BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程施工中的應(yīng)用

曹曉羅 印晨曦 洪尹楠

(沙洲職業(yè)工學(xué)院，江蘇 蘇州 215600)

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BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程施工中的應(yīng)用

曹曉羅 印晨曦 洪尹楠

(沙洲職業(yè)工學(xué)院，江蘇 蘇州 215600)

解釋了BIM技術(shù)的概念及工作原理，從深化設(shè)計、加工制作、現(xiàn)場安裝三個環(huán)節(jié)，介紹了BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，并分析了BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的發(fā)展方向，有利于促進(jìn)建設(shè)工程的信息化管理。

BIM技術(shù)，鋼結(jié)構(gòu)，信息化

0 引言

2015年全國建筑鋼材價格持續(xù)走低，產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，對鋼結(jié)構(gòu)的推廣產(chǎn)生了積極有利的推動。但在中國人口紅利逐漸消失的今天，人工費占總價的比例正在逐漸上升，降低成本是建筑企業(yè)目前最為迫切的需求。隨著住建部對建筑產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化和信息化推動，BIM技術(shù)的發(fā)展迎來了一個黃金發(fā)展期，技術(shù)方面正在不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域從大型復(fù)雜的公共建筑(例如：鳥巢)逐漸向常規(guī)的工業(yè)廠房擴(kuò)展。

1 BIM理念概述

BIM(Building Information Model)即建筑信息模型，它并不是指某一款軟件，而是一個包含技術(shù)和管理的行業(yè)概念，軟件只是BIM技術(shù)的應(yīng)用平臺。BIM技術(shù)通過可視化界面將每個部件的基本信息都錄入到數(shù)字化三維模型中，利用軟件對相關(guān)信息進(jìn)行統(tǒng)計處理，為設(shè)計、施工、運維等不同階段提供數(shù)據(jù)支撐。

在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，BIM技術(shù)的應(yīng)用目前主要集中在詳圖深化和制作安裝方面。在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計方面，BIM技術(shù)主要是通過對三維參數(shù)化模型賦予幾何、材料、進(jìn)度、價格等相關(guān)信息，在出圖過程中對信息進(jìn)行整合，自動生成設(shè)計詳圖和準(zhǔn)確的材料信息報表，為加工提供圖紙、為采購部門提供依據(jù)。同時參數(shù)化建?？梢员ＷC模型發(fā)生變動，圖紙和報表也能自動更新，極大提高出圖效率和報表準(zhǔn)確性。在后期制作和安裝環(huán)節(jié)，軟件導(dǎo)出的排料清單可以導(dǎo)入CNC切割機(jī)，免去了手動輸入造成的二次誤差。

2 BIM在鋼結(jié)構(gòu)中的具體應(yīng)用

2.1 深化設(shè)計環(huán)節(jié)

深化設(shè)計是鋼結(jié)構(gòu)從設(shè)計圖到工廠加工中間必須要完成的一項細(xì)化工作，是后續(xù)加工制作和現(xiàn)場拼裝的指導(dǎo)文件。BIM技術(shù)在詳圖設(shè)計方面有多款軟件支持，其中比較優(yōu)秀的有：Tekla Xsteel，Stru-CAD等。詳圖設(shè)計人員可以在可視化界面中根據(jù)設(shè)計圖紙真實尺寸將鋼結(jié)構(gòu)模型在三維界面中創(chuàng)建出來。建模過程中，設(shè)計人員就可以通過調(diào)整視角及時檢查建模過程中的誤操作。同時，軟件本身也具有碰撞檢查功能，可以提醒設(shè)計人員，避免低級錯誤。模型創(chuàng)建完成確認(rèn)無誤后，軟件根據(jù)用戶需要自動生成相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖。相比之前的平面CAD翻樣，繪圖效率得到了質(zhì)的提高。以Xsteel軟件為例，其可以完成設(shè)計詳圖主要包括：3D布置圖、平面布置圖、構(gòu)件圖、零件圖、節(jié)點詳圖等。同時，軟件還可以生成相關(guān)材料統(tǒng)計表，如：地錨螺栓用量表、不同厚度板材用量表、鋼材表面油漆涂刷面積等。

2.2 加工制作環(huán)節(jié)

相比于機(jī)械制造企業(yè)，大部分鋼結(jié)構(gòu)加工制作企業(yè)在生產(chǎn)管理方面幾乎完全依靠工人現(xiàn)場經(jīng)驗對圖紙、加工流程、制作工藝等環(huán)節(jié)進(jìn)行把控，往往會造成加工過程混亂，出現(xiàn)一些人為的差錯。而且企業(yè)管理人員無法對材料供應(yīng)、機(jī)器運行、工人加工等情況進(jìn)行時時跟蹤，工廠管理成本增加。因此在鋼結(jié)構(gòu)制作企業(yè)建立一套適合鋼結(jié)構(gòu)加工的數(shù)字化生產(chǎn)管理系統(tǒng)顯得非常關(guān)鍵。而BIM技術(shù)的出現(xiàn)對企業(yè)信息化生產(chǎn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，BIM軟件在終端數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡(luò)云平臺的形式進(jìn)行存儲，每個工序需要的數(shù)據(jù)資料都能在機(jī)器操作終端讀取。該模式打破了以往加工企業(yè)生產(chǎn)指令逐級傳達(dá)的模式，直接將生產(chǎn)所需數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦の唬⑶壹庸み^程的信息也能及時反饋給終端平臺，完成數(shù)據(jù)的傳遞與反饋[2]。

