信息化預拼裝在在鋼結構成成品檢驗中中的應用丁一峰張亞（寶鋼鋼構有限限限公司上海）摘要：我國的鋼鋼鋼結構隨隨著建建筑業的的高速速發展應應用領領域也得得到不不斷地擴擴大，復復雜鋼構構件的的成品檢檢驗成成為了工工程技技術中的的瓶頸頸。本文文結合合上海中中心大大廈項目目的第第三道環環帶桁桁架鋼構構件的的信息化化預拼拼裝的操操作過過程，論論述了了綜合利利用三三維建模模軟件件對復雜雜空間間桿件放放樣定定位優勢勢，以以及全站站儀精精密測量量空間間坐標的的特點點，有效效地解解決復雜雜鋼構構件的檢檢測難難題，提提高復復雜鋼構構件制制作精度度，保保障現場場安裝裝順利進進行。關鍵詞：鋼結構構構、成品品檢驗驗、信息息化預預拼裝概述1.1背景自上世紀80年年年代末開開始，鋼鋼結構在在建設設領域得得到廣廣泛應用用。隨隨著經濟濟的發發展鋼鐵鐵工業業技術和和產能能的提升升，高高層建筑筑、體體育場館館、機機場航站站樓等等建筑物物逐漸漸增多，鋼鋼結結構進入入了快快速發展展期。然然而國內內大多多數鋼結結構加加工企業業中，普普遍采用用鋼尺尺、拉線線、放放樣吊線線和檢檢驗模板板等傳傳統方法法來檢檢驗鋼構構件是是否符合合設計計的要求求。對對于復雜雜的鋼鋼構件還還要通通過實物物預拼拼裝，檢檢驗構構件的空空間位位置，減減小累累積誤差差。如今的鋼結構造造造型已經經變得得十分復復雜，如如高層建建筑的的避難層層桁架架構件、雨雨棚棚網殼結結構和和頂冠造造型；；又如各各種場場館的空空間大大跨度立立體桁桁架構件件和巨巨型的高高架橋橋梁，給給鋼構構件的檢檢驗增增添了許許多難難度。采采用現現有的檢檢測手手段不但但需要要大片的的預拼拼裝場地地，檢檢測過程程繁瑣瑣，測量量時間間長，檢檢測費費用高，而而且且檢測精精度低低，已經經無法法滿足現現在鋼鋼結構加加工制制造技術術的需需求。1.2應用簡簡簡介現在，有一種信信信息化預預拼裝裝正在悄悄然興興起，即即采用用電腦模模擬構構件的實實際數數據進行行檢驗驗和預拼拼裝的的方法，已已在在一些重重大項項目中得得到了了應用。這種方法的基本本本思路是是：采采用鋼結結構三三維設計計軟件件構筑三三維模模型（以以下簡簡稱理論論模型型），從從中選選擇合適適的測測量位置置，并并予以編編號形形成單一一構件件的測量量圖用用于實物物測量量（如采采用全全站儀或或三維維掃描儀儀等設設備測量量），然然后將構構件實實測數據據輸入入三維設設計軟軟件形成成實測測的三維維模型型（以下下簡稱稱實測模模型），與與與原始理理論模模型進行行比對對，檢驗驗構件件是否滿滿足設設計的要要求。然然后將合合格的的構件實實測模模型導入入整體體模型中中進行行構件之之間各各接口的的匹配配分析，起起到到構件實實物預預拼裝的的效果果，保證證最終終構件滿滿足現現場安裝裝的要要求。此類方法可以獲獲獲取實物物構件件的三維維數據據信息，不不但但能夠用用于檢檢驗單個個構件件，而且且能夠夠模擬復復雜構構件安裝裝后的的真實情情況；；既方便便實物物構件數數據信信息的存存儲，還還可以提提供給給現場，作作為為實際安安裝的的參考依依據。應用實例下面以在建工程程程“上海中心心大大廈項目”第三道環環帶帶桁架為為例進進行具體體介紹紹。上海中心是上海海海這個國國際化化大都市市新的的地標性性建筑筑，代表表著上上海新一一輪的的騰飛與與發展展。作為為世界界矚目的的工程程，上海海中心心在其建建造過過程中，應應用用了多項項建筑筑科技領領域內內的高新新技術術，其中中鋼構構件信息息化檢檢驗技術術是其其中一大大亮點點。該技術方案可分分分為四個個主要要實施步步驟：：（一）確定整體體體坐標系系進行行實體建建模對預拼裝范圍內內內結構建建立整整體坐標標系，然然后建立立結構構整體模模型。由由于此模模型中中的尺寸寸均為為理論尺尺寸，不不考慮實實際制制作中出出現的的變形，故故稱稱此模型型為理理論模型型。理理論模型型可分分為結構構整體體的理論論模型型和單個個構件件的理論論模型型。首先，根據構件件件和結構構的實實際特點點，建建立與結結構特特點相適適應的的整體坐坐標系系。