虚拟建造在钢结构工程施工中的研究与应用

【摘要】：随着国家经济的发展,工程建设规模日益扩大,大量新型的建筑结构和个 性化建筑不断出现。建筑施工的手段和方法也随之发生了重大变化。以往采用 的以经验为主的施工方法在这类工程中显得不相适应。施工方案的论证和大量 复杂计算、验算需要采用有效的分析手段,在一些特殊工程中,在投标阶段就 需要进行深入细致的方案论证和验算。同时在大型工程投标工作中,涉及的人 员多、专业面广,方案的讨论、优化工作往往因为表现方式不直观,数据不充 分,而使工作效率低下,甚至影响到方案合理性、安全性。 本文在分析研究国内外虚拟现实技术研究现状基础上,抓住建筑工程施工 面临的紧迫问题,全面系统深入地进行理论研究、实践研究,借鉴虚拟现实技 术在制造业研究和实践的经验,结合钢结构典型工程进行工程应用研究,力图 走出过分依赖经验的老路,对虚拟现实技术在钢结构工程施工中应用进行了艰 苦的探索。本文取得的主要成果如下: (1)在系统分析和研究建筑业历史沿革和发展趋势的基础上,探讨了虚 拟现实技术从制造业走向建筑业的可能性,通过建造业的 TFV 理论将建造业与 其他工业统一在相同的生产理论之上,为建造业利用其他行业,尤其是制造业 的先进技术和理论模式提供了理论依据和实现方法。 (2)分析研究国内外虚拟现实技术研究和应用现状,结合虚拟技术运用 于建造业的发展要求,借鉴虚拟技术在制造业的研究成果和实践经验,尝试构 建了虚拟建造的理论体系,研究和论述了虚拟建造的定义、核心技术和支撑体 系。对虚拟建造理论体系的发展、完善和实践运用有重要的理论和工程意义。 (3)创建了基于虚拟施工平台的钢结构主控式施工方案设计模式,对钢 结构施工方案的虚拟仿真分析,从设计原理、功能和应用模式上提供了理论依 据和工作程序。 (4)运用以上理论,国内首次尝试在上海正大商业广场钢结构工程施工 中应用以虚拟现实为基础的虚拟建造技术,成功实现了对施工过程的虚拟分析, 创造性地解决了该工程安装节点复杂多样、吊装空间狭小容易发生相互干涉和 工期紧的工程技术难题,实现了安全、优质和高效的目标。 (5)针对广州体育馆大跨度空间桁架+交叉支撑拉索轻型钢结构屋盖这 一国内首次使用的结构形式,加之构件几何尺寸细小、刚度小、稳定性差,安 装和拆除过程中各工况内力变化复杂且相互影响的技术难题,运用虚拟建造技 术对施工方案中八大难题进行仿真分析,为实际施工提供科学的理论依据,大 I WP=6 中文摘要 大提高了施工方案的可行性和先进性,取得了很好的经济和社会效益。 (6)在广州新白云机场机库钢结构工程中,将虚拟仿真分析应用于多吊 点非对称钢屋架整体提升施工,模拟、分析提升过程桁架在自重和恒载作用下 挠度值,为设计预拱或拼装预拱提供了理论依据;验算提升过程中提升差以及 由于提升差而导致的结构内力变化,对构件进行加固或处理,确保了提升过程 的安全可靠;同时在整体提升设计计算、大面积钢屋盖地面组拼工艺、计算机 控制液压整体提升技术、整体提升监测技术和测控工艺等方面,形成了完善的 成套技术,是钢结构施工技术的又一次创新。 (7)结合工程实际,在钢结构施工图深化设计和施工方案拟定优选中, 研究和实践虚拟建造技术,解决钢结构施工中的普遍技术难题,极大的丰富了 钢结构施工图深化设计和施工方案优选的手段,具有广泛应用价值和推广价值。 本文立足于学科前沿,对虚拟建造在钢结构工程施工中的研究与应用进行 了系统深入的研究,具有很高的理论和应用价值,本文的成果填补了国内空白, 彻底改变了建筑领域长期以来存在的不可逆状态,使得方案比较和优化真正成 为可能,确保了工程施工的安全,创造了好的经济效益,是建筑行业今后发展 的方向。