BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計制造中的應(yīng)用研究

張濤

摘要：BIM技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了建筑設(shè)計行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，利用BIM技術(shù)能夠建立更加科學(xué)和高效的建筑數(shù)字模型，能夠有效提高建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，確保建筑施工安全和提高施工效率。本文針對BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用進(jìn)行了研究分析，結(jié)合工程設(shè)計實(shí)例進(jìn)行了探討，旨在提供一定的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；鋼結(jié)構(gòu)工程；設(shè)計制造

1 BIM技術(shù)基本特征

BIM技術(shù)是Building Information Modeling技術(shù)的簡稱，該技術(shù)通過數(shù)字化3D技術(shù)對建筑工程中涉及的多種信息進(jìn)行全面的整合，實(shí)現(xiàn)了工程數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建。該技術(shù)綜合了建筑工程管理全過程中設(shè)計、施工、運(yùn)營、維護(hù)等諸多環(huán)節(jié)的相關(guān)內(nèi)容，將傳統(tǒng)的建筑工程設(shè)計與管理的紙質(zhì)文件轉(zhuǎn)化為數(shù)字化文件，并以3D可視化的形式加以展示，提升了工程設(shè)計與管理人員提取與處理建筑工程信息的準(zhǔn)確性與效率性。

1.1 參數(shù)化3D模型

BIM技術(shù)建模過程中應(yīng)用的數(shù)據(jù)信息直接來源于建筑設(shè)計參數(shù)，通過參數(shù)化建模的形式直接將方案設(shè)計信息轉(zhuǎn)化為3D模型，以此實(shí)現(xiàn)了建筑設(shè)計方案2D向3D的轉(zhuǎn)換。參數(shù)化的3D模型完全與設(shè)計方案向契合，同時在設(shè)計過程中能夠通過參數(shù)的調(diào)整直接進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)智能化設(shè)計，保證建筑設(shè)計整體的合理性。

1.2 可視化技術(shù)

BIM技術(shù)的應(yīng)用其主要特點(diǎn)在于設(shè)計方案與施工管理過程的可視化，以往的2D設(shè)計與施工管理方案轉(zhuǎn)變?yōu)?D可視化模型，設(shè)計與施工人員能夠通過直接的觀察，實(shí)現(xiàn)設(shè)計與施工管理判斷識別，進(jìn)而完成相應(yīng)工作的管理與優(yōu)化?，F(xiàn)階段，建筑工程的體量不斷增大，施工工藝應(yīng)用也相對復(fù)雜，僅僅依據(jù)傳統(tǒng)的方案數(shù)據(jù)往往難以從整體上對設(shè)計與施工工作進(jìn)行把控，應(yīng)用BIM技術(shù)在實(shí)現(xiàn)方案可視化的基礎(chǔ)上，結(jié)合工期管理、造價管理等諸多因素對建筑工程進(jìn)行全方位管理工作。

1.3 統(tǒng)一化的信息標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前，數(shù)字化信息技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域中的覆蓋范圍不斷擴(kuò)大，隨之而來的是不同軟件平臺或管理系統(tǒng)內(nèi)部信息標(biāo)準(zhǔn)的銜接問題。當(dāng)前，建筑設(shè)計與施工管理工作中應(yīng)用的BIM軟件執(zhí)行的是IFC標(biāo)準(zhǔn)，也是眾多信息處理軟件的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，因此BIM軟件在使用過程中能夠更好的實(shí)現(xiàn)信息錄入與數(shù)據(jù)輸出，統(tǒng)一化的信息標(biāo)準(zhǔn)有效提升了設(shè)計與施工管理方案使用的便捷性。

2 BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計制造中的應(yīng)用

2.1 高度直觀的可視設(shè)計

在應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑設(shè)計的過程中，3D模型能夠有效實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計理解度的提升，能夠方便的進(jìn)行設(shè)計方案共享交流，數(shù)字化的信息載體有效提升了方案處理效率。同時，高度直觀的設(shè)計結(jié)果為設(shè)計人員進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化提供了更為便捷的途徑。

2.2 高度統(tǒng)一的關(guān)聯(lián)設(shè)計

BIM的3D設(shè)計結(jié)果其基礎(chǔ)是設(shè)計方案的數(shù)據(jù)支撐，相應(yīng)的模型與數(shù)據(jù)是一一對應(yīng)的，這種高度統(tǒng)一的關(guān)聯(lián)設(shè)計保證了設(shè)計方案與實(shí)際成果的一致性，同時也有效實(shí)現(xiàn)了設(shè)計方案調(diào)整優(yōu)化過程的統(tǒng)一性，避免了人為操作失誤對設(shè)計結(jié)果的不利影響。

2.3 高效精確的自動統(tǒng)計

建筑工程設(shè)計階段形成的信息對于工程整體質(zhì)量與成本造價等要點(diǎn)環(huán)節(jié)有著直接的影響。借助BIM技術(shù)，設(shè)計人員能夠?qū)⒐こ淘O(shè)計的全部信息錄入系統(tǒng)形成工程數(shù)據(jù)庫，借助自動統(tǒng)計功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的全面收集整理，從而實(shí)現(xiàn)全過程施工質(zhì)量與成本造價控制，獲得理想的設(shè)計結(jié)果。

