支撐體系結構優(yōu)化角度出發(fā),構建支撐體系優(yōu)化設計模型,發(fā)現(xiàn)了模板支模費用與樓板長寬比成正比、主次肋的選擇類型與模板支模費用的關系等規(guī)律,同時,應用具體工程實例驗證模型在降低施工成本方面的可行性,解決了模板施工費用居高不下的問題。(3)在模板上部板面排布優(yōu)化設計方面,本文提出了針對不同種類模板板面優(yōu)化設計方法的尋優(yōu)過程,從而得到不同種類模板板面排布優(yōu)化方案,該方法不僅有效的解決模板切割、剪裁浪費等問題,節(jié)約了施工成本,而且通過計算機智能實現(xiàn)優(yōu)化設計過程,自動生成設計方案,大大提高設計者的工作效率。(4)本文通過C#語言,基于BIM技術開發(fā)智能模板優(yōu)化與設計軟件。該軟件不僅可以實現(xiàn)模板上部各類板面的優(yōu)化設計,以及模板下部不同類型的支撐體系優(yōu)化設計,降低模板施工成本,還可以自動生成優(yōu)化設計結果,并利用BIM的模擬演示功能為設計者進行設計交底,有效的解決了模板施工與設計脫節(jié)的問題。本文的創(chuàng)新點如下:(1)通過現(xiàn)場試驗和理論分析,獲得了現(xiàn)場施工過程中,輪扣式模板支撐體系受力隨時間變化規(guī)律,并以支撐體系施工費用最低為優(yōu)化目標,提出了樓板模板下部支撐體系優(yōu)化模型,該模型可應用于包括新舊各種類型支撐體系的優(yōu)化設計。(2)將模板板面排布問題抽象為矩形排樣過程,以樓板剩余面積最小為尋優(yōu)目標,提出針對模板板面優(yōu)化設計方法的尋優(yōu)過程,該方法不僅適用于不同規(guī)格的模板板面同時排布的情況,也適用于不同類型的板面(如膠合模板、木模板、塑料模板等)的排布設計。(3)基于BIM技術開發(fā)了智能模板優(yōu)化與設計軟件,該軟件將支撐體系優(yōu)化模型及板面排布尋優(yōu)算法作為系統(tǒng)的主要功能模塊。同時,還開發(fā)了BIM數(shù)據(jù)提取模塊、設計方案自動生成模塊及材料清單輸出模塊。該軟件不但能進行優(yōu)化分析,同時具有將結果三維立體展示的能力,方便現(xiàn)場人員理解貫徹優(yōu)化結果。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU755.2

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本文編號：1429915