BIM三維時代的抗震減災(zāi)法寶

BIM-三維時代的抗震減災(zāi)法寶2009年底，我們驚魂未定地從災(zāi)難大片《2012》的放映廳出來，“世界末日論”開始在全球蔓延。不過沒多久，“樂觀至上”的地球人們開始用其一貫的方式調(diào)侃災(zāi)難，聊以自慰，于是淘寶和e-Bay上開始倒賣“諾亞方舟”的船票……不知道是宿命還是巧合，新年伊始一場海地的大地震又一次觸動人類脆弱的神經(jīng)。社會學(xué)家和環(huán)保主義者開始對人類生存環(huán)境開始嚴(yán)肅的反思，建筑家和結(jié)構(gòu)師們則繼續(xù)在建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)計領(lǐng)域中探索災(zāi)難防御和自救之道，而這一次，建筑信息模型（BIM）成為現(xiàn)代建筑界防震減災(zāi)的法寶。海地地震教訓(xùn)——不容忽視的建筑抗震設(shè)計對于這樣一個缺少經(jīng)驗和準(zhǔn)備的貧困國家來說，這次令人恐怖的自然災(zāi)難無疑會在一夜之間讓其墜入地獄。根據(jù)測震儀記錄的數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)貢r間16點53分(格林威治標(biāo)準(zhǔn)時間的21點53分)初步測定的震級為7級。此次地震的震源距離太子港15公里，深度為8公里，由于靠近震源，太子港在更大程度上遭受破壞性力量沖擊。強烈的地震讓海地首府太子港幾乎化為一片廢墟，海地總統(tǒng)府一層以上建筑徹底坍塌，聯(lián)合國駐海地總部大樓損毀嚴(yán)重，大量聯(lián)合國員工傷亡。大地震令人們越發(fā)關(guān)注建筑抗震等安全性能。在主要工業(yè)國家，位于地震多發(fā)區(qū)的建筑均裝有阻尼系統(tǒng)，允許它們在震動中幸存下來。在遭遇與海地相同的地震時，這些建筑不但會來回晃動同時還會發(fā)生扭曲。但在海地首都太子港，簡單的混凝土結(jié)構(gòu)建筑卻會在同樣的應(yīng)力下轟然倒塌。圖1：一棟尚未完工的4層混凝土樓房倒塌。從附件的結(jié)構(gòu)分析，倒塌的原因在于柱尺寸不足、樓面板過重以及配筋不足等原因。圖2：海地太子港的總統(tǒng)宮殿。宮殿一層基本無破壞，連玻璃門窗都未損壞。但是一層以上建筑徹底坍塌。入口處的倒塌的柱子配筋少的可憐。圖3：剛建成5年左右的建筑倒塌。圖中特寫顯示：頂層柱子配筋不足。圖4：倒塌的建筑。圖中可見，圓鋼的尺寸太小。圖5：兩層樓房柱遭破壞，柱子之間有欄桿的約束，其中一根柱子因為臨近樓房的撞擊而斷裂圖6：一座5層的石建筑倒塌。倒塌的原因在于一層結(jié)構(gòu)剛度不足、二層柱體偏少以及柱體間的連接剛度不足。笨“半建筑版太極拳親”——赤中國古代建筑孤的抗震智慧晚以柔克剛的思繭想，是中華民都族的傳統(tǒng)智慧講。舉世聞名的羽太極拳就是這謙種思想的直接犧產(chǎn)物而中國傳核統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑許抗震防震的方辟法。與西方磚質(zhì)石結(jié)構(gòu)建筑的忽“耀以剛克剛百”罪不同，中國傳篩統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)建培筑在抵抗地震嘆沖擊力時，采乖用的是跌“根以柔克剛帶”脖的思維，通過拉種種巧妙的措上施，其目標(biāo)是具以最小的代價溝，將強大的自掃然破壞力晨消彌辛至最小程度。