BIM軟件(以Xsteel軟件為例)能讀取模型中各個構(gòu)件的詳細(xì)尺寸(包括開孔位置等信息)，并能將其輸出為多種數(shù)據(jù)格式，如CNC，IFC，DSTV等[2]。并且BIM軟件根據(jù)鋼板的不同厚度、不同材質(zhì)自動進(jìn)行套料分類，導(dǎo)出NC格式文件，傳輸給CNC數(shù)控機(jī)床，完成自動切割、鉆孔。BIM軟件自動套料功能可以節(jié)約大量人工排版時間，并且最大程度的提高板材的利用率，提高了鋼結(jié)構(gòu)自動化加工的生產(chǎn)效率。

2.3 現(xiàn)場安裝環(huán)節(jié)

鋼結(jié)構(gòu)以其特有材料性質(zhì)被越來越多的用在了一些跨度大、體型復(fù)雜的公共建筑上，這就對鋼結(jié)構(gòu)的安裝精確度提出更高的要求。由于大尺寸的鋼構(gòu)件在運輸和吊裝時存在諸多不便，所以大型鋼構(gòu)件的現(xiàn)場拼接不可避免。鋼結(jié)構(gòu)在選擇拼接點位置時非常關(guān)鍵，需要考慮多方面因素，如：運輸車輛空間大小、吊車起重噸位、安裝現(xiàn)場條件以及構(gòu)件吊裝時的穩(wěn)定性等。以往鋼結(jié)構(gòu)拼接點的選擇主要依靠工程師經(jīng)驗，給后期安裝帶來了諸多不確定性。

BIM軟件(以Navisworks為例)可以在施工階段對安裝過程進(jìn)行4D仿真模擬(即3維空間+時間)，將整個吊裝過程按照先后順序在虛擬場景進(jìn)行預(yù)安裝，檢查安裝過程中可能出現(xiàn)的一些安裝操作空間不足的問題。問題出現(xiàn)后可以及時調(diào)整模型拼裝節(jié)點，修改施工詳圖，避免返工造成費工費料。該軟件其核心工作原理是將Revit建好模型以NWC格式輸出，并在Navisworks中打開，在Timeliner功能模塊中導(dǎo)入施工進(jìn)度計劃Project文件，并利用選擇集功能將各個構(gòu)件與Project文件中的WBS子項連接，完成4D模型的創(chuàng)建[3]。在施工模擬過程中軟件可以對每個關(guān)鍵節(jié)點的施工進(jìn)度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，為施工現(xiàn)場安裝提供參考數(shù)據(jù)。

3 BIM技術(shù)的總結(jié)與展望

目前，由于企業(yè)管理層重視程度不夠、技術(shù)本身還不完善、市場氛圍沒有形成等原因，BIM技術(shù)的推廣和應(yīng)用仍然處于探索階段。但BIM技術(shù)在降低深化設(shè)計費用、縮短工期、準(zhǔn)確預(yù)算工程量等方面有著不錯經(jīng)濟(jì)效果。而且后期在制造和安裝環(huán)節(jié)對加工環(huán)節(jié)的監(jiān)管、減少信息傳遞過程中的錯誤率等方面都有著巨大的發(fā)展空間。BIM技術(shù)對建筑行業(yè)的發(fā)展無疑是一次信息化革命，在變革的過程中遇到的問題是多種多樣的。根據(jù)企業(yè)調(diào)研和行業(yè)資訊，本文對BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的發(fā)展提以下幾點建議：1)鋼結(jié)構(gòu)加工的信息化和自動化不僅需要軟件平臺的搭建，同時加工機(jī)械的硬件配套也是必不可少的。信息模型與鋼結(jié)構(gòu)加工機(jī)器的對接數(shù)據(jù)尚未形成一套行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，給BIM技術(shù)的普及和推廣帶來了不小的困難，因此制定一套適合企業(yè)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)務(wù)之急。2)BIM技術(shù)的發(fā)展目前僅僅依靠幾家軟件公司的創(chuàng)新和推廣是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，整個行業(yè)的從業(yè)人員的BIM理念的提升同樣非常重要。任何一項新技術(shù)的普及都不是一蹴而就的，需要一個反復(fù)的過程。BIM技術(shù)的研發(fā)需要一定的周期，企業(yè)需要市場的反哺，否則無法生存。3)BIM技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)覆蓋整個工程項目的設(shè)計、施工、運維階段，是項目信息集成的中樞神經(jīng)。BIM技術(shù)的發(fā)展應(yīng)從行業(yè)格局著眼，從技術(shù)細(xì)節(jié)著手，結(jié)合目前已經(jīng)比較成熟的云數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)企業(yè)管理、生產(chǎn)組織、自動化控制、機(jī)器人焊接和信息化預(yù)拼裝等方面的信息化，將BIM技術(shù)真正轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

[1] 黃子浩.BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2013

[2] 賀明玄,沈 峰.BIM技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)制作中的應(yīng)用[A].鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)與工程應(yīng)用新進(jìn)展——2014中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會鋼結(jié)構(gòu)分會年會和建筑鋼結(jié)構(gòu)專家委員會學(xué)術(shù)年會論文集[C].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2014:79-106.

[3] 周慧恩，王乾坤，梅婷婷.適用于工業(yè)化鋼結(jié)構(gòu)的4D BIM虛擬建造方法研究[J].鋼結(jié)構(gòu)，2016，31(2)：120-125.

The application of BIM technology in the construction of steel structure engineering

Cao Xiaoluo Yin Chenxi Hong Yinnan

(ShazhouProfessionalInstituteofTechnology,Suzhou215600,China)

The paper indicates the concept of BIM technique and its working principle, introduces its application in the steel structures from the deepened design, processing and manufacturing, and site installation, and analyzes its development in the architectural field, so as to enhance the informationized management of the construction projects.

BIM technique, steel structure, informationization

1009-6825(2016)16-0055-02

2016-03-24

曹曉羅(1988- )，男，講師

TU391

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