BIM技術(shù)在復(fù)雜裝配式鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

許 洪 云

(北京語言大學(xué)，北京 100000)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)是指建筑的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由鋼件構(gòu)成的裝配式建筑[1]。與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)相比，裝配式鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)是鋼結(jié)構(gòu)、維護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)以及內(nèi)裝系統(tǒng)的和諧統(tǒng)一。滿足安全、適用、經(jīng)濟(jì)、綠色、美觀的要求，提高鋼結(jié)構(gòu)建筑的環(huán)境效益、社會(huì)效益以及經(jīng)濟(jì)效益。

BIM技術(shù)是目前較為新興主流的設(shè)計(jì)技術(shù)，被稱為繼CAD后的又一次革命。BIM技術(shù)有利于項(xiàng)目的可視化、精細(xì)化建造。《裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》指出裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑宜采用建筑信息模型(BIM)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全專業(yè)、全過程的信息化管理[2]。

1 BIM技術(shù)在復(fù)雜裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及細(xì)部節(jié)點(diǎn)板、高強(qiáng)螺栓均在工廠進(jìn)行生產(chǎn)，然后運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝。相比于混凝土結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的裝配式鋼結(jié)構(gòu)對(duì)構(gòu)件的制作、安裝精度要求較高。以往的設(shè)計(jì)資料都是二維的，設(shè)計(jì)人員無法直觀有效的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中存在的問題[3]。通過對(duì)三維BIM技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員能夠準(zhǔn)確的反映設(shè)計(jì)信息、細(xì)部尺寸，并且通過模擬裝配、碰撞檢查找出設(shè)計(jì)階段存在的問題，還方便工程量的統(tǒng)計(jì)。

2 工程實(shí)例應(yīng)用分析

本文以古生物化石博物館為例，介紹BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

2.1 項(xiàng)目概況

擬建古生物化石博物館位于天津市津南區(qū)天津大學(xué)北洋園校區(qū)西南部，總建筑面積為5 198.70 m2，主要功能為展覽。建筑總高22.45 m，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，如圖1所示。

2.2 建模流程

本項(xiàng)目采用Revit軟件進(jìn)行建模。在此項(xiàng)目中，建筑造型獨(dú)特，采用較多的異形鋼梁、鋼柱，各構(gòu)件交錯(cuò)連接，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜。首先根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的分析結(jié)果定義族庫，錄入構(gòu)件以及節(jié)點(diǎn)信息，然后進(jìn)行三維模式下的施工圖繪制，包括結(jié)構(gòu)框架繪制以及節(jié)點(diǎn)詳圖繪制，如圖2所示。在同一個(gè)BIM模型中分別建立建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備模型。然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)預(yù)裝配檢查，最后與建筑、設(shè)備模型進(jìn)行碰撞檢查。建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備專業(yè)BIM模型如圖2所示。

2.3 細(xì)部節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

裝配式鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)宜采用螺栓連接。為了確保復(fù)雜裝配式鋼結(jié)構(gòu)的安全可靠、體系穩(wěn)定，節(jié)點(diǎn)連接需精確可靠。對(duì)于一些復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)連接形式往往較為復(fù)雜，采用二維圖紙難以快速使施工人員理解。通過BIM技術(shù)建立的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)模型，可以提高可視化與模擬性，如圖3所示，為保證拼裝時(shí)的節(jié)點(diǎn)精度對(duì)節(jié)點(diǎn)建模細(xì)致可靠。

2.4 裝配構(gòu)件進(jìn)行模擬裝配

裝配式施工是整個(gè)項(xiàng)目中最為復(fù)雜的階段，實(shí)際施工時(shí)還需要考慮工期、工序等問題。采用BIM技術(shù)中的Navisworks軟件可以進(jìn)行施工環(huán)境的4D模擬(見圖4)，將三維設(shè)計(jì)模型與時(shí)間關(guān)聯(lián)，清晰明確的表現(xiàn)出裝配構(gòu)件的工期安排[4]。

2.5 碰撞檢查

采用BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢查是二維設(shè)計(jì)圖紙所不具備的優(yōu)勢(shì)所在。表1為本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)部位于建筑、設(shè)備專業(yè)發(fā)生碰撞的部分位置統(tǒng)計(jì)；圖5為優(yōu)化前后的對(duì)比。

表1 部分碰撞位置統(tǒng)計(jì)

3 BIM軟件在裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不足

裝配式鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工流程如下：

設(shè)計(jì)院出具鋼結(jié)構(gòu)施工圖→鋼結(jié)構(gòu)廠家進(jìn)行深化設(shè)計(jì)→施工單位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)裝配。

現(xiàn)階段的BIM數(shù)據(jù)僅停留在設(shè)計(jì)階段，不能很好的與鋼結(jié)構(gòu)廠家進(jìn)行對(duì)接，鋼結(jié)構(gòu)廠家仍需通過二維設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，造成工作量的浪費(fèi)。施工單位也不能利用根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)廠家的深化模型進(jìn)行更細(xì)化的模擬裝配，使得BIM信息僅停留在設(shè)計(jì)階段。使用過程中應(yīng)制定統(tǒng)一的BIM參數(shù)，保證設(shè)計(jì)單位、鋼結(jié)構(gòu)深化單位與施工單位的信息流的通暢。

4 結(jié)語

本文以古生物化石館為例，探討了BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式鋼結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)流程。通過采用BIM技術(shù)，可以提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率以及加工精度，通過模擬裝配能夠在設(shè)計(jì)階段解決裝配過程中可能出現(xiàn)的問題?？梢暬Ｐ偷臉?gòu)建，還能夠更加形象直觀的指導(dǎo)施工進(jìn)程，減少施工過程中由于圖紙不清楚不清晰產(chǎn)生的問題，減少施工洽商以及變更造成的量單變化，總體上有利于裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展。