躁我國許多古代障建筑都成功地疑經(jīng)受過大地震耽的考驗，如天井津薊縣獨樂寺踐觀音閣、山西疾應(yīng)縣木塔等建觸筑，千百年來天睡均經(jīng)歷過多次秋地震仍然傲然歉屹立。當(dāng)代建木筑設(shè)計以抵御疤9日度地震為目標(biāo)糖，而我國傳統(tǒng)握的木結(jié)構(gòu)建筑闊基本上能達(dá)到逗這個要求，而塑且其代價遠(yuǎn)遠(yuǎn)絲小于西方的她“排剛來”洗，不能不讓人脫嘆服吵“技柔號”把的力量。軋柔性的框架結(jié)梁構(gòu)：墻倒屋不加塌男——煮中華民族不但侄自文明儲伊始就睿智地測選擇了木材等悼有機材料作為藏結(jié)構(gòu)主材，而役且發(fā)展形成了刺世界上歷史最暮悠久、持續(xù)時麗間最長、技術(shù)借成熟度最高的出結(jié)構(gòu)體系誰—襯柔性的框架體壺系。我國木結(jié)顧構(gòu)技術(shù)的發(fā)展定。作為對比，倍西方數(shù)千年中緞一直采用承重鋸墻體系，直到逐工業(yè)革命以來鉤、近現(xiàn)代科學(xué)狼技術(shù)發(fā)展之后混，才意識到框飲架結(jié)構(gòu)的優(yōu)越慣性，遂開始大傲規(guī)模地普及，網(wǎng)更值得玩味的挑是，這種框架彎體系仍然是母“代以剛克剛白”炸。而中國的傳恰統(tǒng)木結(jié)構(gòu)，具框有框架結(jié)構(gòu)的躲種種優(yōu)越性，酸如猴“壽墻倒屋不塌熔”俊的功效，但其梳柔性的連接，軟又使得它具有撿相當(dāng)?shù)膹椥院褪钜欢ǔ潭鹊淖晕ㄎ一謴?fù)能力。器汶誕川大地震中，覺許多文物建筑砌的墻體均不同設(shè)程度地受損，惰但主體結(jié)構(gòu)仍級未倒塌，就是惹這種柔性框架綱結(jié)構(gòu)抗震能力踢的表現(xiàn)。奮整體袋浮估筏式基礎(chǔ)、斗僚栱淋、工榫曾卯：抗擊地震催的關(guān)鍵汁——暈我國古代很少錦建造平面復(fù)雜啞的建筑，主要糕采用長寬比小禁于扣2:1與的矩形。規(guī)則啟的平面形態(tài)和俊結(jié)構(gòu)布局有利級于抗震。傳統(tǒng)典建筑往往是中火間的一間嘉(形當(dāng)心間悠)焰最大，兩側(cè)的庭次間、梢間等鎮(zhèn)依次縮小面寬優(yōu)，這樣的設(shè)計希非常有利于抵印抗地震的扭矩蕉。錘中國古代建筑儲一般由臺基、密梁架、屋頂構(gòu)裹成，高等級的鮮建筑在屋頂和劍梁柱之間還有動一個斗肯栱童層。中國古代準(zhǔn)建筑的臺基用鎮(zhèn)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)語言功描述，堪稱腰“單整體浮銀柏筏式基礎(chǔ)級”通，好比是一艘陶大船意載著建筑漂浮帖在地震形成的職“脹驚濤駭浪肉”榆中，能夠有效梳地避免建筑的遇基礎(chǔ)被剪切破貝壞，減少地震家波對上部建筑每的沖擊。中國燦傳統(tǒng)建筑的素矩梁架一般采用要抬梁式構(gòu)造，殿在構(gòu)架的垂直散方向上，形成蹤下大上小的結(jié)擇構(gòu)形狀，實踐舍證明這種構(gòu)造翻方式具有較好轉(zhuǎn)的抗震性能。那優(yōu)雅的大屋頂卵是中國古代傳百統(tǒng)建筑最突出脹的形象特征之遞一，而且對提乖高建筑的抗震美能力也做出過車相當(dāng)?shù)呢暙I(xiàn)。扁形成大屋頂?shù)?壞尤其是廡殿頂組、歇山頂?shù)染?瘋需要復(fù)雜結(jié)構(gòu)惑和大量構(gòu)件，顧大大增加了屋患頂乃至整個構(gòu)體駁架的整體性；保龐大的屋頂以皆其自重壓在柱襖網(wǎng)上，也提高市了構(gòu)架的穩(wěn)定喜性。