摘要：以沈阳展览中心工程钢结构施工详图设计及管理为例，阐述了钢结构施工详图设计的绘制过程及管理方法。针对目前钢结构工程中工程量大
摘 要：以沈阳展览中心工程钢结构施工详图设计及管理为例，阐述了钢结构施工详图设计的绘制过程及管理方法。针对目前钢结构工程中工程量大、工期紧张的特点，采用了三维设计软件XSTEEL与CAD结合的优化方案，提高了构件转化的准确度，为工厂顺利加工提供有力条件，为现场安装提供了准确的安装图纸，更好的满足了钢结构工程的加工及现场安装的需要。
关键词：钢结构 施工详图设计 工程管理
钢结构在我国国民经济建设的应用范围很广，它在房屋建筑、地下建筑、桥梁、塔桅、海洋平台、港口建筑、矿山建筑、水工建筑、囤仓建筑、气柜球罐和容器管道中都得到广泛应用；其中钢结构建筑工程是我国建筑行业中蓬勃发展的一个既古老又崭新的行业，是绿色环保产品，也是推动传统建筑业向高新技术发展的重要力量。
钢结构施工详图作为钢结构工程中不可或缺的一部分，体现着至关重要的价值。钢结构施工详图又称加工图或放样图。图纸深度须满足车间直接制造及现场安装的要求。目前，详图设计的工作范围逐步扩大，已从单一为加工厂提供详图制作，扩展到为物资采购部门提供材料报表、螺栓报表进行采购；与此同时还需协助工厂备料及辅助编制工程进度计划。详图设计中使用XSTEEL三维建模软件，能够充分发挥其直观、准确、仿真的优势，消除安装构件时存在碰撞的隐患，是以往单纯CAD深化设计所不能比拟的。详图设计已成为连接原设计方、加工厂、项目部、物资采购等相关部门的重要纽带。
1 工程概况
沈阳展览中心(Shenyang Exhibition Centre)位于沈阳市苏家屯区，展览中心占地面积700亩，建筑面积16万m2，其中室内展览面积10万m2,由8个面积为1.32万m2的展厅组成，可容纳5000个国际标准展位，可承接国际国内大型展会和各种大型活动，已成为东北地区最大的会展中心。展览中心在建筑设计上采用的是“陈列式”结构，8个展厅既可以有机地融合在一起又可以互相独立开来，即可以同时设展，每一个展厅也能独自举办各种类型的展览，这种设计方案在国内其他会展中心并不多见。沈阳展览中心建设难度较大。其中，整个中心钢结构工程总计8640t，164根钢梁，每根钢梁重40t左右，跨度80米。由于长度超长，必须分段制作、运输，在现场拼装，拼装精度、焊接质量等要求极高（图1）。
图1 一榀屋面钢梁（沈阳展览中心钢结构施工）
2 钢结构施工详图设计
2.1 熟悉设计图纸及设计交底工作
展览中心详图设计任务为钢结构屋面系统。屋面系统包括屋面钢拱梁，屋面水平支撑，竖向支撑，屋面檩条。首先建模人员熟悉结构图纸和建筑图纸。对于设计图纸上有疑问或矛盾之处，在设计交底会议上及时与设计人员沟通。
图2 沈阳展览中心屋面平面布置图（沈阳展览中心钢结构施工）
2.2 屋面钢结构建模
建模人员在接收建模任务的同时，需保证以下设计资料齐全：原设计图纸或其他与原设计图纸性质等同的文件，项目负责人的项目交底文件，编号系统文件，工期进度表，文件控制规定。按照工期计划合理划分建模区域及安排进度。
此工程分10个区A1、A2、A3、A4，B1、B2、B3、B4，C1、C3（见图2）。由于屋面钢拱梁的结构形式对称，因此只需要对A1区和C1区进行建模及出图工作。首先将各种类型构件设置不同状态，颜色等级，方便构件过滤。然后开始屋面钢梁建模，参考构件混凝土柱建模，屋面水平和竖向支撑建模，檩条建模。起始建立模型的时候，由一位建模人员负责添加轴网、新截面和新材质，且新添加的截面型材须符合标准。在搭建构件时 ，要在图纸对应位置用彩笔做出标记。对于发生碰撞之处，拍成图片，写成联系单，发往原设计协商解决。对于一些具有特殊要求的构件，要在材料表中特别说明，例如在钢梁支座处包括了一块80mm的厚板，此板要在材质上加Z向性能。在钢梁中，不同厚度的钢板在对接时，为防止焊接后产生应力及疲劳，应从板厚的一侧或两侧做缓坡状斜角的削薄处理，削薄坡度为1/4，这也是《钢结构设计规范》的构造要求。在钢结构施工详图深化设计中，建模人员不只是简单、轻松地照搬照抄设计图纸，还要熟悉钢结构设计规范及钢结构构造要求，将理论运用于实际工作中，更好更准确的完成钢结构详图设计(图3)。
