簡析BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應用

孫志偉　孟瑜　王勇

摘要：文章主要在結(jié)合筆者實踐基礎上，并在基于某工程例子情況下對對BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應用談一談自己的認識，以供廣大同行參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；鋼結(jié)構(gòu)工程；施工；應用

1.BIM技術(shù)概述

BIM是建筑信息模型（Building Information Modeling）的簡稱，它不是指某一款軟件，而是一個包含技術(shù)和管理的行業(yè)概念，軟件只是它的應用平臺。BIM實際上是通過數(shù)字化技術(shù)，建立一座虛擬建筑，它的實施是為業(yè)主提供設計、施工、銷售、運營等的專業(yè)化服務。

BIM技術(shù)實現(xiàn)：（1）三維設計、不同專業(yè)設計之間的信息共享、虛擬設計和智能設計，設計碰撞檢測、能耗分析、成本預測等。（2）建設項目施工階段工程進度、人力、材料、設備、成本和場地布置的動態(tài)集成管理及施工過程的可視化模擬，項目各參與方信息共享。（3）在計算機上執(zhí)行建造過程，虛擬模型可在實際建造之前對工程項目的功能及可建造性等潛在問題進行預測，包括施工方法實驗、施工過程模擬及施工方案優(yōu)化等。

2.BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程施工中的應用

2.1工程概況

以會議中心為例，根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)特點，鋼結(jié)構(gòu)安裝工作配合土建施工進度進行安裝。以鋼結(jié)構(gòu)安裝為主導線路，從地下室鋼結(jié)構(gòu)預埋件安裝開始，主樓鋼結(jié)構(gòu)的安裝從下到上連續(xù)進行，直至安裝屋頂部分鋼結(jié)構(gòu)，完成所有構(gòu)件的安裝，鋼結(jié)構(gòu)安裝主要采用塔吊進行高空散件安裝。工程為鋼柱支撐鋼桁架而成，呈雛鷹形，建筑物結(jié)構(gòu)復雜，并且外形尺寸較大，鋼構(gòu)件分布較廣，空間坐標測控復雜，有些部位以及構(gòu)件容易被遮擋，不容易進行觀測。

2.2施工重點難點的管理及實施方案

2.2.1施工關(guān)鍵技術(shù)、工藝

鋼結(jié)構(gòu)制作技術(shù)：工程的構(gòu)件主要有箱形鋼柱、鋼管柱、H型鋼構(gòu)件、H型鋼桁架、鋼管桁架等，節(jié)點連接主要采用焊接和高強度螺栓連接。加工中的關(guān)鍵技術(shù)主要有箱形和H形構(gòu)件的組對和變形控制、螺栓孔加工質(zhì)量及精度控制、節(jié)點處的異形鋼板的下料切割質(zhì)量和精度控制、節(jié)點加工組裝的質(zhì)量控制、高強螺栓連接的摩擦面加工質(zhì)量控制、拋丸除銹及涂裝的質(zhì)量控制、箱形和H型構(gòu)件加工的焊接技術(shù)等。

2.2.2施工重點、難點

（1）深化設計難。深化設計直接關(guān)系著鋼構(gòu)件的制作以及安裝。本工程結(jié)構(gòu)復雜，構(gòu)件繁多，深化設計時需用專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)深化設計軟件進行三維空間建模，合理確定每個構(gòu)件的分段方式以及每個連接節(jié)點的形式，準確計算每根構(gòu)件的尺寸，保證結(jié)構(gòu)體系的合理與穩(wěn)定。只有進行合理的深化設計，才能保證構(gòu)件的制作和安裝。所以，深化設計是工程一個重點、難點。

BIM技術(shù)在詳圖設計方面有多款軟件支持，其中比較優(yōu)秀的是Tekla Structures別名Xsteel。Tekla Structures是Tekla公司出品的鋼結(jié)構(gòu)詳圖設計軟件，Tekla Structures的功能包括3D實體結(jié)構(gòu)模型與結(jié)構(gòu)分析完全整合、3D鋼結(jié)構(gòu)細部設計、專案管理、自動shop Drawing、BOM表自動產(chǎn)生系統(tǒng)等。鋼結(jié)構(gòu)公司使用Tekla Structures創(chuàng)建一個三維BIM模型，詳圖設計人員可以在可視化界面中根據(jù)設計圖紙真實尺寸將鋼結(jié)構(gòu)模型三維界面創(chuàng)建出來，建模過程中，設計人員就可以通過調(diào)整視角及時檢查建模過程中的錯誤，同時軟件也有碰撞檢查功能，可以提醒設計人員糾正錯誤。

建模過程包括兩部分：首先，根據(jù)結(jié)構(gòu)施工圖建立軸線布置和搭建構(gòu)建模型。保證BIM構(gòu)件的定位和拼裝的精度。其次，對一些較為細小和復雜的節(jié)點進行布置。由于通常這些節(jié)點的布置具有規(guī)律性，因此可以編寫一個構(gòu)件的插件，從而實現(xiàn)該類節(jié)點的自動布置。

（2）節(jié)點制作及安裝難。結(jié)構(gòu)相似，都是由型鋼柱支撐鋼桁架而成，主要節(jié)點形式是H型鋼對接、厚板鋼柱對接、桿件連接等。多桿節(jié)點采用相關(guān)連接、節(jié)點板連接或鑄鋼節(jié)點，因桿件之間夾角小，焊縫多，焊接變形大，因此，節(jié)點焊接難，變形控制難，空間準確拼裝難。整個工程中，施工采用的柱一梁連接以及桁架結(jié)構(gòu)大量采用高強螺栓臨時固定以及連接，因此螺栓孔的加工精度、摩擦面要求是本工程重點之一。

2.3 BIM建模后形成的效果

第一，鋼結(jié)構(gòu)BIM三維實體建模出圖，其本質(zhì)就是進行電腦預拼裝、實現(xiàn)真實的過程。首先，所有的鋼桿件、裝飾材料，節(jié)點連接、螺栓焊縫等信息都通過三維實體建模進入整體模型，該BIM三維實體模型與以后實際建造的建筑完全一致。其次，所有設計圖（包括布置圖、構(gòu)件圖、零件圖等）均是利用三視圖原理投影生成，圖紙中所有尺寸，包括桿件長度、斷面尺寸、桿件相交角度等均是從三維實體模型上直接投影產(chǎn)生，完全實現(xiàn)電腦預拼。第二，通過建立實體模型，可以再模型中任意進行旋轉(zhuǎn)和查看材料屬性，并可以任意剖面，軟件并可以自動碰撞校核檢查，解決了結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)與其他專業(yè)碰撞問題。

3.結(jié)語

BIM技術(shù)的應用無疑對鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展帶來福音，充分運用BIM技術(shù)，結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)設計與放樣的相關(guān)軟件，并貫穿于設計、制造及安裝的施工流程中，解決了鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)異型和曲面復雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設計建模、深化設計和施工，逐步展示了在未來建筑BIM概念的強大優(yōu)勢而努力。