暑斗鉤栱往是中國古代建謎筑抗震的又一我位重要戰(zhàn)士，銹在地震時它像扭汽車的減震器汗一樣起著變形被消能的作用。瘋歷史上，很多呈帶斗遙栱悉的建筑都能抵序御強烈地震，赤比如娘悠山西大同的華捐嚴(yán)寺，在沒有游斗情栱銳的低等級附屬繼建筑被破壞殆陳盡的情況下，銹帶斗振栱刻的主要殿堂仍腐能幸存，充分越說明了斗宋栱榜對抗震的貢獻(xiàn)納。斗艱栱煙但能起到鉆“屆減震器鹽”俊的作玉侮用，而且被各圾種水平構(gòu)件連晚接起來的斗拐栱群能夠故形成一個整體湖性很強的樣“梁剛盤求”廈，按照陷“夠能者多勞瓣”簡的原則把地震和力傳遞給有抗魄震能力的柱子礙，大大提高了赤整個結(jié)構(gòu)的安巴全性。熄除了這些較顯代著的手法外，稿中國古代傳統(tǒng)堂建筑中還使用鄭了大量的其他擴技術(shù)措施，這葛些措施是古建唯筑抗震的關(guān)鍵霸。比如況榫遼卯的使用：妻榫陰卯是極為精巧票的發(fā)明，我們趟的祖先早在嫌7000鵝年前就開始使壞用，這種不用劣釘子的構(gòu)件連醉接方式，使得各中國傳統(tǒng)的木杏結(jié)構(gòu)成為超越捷了當(dāng)代建筑排蜂架、框架或者法剛架的特殊柔傅性結(jié)構(gòu)體，鈴畝不但可以承受終較大的荷載，忠而且允許產(chǎn)生蛛一定的變形，領(lǐng)在地震荷載下勿通過變形吸收蹲一定的地震能第量，減小結(jié)構(gòu)反的地震響應(yīng)。夏又比如柱子的躍生起、側(cè)腳等膊技法降低了建京卸筑的重心，并德使整體結(jié)構(gòu)重觸心向內(nèi)傾斜，甜增強了結(jié)構(gòu)的齒穩(wěn)定性；柱頂敗、柱腳分別與菌闌額、地豬袱敗以及其他的結(jié)苗構(gòu)構(gòu)件連接，糞使柱架層惑形成一個閉合寄的構(gòu)架系統(tǒng)，庭用現(xiàn)代佩涉術(shù)語來說，就而是形成上、下陡圈梁，有效地注制止了柱頭、其柱腳的移動，庭增強了建筑構(gòu)徹架的整體性。陷梁架系統(tǒng)通過騰闌額、由額、驟柱頭厘枋崇、蜀柱、攀間遙、搭牽、梁、限檁綱、椽勵疲等諸多構(gòu)件強嚼化了聯(lián)系，顯數(shù)著增強了結(jié)構(gòu)豎的整體性；柱屋子與柱礎(chǔ)的結(jié)籌合方式能顯著傅地減少柱底與始柱礎(chǔ)頂面之間答的摩擦，進(jìn)而吐有效地產(chǎn)生隔場震作用；在高竊大的樓閣中，穴吩如獨樂寺觀音雅閣、應(yīng)縣木塔忙等，都在暗層緒中設(shè)有斜撐，辭大大強化了構(gòu)塵架對水平?jīng)_擊具波反復(fù)作用的善抵抗能力；在歐外檐柱間設(shè)置籮較厚的墻體，沉起到現(xiàn)代建筑墨中急“聯(lián)剪力墻煉”落的作用諸如此劉類，舉不勝舉滋，大到建筑群搬體的布局處理疊，小到構(gòu)件斷毒面的尺寸設(shè)計且，處處都展示挽出古代工匠們賽在抗震設(shè)計方?jīng)r面的知識和匠體心。濫中國古代建筑削抗震能力的杰蹈出代表廳——點地震帶上應(yīng)縣命木塔效山西應(yīng)縣佛宮股寺釋迦塔拘(恐應(yīng)縣木塔幕)巾是中國古代傳枕統(tǒng)建筑杰出抗卻震能力的集中臺代表。整座木咳塔表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)賞、技術(shù)與藝術(shù)詞形象的高度和原諧，表里如一釀，這是中國古睜代木結(jié)構(gòu)建筑寶，也是我們中哪華民族的信“斜傳統(tǒng)美德呼”施之一。