2.4 高效嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膮f(xié)同設(shè)計

BIM技術(shù)的應(yīng)用是對建筑工程全過程的優(yōu)化整合，通過數(shù)據(jù)信息可視化的形式為建筑設(shè)計與施工提供了協(xié)同工作的有效途徑。在建筑設(shè)計過程中，設(shè)計人員能夠通過BIM技術(shù)提供的共享途徑，不同部位的設(shè)計人員能夠進(jìn)行配合工作，有效避免了因信息傳遞不暢導(dǎo)致的設(shè)計偏差，維持設(shè)計方案的一致性。

2.5 快速及時的計算模擬

BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)于傳統(tǒng)建設(shè)設(shè)計方法的要點(diǎn)在于信息處理效率的提升，通過BIM軟件內(nèi)置的統(tǒng)計、計算、分析等系列功能模塊，能夠保證設(shè)計分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)設(shè)計流程的標(biāo)準(zhǔn)化控制，對設(shè)計方案與思路進(jìn)行控制，同時對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行及時的評估。

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程概況

某鋼結(jié)構(gòu)建筑工程占地面積5680㎡，總建筑面積118725㎡，總建筑高度為95.28m。該建筑頂端鋼結(jié)構(gòu)由鋼桁架及連系梁構(gòu)件組成，鋼結(jié)構(gòu)連接體系部分總高度25.5m，最大跨度55m，最小跨度是25m。該鋼結(jié)構(gòu)共有75個水平、斜向桿件安裝連接構(gòu)成。下圖1為該建筑鋼結(jié)構(gòu)示意圖。

3.2 BIM設(shè)計分析

本建筑工程鋼結(jié)構(gòu)部分設(shè)計使用ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行建模分析，結(jié)合TERLA進(jìn)行BIM三維放樣，從而實(shí)現(xiàn)可視化工程設(shè)計。

（1）連體鋼結(jié)構(gòu)施工虛擬仿真技術(shù)

根據(jù)本工程實(shí)際設(shè)計參數(shù)通過BIM軟件建立計算模型，導(dǎo)出CAD文件，形成TEKLA模型，結(jié)合該模型進(jìn)行本建筑鋼結(jié)構(gòu)的整體分析，對施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化，確定構(gòu)件尺寸，對施工方案進(jìn)行優(yōu)化處理。

同時，應(yīng)用BIM技術(shù)對TEKLA模型進(jìn)行模擬施工，對構(gòu)件提升、安裝等施工工序進(jìn)行模擬施工，通過可視化功能實(shí)現(xiàn)制造安裝虛擬仿真，對體積碰撞等情況進(jìn)行預(yù)估，為精確定位與順利安裝制定標(biāo)準(zhǔn)化流程。下圖2為連體鋼結(jié)構(gòu)提升部分設(shè)計尺寸。

（2）復(fù)雜節(jié)點(diǎn)設(shè)計分析

作為鋼結(jié)構(gòu)體系中重要的載荷部位，梁柱連接點(diǎn)的應(yīng)力較為集中，設(shè)計過程中應(yīng)以此部位為設(shè)計重點(diǎn)。本建筑鋼結(jié)構(gòu)體系節(jié)點(diǎn)位置的構(gòu)建類型主要包括梁、柱、斜撐、側(cè)向連接桿等類型，具體設(shè)計尺寸為：鋼梁截面700mm×300mm，柱和斜撐截面500mm×400mm，節(jié)點(diǎn)部位鋼板設(shè)計為加強(qiáng)板厚度60mm。

根據(jù)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力特性與制作安裝施工流程進(jìn)行節(jié)點(diǎn)位置的設(shè)計，其基本要點(diǎn)為：（1）桁架平面內(nèi)部載荷設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)強(qiáng)于平面外部設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：（2）主桁架載荷設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)強(qiáng)于次桁架設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；（3）桁架單元載荷設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)強(qiáng)于聯(lián)系桿件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；（4）鋼結(jié)構(gòu)體系中的各構(gòu)件設(shè)計應(yīng)保證結(jié)構(gòu)體系中得整體協(xié)調(diào)性與穩(wěn)定。

同時，為了保證各節(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量，節(jié)點(diǎn)部位在鋼結(jié)構(gòu)制作車間內(nèi)用大型機(jī)械制做成整體節(jié)點(diǎn)，由于構(gòu)件截面比較大，在制作過程中需要對每個桿件進(jìn)行精準(zhǔn)定位后安裝，本工程采用TEKLA進(jìn)行深化設(shè)計，優(yōu)化節(jié)點(diǎn)設(shè)

計，達(dá)到精確放樣，從而保證了節(jié)點(diǎn)制作、安裝質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，作為建筑工程領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛的BIM技術(shù)，在實(shí)際使用過程中因其突出的參數(shù)3D化、模型可視化以及信息標(biāo)準(zhǔn)化在建筑工程實(shí)際使用中收到了理想的效果，成為了行業(yè)工作者們關(guān)注與研究應(yīng)用的熱點(diǎn)內(nèi)容之一。BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計制造中的應(yīng)用，有效提升了設(shè)計與施工管理的科學(xué)性，為提升建筑工程質(zhì)量，保證建筑實(shí)際使用性能打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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