图3 A1区和C1区三维模型（沈阳展览中心钢结构施工）
2.3 模型审核
模型审核是控制详图质量的有效措施。包括自审和专审。首先建模人员进行自审，然后由审核工程师进行专审。最终完成模型时，保证原设计图的所有信息都有标记，防止遗漏任何信息。模型建完之后，需要自审模型，自审时通过材料清单，检查材质等级，及构件编号。通过螺栓清单复核螺栓等级及长度；并提交模型自审单给审核人员。审核人员进入模型，开始审核工作，对于模型中构件定位及编号、截面型材，节点进行全面审核。最终提供审核单。建模人员针对审核问题做出修改，完善模型。
2.4 模型出图
在确保模型完整、正确的基础上，设置好图框及材料表样式，准备出图。对于梁、支撑、檩条、竖杆，每种类型构件各出一张，提交技术中心进行审核批复，审核后开始正式出构件加工详图和安装图。一般要求首先完成安装图，通过绘制安装图再一次对原设计图中的构件定位等进行核对，也是确保图纸准确的有效措施之二。当所有图纸完成后，提供构件表和目录等清单，送审设计院审核。在等待审核回复意见的同时，也是我们对图纸中构件组装尺寸，说明进行审核的过程。在使用XSTEEL进行图纸深化设计时，我们经常把重心放在模型搭建的质量上，往往忽视图纸的质量。习惯性认为模型没有任何错误，图纸相应也会很好。其实不然，如果图纸中漏掉零件标记，构件标记，焊缝错误，组装尺寸不全，说明不够详尽，对于工厂加工而言，即使是一根精美的梁放在图纸上，也是无法将其快速、准确、保质保量的制作出来。
3 施工详图设计中难点攻克
此工程的难点之一是工程量大而工期短。一般情况下完成如此大吨位的深化设计需要一个月的时间。经过对图纸详细了解，沈阳展览中心屋面钢结构由结构相同的8个大区A1～A4及B1～B4和2个小区C1、C3组成。我们只要选择A1和C1开始建模及出图即可，工作量减少到原来的六分之一，大幅度缩短了建模及出图时间。因此，我们将转化工期定为10天。这也是一次非同寻常的尝试和挑战。
众所周知，大型展馆是一个城市的精神象征，是一个城市的名信片。一般场馆工程除了具备基本使用功能外，最重要的是要有一个让人赞叹不已、印象深刻的建筑外观。吸引人们眼球的建筑形式当然是曲线造型。沈阳展览中心也不例外，屋面结构采用平面钢拱梁和空间钢拱扭梁。两种类型的钢梁使得详图深化设计的难度大幅度增加。
详图转化中普遍使用的是XSTEEL软件，而该软件在曲线形式杆件的转化方面，尤其是曲线的平滑度方面存在着一些不足。如果直接用XSTEEL转化平面钢拱梁，就可能在尺寸精度上产生误差。为了克服XSTEEL的缺点，我们先在CAD内放样，将放样尺寸导入XSTEEL软件内，然后用CAD内的一些关键点控制XSTEEL构件的放样尺寸及外观。在平面钢拱梁准确放样的基础上，使得两个软件的优势充分结合，进一步减小或避免尺寸误差。对于空间钢拱扭梁的深化设计，我们直接采用CAD放样出图，并利用了CAD二次开发程序——空间点输出坐标，不但对每段空间扭梁的组装控制点给出三维坐标，而且还提供每个零件控制点的三维坐标，以及每个零件的平面展开图及坐标。这种深化设计方法既忠于原设计的意图又为工厂加工及现场安装提供可靠数据（图4）。
图4 空间钢拱扭梁三维轴侧图（沈阳展览中心钢结构施工）
此工程的难点之三是屋面水平支撑中使用的钢丝绳索。由于钢丝绳索在加工完成运到现场之后，就不能够对于超出允许范围的长度进行调整，一般来说只能再运送回索生产厂家进行修改。这样既耽误了工期也造成了费用和材料的损失。借助于XSTEEL模型精准的空间定位，我们可以非常准确及方便的测量出每根空间索的长度，避免了上述情况的发生。对索进行深化设计时，还需要注意索的长度是受力张紧情况下还是未受力松弛状态下，两者的长度是有区别的，配合锚具调节幅度考虑。积极配合专业的索加工厂，提供准确的数据。