在近千稱年前我們的祖匙先就能建造出遇如此莊嚴(yán)美麗刃而堅固耐久的鳥建筑，充分顯掏示出當(dāng)時的匠漠人對數(shù)學(xué)、力做學(xué)、材料學(xué)、嗚結(jié)構(gòu)學(xué)的研究渾已經(jīng)相當(dāng)深入暫，而且對地震害的破壞機理已屯有了相當(dāng)?shù)牧孙@解，抗震經(jīng)驗稻已積累到了很跳高的水平，既吉令人驚奇，也四令人自豪。梯這座木塔是當(dāng)東今世界現(xiàn)存最贏高的木結(jié)構(gòu)建督筑，竣工于堂1056宅年，處于大同偉盆地地震帶上我。木塔建成秒200烏多年即遭受大偏震，余震連續(xù)說7余天，木塔附近盾的房屋全部倒醒塌，而木塔巋棋然不動；在此寇后的近千年中暮，木塔經(jīng)歷了歪多次大地震的紗填考驗而安然無厭恙。在戰(zhàn)亂之籍際，木塔還承潛受過爺200聯(lián)余發(fā)炮彈的轟而擊，亦無大損摔。木塔之所以趣有如此杰出的柳抗震能力，在達(dá)于前述諸多抗埋震技法的綜合近和提高：木塔谷平令障面是規(guī)則的正攝八角形，利于斤抵抗地震波產(chǎn)流生的扭曲力；恨木塔高達(dá)睛4.4左米的磚石基座錘堅實、穩(wěn)定，仁形成一個臨“觸浮筏并”犧，承載著全塔俊的重量慰(絮約蘋1300館噸組)柜；木塔內(nèi)梁與輩柱的連接完全激通過斗寒栱蔽完成，各種構(gòu)昌件則通過豬榫不卯連接，全塔坡的主要構(gòu)件不版用一釘一鉚，白這種連接形式宅類似于半持固結(jié)半活鉸的帶狀態(tài)，能承受奴較大的彎矩；昨構(gòu)架水惕黨平分層，在地曠震波中的垂直農(nóng)沖擊波攻擊下粘，可以通過忙“蠅彈跳辯”銹的方式消解巨史大的破壞能量壓；構(gòu)架的整體樓性有力地抵抗寨旋轉(zhuǎn)波，所有狂的柱子都用頂焰部的梁芳枋騎連結(jié)成一個晨悠筒形的框架，麥保證了構(gòu)架的舍穩(wěn)定性；柱子暈之間砌筑有厚競實的墻體，牢滔牢地減“造抱伸”黑住各柱子，增叉加了構(gòu)架的整飲體性，而且這默些墻體能作為現(xiàn)剪力哄墻發(fā)揮擋作用；立柱側(cè)旱腳、驗結(jié)平面逐層縮小適，有效地降低而了塔的重心，六并使整體結(jié)構(gòu)嚷重心向內(nèi)傾斜岸，增強了塔的城穩(wěn)定性，這樣架既使塔身形成利美麗的曲線，要又能把水平的癥地震沖擊索力分解成垂直壯方向尼耐的壓力；周邊怕有一圈柱廊，塔各圈柱廊被水核平構(gòu)件連接成遭一個剛中帶柔驟的整體；為了系加固結(jié)構(gòu)框架鋪，在八邊形木授塔的四個斜向歇應(yīng)面上，自上堅而下采用了剪弊刀事?lián)巫阕龇?。脅抓住新時代建那筑抗震減災(zāi)的伐救命稻草行——扔建筑信息模型幕建筑事業(yè)是一太項集體爸“隨運動幟”售，張尖歐特克在棚2002玻年率先提出了蠅名為糖“尾建筑信息模型布”趣（即隨BIM蘿，毅Buildi叼ngInf肆ormati悠onMod干eling原）的理念。建辣筑信息模型本(Build究ingIn粒format帥ionMo絞deling墳，簡稱慚BIM)仇的出現(xiàn)正在改鬼變項目參與各得方的協(xié)作方式沿，從而引發(fā)了畏建筑行業(yè)一場唇脫胎換骨的革云命。惹抗震防烈度每該提高一度，建幫筑成本將增加紡10扛％：施過去很多涉及肅抗震級別的設(shè)枝計工作中，重洪復(fù)或過于繁雜渴的作業(yè)流程不茅可避免，這也居導(dǎo)致企業(yè)主支訊付過多無形成紗本，據(jù)了解，某抗震防烈度每扒提高一度，建頭筑成本將增加尖10酷％。目前，在挨建筑設(shè)計和結(jié)篇構(gòu)設(shè)計之初，出在有限的成本顧預(yù)算之下，如中何設(shè)計出合理渠的抗震設(shè)計，個成為業(yè)界關(guān)注拋而探討的話題裝。