在整整體理理論模型型建立立完畢后后，為為每一個個構件件的理論論模型型選定測測量控控制點，并并根根據一定定的規規則，對對各控控制點進進行合合理編號號。步步驟如下下：1）整體坐標系系系設定：桁架巨柱下弦桿上弦桿桁架巨柱斜腹桿豎腹桿由于環帶桁架的的的基本結結構呈呈環形布布置，屬屬于中心心對稱稱布局，所所以以整體坐坐標系系設置在在環形形的中心心位置置，Z向高度設設在在桁架上上弦桿桿頂面。構構件件主要包包括：：桁架巨巨柱、弦弦桿、腹腹桿三三大類型型。如桁架巨柱下弦桿上弦桿桁架巨柱斜腹桿豎腹桿上海中心大廈第第第三道環環帶桁桁架整體體效果果圖2）視圖方向和和和構件接口口名名稱的定定義：：內、外側：站在在在環帶桁桁架的的環外向向環內內看，內內、外外側是區區別在在同一個個構件件內所處處的不不同位置置比較較而言的的，越越靠近環環外即即表示外外側，反反之越靠靠近環環內表示示內側側；左、右端：站在在在環帶桁桁架的的環外向向環內內看，偏偏向左左手的一一側為為左端，反反之之偏向右右手的的一側為為右端端；上、下端：參照照照建筑的的高度度方向，根根據據該構件件或部部件處于于建筑筑的實際際位置置來決定定的；；上翼緣：是指HHH型的水平平桿桿件在建建筑中中位置較較高的的那塊翼翼板。3）控制點的選選選擇：因為構件檢驗和和和預拼裝裝的最最終目的的是檢檢驗各構構件現現場接口口之間間的匹配配程度度，即通通過預預拼裝的的方法法檢驗構構件接接口間隙隙和錯錯邊量。考考慮慮到接口口處兩兩側的桿桿件均均為H型截面，為為為此測量量控制制點選擇擇每個個H型截面接接口口最外側側的四四個點。4）構件測量控控控制點的編編號號規則：：該編號由三個部部部分組成成，分分別是桿桿件符符號、方方位符符號和流流水號號，如下下所示示：構件測量控制點點點編號中中流水水號的編編號先先保證翼翼板一一側的兩兩個控控制點的的流水水號連續續，并并保證每每個H型桿件四四個個控制點點的流流水號連連續。先先后順序序是先先左后右右；先先內后外外；先先上后下下為基基本原則則。構構件編號號前兩兩個符號號的組組合規則則如下下：A、巨柱測量控控控制點編號號規規則：a、巨柱本體上上上端接口BU*；本體下下端端接口BD*；b、巨柱左端弦弦弦桿接口XL*；右端弦弦桿桿接口XR*；c、巨柱左端腹腹腹桿接口FL*；右端腹腹桿桿接口FR*。B、弦桿測量控控控制點編號號規規則：a、弦桿本體左左左端接口BL*；本體右右端端接口BR*；b、弦桿左端腹腹腹桿接口FL*；右端腹腹桿桿接口FR*；c、弦桿中間腹腹腹桿接口FM*。C、腹桿測量控控控制點編號號規規則：a、腹桿本體體上上端接口BU*；本體下下端端接口BD*。5）構件測量控控控制點的具具體體編號，見見下下方示意意圖：：上海中心桁架測測測量控制制點編編號原則則示意意圖（二）單個構件件件測量控控制點點的理論論值與與實際值值對比比：提取單個構件模模模型，建建立局局部坐標標系，提提取其上上各控控制點的的局部部坐標理理論值值。測量量實際際構件上上各控控制點在在其自自身局部部坐標標系下的的實際際坐標，將將理理論值與與實際際值對比比以檢檢驗單個個構件件制作精精度。1）構件局部坐坐坐標系的設設定定：對于單根構件的的的理論模模型，首首先要根根據實實際情況況，建建立合適適的局局部坐標標系。局局部坐標標系的的選定原原則，是是有利于于理論論模型和和實測測模型的的對比比。XOY平面設置置在在構件上上端銑銑削面內內，在在該平面面內，取取位于構構件截截面中部部的H型桿件的的截截面形心心點設設為原點點，X軸指向右右方方，Y軸指向內內側側，Z軸指向建建筑筑上方。2）提取各控制制制點在其構構件件局部坐坐標系系下的理理論坐坐標值：：在對單個理論模模模型建立立合適適的局部部坐標標系后，提提取取各控制制點在在局部坐坐標系系下的坐坐標（稱稱為控制制點的的局部坐坐標理理論值）。控控制點的選取取和編號見前前述。形成構構件的測量圖圖。如下圖所所示：典型的下弦桿測測測量圖3）實物測量后后后繪制實測測模模型：由于構件在制作作作時必然然產生生變形，各各控控制點很很可能能與理論論模型型有偏差差。為為控制構構件的的偏差度度不超超過規范范要求求，需確確定各各控制點點的實實際位置置。