4 施工详图深化过程中与项目部及工厂的配合
详图深化过程与项目部的配合，项目部对于钢梁的长度提出了要求，要求钢梁长度不得大于15m，因此为了满足该要求，我们对于钢梁进行了分段，经过多方考虑，最终确定了将钢梁分成7段，并在相应位置设置了连接吊耳，为现场的安装提供了有利条件。由于此钢梁安装完毕后，要用混凝土灌浆，因此我们在钢梁的相应位置处设置灌浆孔、振捣孔、出气孔。灌浆孔的设置满足了现场混凝土的施工要求。
详图深化过程与加工厂配合。在沈阳展览中心钢梁的截面形式为“日”字型。钢梁内部通长隔板的焊接形式为双面角焊缝，而箱型构件内隔板无法保证双面角焊缝。工厂实际装配顺序为:
1→2→3→4→5（图5），故考虑装配焊接实际可操作性，详图深化过程中，建议将3号隔板采用单面坡口焊缝形式。此优化方案得到了设计院的认可。
图5 隔板焊缝优化方案
5 钢结构施工详图管理
5.1 工程编号管理
对于工程中使用的构件编号，要根据整体工程综合考虑，项目编号管理包括零件、构件编号系统、图纸编号系统、报告编号系统。例如构件编号中要设定零件前缀、构件前缀、构件名称等内容。无论在国内工程还是国外工程中，详图中的编号设置都应全面、明确、具体。由于工程项目具有唯一性、多样性等特点，编号系统必须根据各个项目的不同结构形式及特点进行编制，不能统一。在工程管理中设置编号系统至关重要（表1）。如果一个工程由多个子项组成，科学的控制和指派构件编号，能够使加工厂便于按照工期进度制定切实可行的加工计划，能够让我们合理安排打包方案及构件运输计划，能够使我们查找和清点构件变得更加容易。在安装过程中，由于同一区域的构件可以堆放在指定范围内，这样有助于吊装时更充分的组织和利用吊机，提高作业效率，减少机械台班费用，降低成本。
表1 沈阳展览中心编号系统表
注：前两个XX表示区号，后两个XX表示流水号例如SBC-SYHZ-A101表示A1区01图
5.2 工期控制管理
根据现场安装方案及甲方工期要求，对于深化设计的工期做出合理安排。确保工程顺利完成。沈阳展览中心总吨位8640t，使用施工详图转化软件为Auto CAD和XSTEEL。深化设计工期为10天（表2）。
表2 沈阳展览中心工期进度
5.3 文档控制管理
在国外工程中，外方的文档控制工作很严谨，专人负责，流程清晰，文档分类详尽。我们在向国外工程学习的同时，结合国内工程特点也进行了文档控制工作。在接收原设计单位提供的图纸时，蓝图需要加盖设计院出图章及设计人员资质章。所有文件由文档控制员通过正式公共邮箱发出或接收邮件。各工程项目要使用不同的邮件编号，并使用统一格式。收发邮件要有记录单。文控资料中明确出抄送的相关部门，文件有记录可寻。在工程过程中及结束时，这些过程中控制的技术资料及来往信函在工程结算、决算及索赔方面起着重要作用。同时也是工程风险控制及合同管理的有效措施。在内部传递文件时使用FTP平台，方便了与各个部门之间的资料传递，提高了工作效率。
6 结语
综上所述，通过对沈阳展览中心施工详图深化设计及管理的介绍，总结了钢结构施工详图深化设计中需要完成的工作内容及重点。根据实践经验及科学管理，完成了深化工期为10天的目标。在平面钢拱梁和空间钢拱扭梁的详图深化设计中，将CAD软件与XSTEEL软件的优势充分结合，为今后空间曲线结构的深化设计积累了丰富经验。沈阳展览中心工程被中国建筑金属结构协会评定为“建筑钢结构金奖”。
参考文献
[1] 《钢结构工程施工与质量验收实用手册》2003
[2] 《钢结构设计规范》 GB 50017-2003
[3] 《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205-2001
[4] 《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002