敞建筑信息模型興在防震抗災(zāi)方柳面有著無可比平擬的優(yōu)勢，這創(chuàng)一理念基于最保先進(jìn)的三維數(shù)燥字設(shè)計解決方心案，構(gòu)建輝“江可視化旗”鐘的數(shù)字建筑模倘型，為建筑設(shè)扒計師和工程師工等各環(huán)節(jié)人員騰提供糟“瀉模擬和分析椒”腳的科學(xué)協(xié)作平偶臺。對于建筑糕設(shè)計師而言，臥這不僅僅要求要將設(shè)計工具實爽現(xiàn)從二維到三殼維的轉(zhuǎn)變，更副需要在設(shè)計階展段就突破單純球建筑設(shè)計的桎如梏，融合協(xié)同止設(shè)計、綠色設(shè)絹計和勇可穩(wěn)持續(xù)設(shè)計理念宣，使得整個工原程項目在設(shè)計罷、施工和使用燒等各個階段都嫩能夠有效的實柜現(xiàn)節(jié)省能源、負(fù)節(jié)約成本、降眠低污染、提高細(xì)效率。目前，腰這一理念已經(jīng)票成為全球工程淺建設(shè)行業(yè)可持美續(xù)設(shè)計的標(biāo)桿順和里程碑。設(shè)退計師和建筑師屆們得以在工程譜建設(shè)項目的設(shè)乘計、施工和運警營維護的整個梢階段，輕松袋“范模擬和分析辜”雙抗震性，在工船程過程中，可遼以及時了解工渴程材料的是否仿達(dá)標(biāo)，并且以浸“志可視化東”逢的方式呈現(xiàn)，解從而實現(xiàn)以塵“艷可持續(xù)性設(shè)計眉”玩構(gòu)建人類生活鮮和生產(chǎn)的抗震鄉(xiāng)建筑。病設(shè)計階段應(yīng)用副Autode葵skRev抹it坐以及掃AutoCA曲DCivi郵l3D渣等基于殃BIM栗理念的相關(guān)工管具，可以根據(jù)忙當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)肉境、建筑設(shè)計士預(yù)案匹配出最艦合理的抗震設(shè)勾計方案，同時奸將相應(yīng)的結(jié)構(gòu)捷、施工和材料健等因素考慮進(jìn)泊去，設(shè)計初期嫂就可預(yù)先發(fā)現(xiàn)淋施工時可能出古現(xiàn)的問題，省努卻后續(xù)整合或顯拆除等不必要翅的施工成本，梨兼顧提升質(zhì)量宵、提升設(shè)計能濁力與節(jié)省成本娃等優(yōu)勢。此外挪，針對不同地錫區(qū)不同的地質(zhì)茶環(huán)境要求，既Autod勵eskRe距vit張等蜓BIM嗓軟件有各種外漁掛或套用程序獸，在設(shè)計時，挨將防震要求、抹防震設(shè)施或防死震預(yù)案等因素掌納入其中。曉ASTRA漁Monten怪egro疲度假中心趣——宮建筑信息模型冰塑造地震帶上畫的建筑奇跡

指黑山共和國的扔ASTRA運Monten從egro懷飯店如童話故臂事中公主所居巡住的城堡，聳耐立在峭壁之上撈。建筑主體是怕二張鼓起的風(fēng)雪帆，它帶著酒四店客人，在周蓄圍如畫風(fēng)景中暴暢游。不過酒皂店客郊豆人肯定不曾想田到，這么幽雅吩的酒店其實建晌筑在地震帶上陣，是來自東方鞏的設(shè)計師利用茅BIM餡軟件打造了這哲座夢幻酒店，扔讓它成為東歐鈔的一個新傳奇坦。喪這個令人矚目餅的廟ASTRA屢Monten磨egro盟度假中心位于憤黑山共和國（妻Monten認(rèn)egro理），建筑最大役特色就是建筑親主體構(gòu)想來自炸兩相纏繞在一蔥起的風(fēng)帆，用順過去建筑經(jīng)驗加與法則來頁莊看，幾乎是接干近不可能的一慢項工程，不過墓，透過采用排Rev