為為此采用用全站站儀進行行測量量，確定定實際際構件各各控制制點在其其局部部坐標系系下的的坐標。由由實實測控制制點坐坐標所構構成的的線框模模型稱稱之為實實測模模型。4）建立構件實實實測模型局局部部坐標系系：采用與理論模型型型相同的的方法法為構件件的實實測模型型建立立局部坐坐標系系。5）調整實測模模模型與理論論模模型對比比：調整實測模型使使使之坐標標系與與理論模模型坐坐標系吻吻合，通通過控制制點的的理論坐坐標和和實測坐坐標對對比，判判斷構構件的制制作精精度是否否滿足足要求規規范要要求。當當誤差差大于公公差要要求時，對對構構件超差差部位位提出整整改要要求，制制作部部門按要要求進進行整改改。并并將修整整后的的構件重重新測測量，再再次比比對直到到構件件符合要要求為為止。如如下圖圖所示：：理論模型理論模型實測模型下弦桿對比效果果果圖（三）檢驗接口口口兩側的的控制制點實際際值是是否匹配配：將各構件模型放放放回到整整體模模型中去去，根根據各構構件自自身局部部坐標標系與整整體坐坐標系之之間的的關系，將將各各控制點點在局局部坐標標系下下的理論論坐標標值和實實際坐坐標值轉轉換為為在整體體坐標標系下的的理論論值和實實際值值。根據據接口口兩側的的控制制點整體體坐標標實際值值，檢檢驗各構構件接接口位置置的匹匹配度。如如下下圖所示示：桁架巨柱桁架巨柱19WC1116S-1下弦桿3BT-D-3下弦桿3BT---D-3與桁架巨巨柱19WCC111166S--1接口匹配配效效果圖下節巨柱19WWWC111166S-1與下弦桿3BT--DD-3接口坐標標匹匹配表如如下：：下弦桿3BT---D-33坐標標（整體坐標系下下下）桁架巨柱19WWWC111166S-11坐標標（整體坐標系下下下）實際間隙備注位置控制點實際坐標值位置控制點實際坐標值弦桿本體右端接接接口BR-01(-3828,,,12055,,-299922)柱子左端弦桿接接接口XL-01(-3808,,,11988,,-299922)21.2BR-02(-3972,,,779,,--29992))XL-02(-3955,,,773,,--29992))18.2BR-03(-3828,,,12033,,-399922)XL-03(-3808,,,11977,,-399922)20.8BR-04(-3973,,,777,,--39992))XL-04(-3955,,,772,,--39992))18.6BR-05(-4253,,,-26,,--29992))XL-05(-4235,,,-33,,--29992))19.3BR-06(-4471,,,-6911,,-299922)XL-06(-4452,,,-6977,,-299922)19.9BR-07(-4252,,,-25,,--39992))XL-07(-4233,,,-32,,--39992))20.2BR-08(-4470,,,-6911,,-399922)XL-08(-4451,,,-6988,,-399922)20.2（四）信息化檢檢檢驗和預預拼裝裝的驗收收：構件先通過控制制制點的理理論坐坐標和實實測坐坐標對比比，確確保單個個構件件的制作作精度度是否滿滿足要要求。然然后通通過整體體模型型的信息息化預預拼裝，將將每每一個接接口相相關的實實測數數據提取取出來來作對比比，檢檢驗接口口部位位的實際際間隙隙是否符符合規規范要求求。當當數據超超出規規范要求求時，對對超差部部位進進行整改改，以以達到實實物預預拼裝的的效果果。構件允許偏差表表表如下：：序號控制項目允許偏差（mmmm）1單節柱的高度±3.02桿件截面尺寸±3.03桿件截面對角線線線差≤3.04實際桿件與理論論論桿件型型芯偏偏移量≤3.05多節柱預裝單元元元總長±5.06柱與柱之間距離離離±5.07桁架上弦桿與下下下弦桿之之間距距離±3.08接口錯邊量板厚/10，且且≤≤3.09接口間隙偏差量量量±3.0實施效果上海中心第三道道道環帶桁桁架外外圈直徑徑為63米，高度度為13米，最大大構構件的重重量近近100噸，環帶帶桁桁架和桁桁架層層巨型外外框柱柱