BIM技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的應(yīng)用

王凱 郁永星 王帥

摘要：鋼結(jié)構(gòu)工程是以鋼材為預(yù)制構(gòu)件原料，在施工現(xiàn)場采用特定連接方式，將構(gòu)件拼裝連接起來，這種結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、力學(xué)性能好且可再次利用，具有良好的環(huán)保性能。因此，在現(xiàn)代建筑施工中，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。而在其施工中，BIM技術(shù)運(yùn)用具有良好的技術(shù)性，進(jìn)一步深化設(shè)計、優(yōu)化管理，保證工程的建設(shè)效益。本文主要就BIM技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的應(yīng)用進(jìn)行分析探討，充分利用該技術(shù)，促進(jìn)施工效率和質(zhì)量的提升。

Abstract： Steel structure engineering uses steel as the raw material of prefabricated components. The joints are assembled and connected at the construction site. This structure is light in weight， high in strength， good in mechanical properties and reusable， and has good environmental performance. Therefore， in modern building construction， the application of steel structures is quite extensive. In its construction， the use of BIM technology has a good technical， further deepen the design， optimize management， and ensure the construction efficiency of the project. This paper mainly analyzes and discusses the application of BIM technology in the construction process of building steel structure， making full use of this technology to promote the improvement of construction efficiency and quality.

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);建筑鋼結(jié)構(gòu);施工過程;應(yīng)用;價值

Key words： BIM technology;building steel structure;construction process;application;value

中圖分類號：TU17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）25-0237-03

0? 引言

在建筑行業(yè)發(fā)展中，科技的發(fā)展也可為其提供重要支持，將兩者結(jié)合對于建筑行業(yè)的發(fā)展是具有積極意義的，可以更好地保障其施工質(zhì)量。當(dāng)前，在建筑施工中，鋼結(jié)構(gòu)工程相當(dāng)重要，對建筑工程的建設(shè)質(zhì)量也有很大影響，是建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。在其施工中，通過對BIM技術(shù)的應(yīng)用，在設(shè)計、施工等環(huán)節(jié)都可發(fā)揮較大價值，保證工程的建設(shè)效率和品質(zhì)，可使企業(yè)更具競爭力。

1? BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)也被稱之為三維建模技術(shù)，這種技術(shù)軟件的應(yīng)用廣泛，其自身應(yīng)用要比信息模型軟件平臺更多，實(shí)現(xiàn)界面可視化，從而錄入各個部件間的基本信息，經(jīng)過軟件處理、統(tǒng)計，將數(shù)據(jù)提供給設(shè)計人員和施工方，可以減少施工中的失誤，使施工順利進(jìn)行。該技術(shù)具有如圖1所示特性。

在鋼結(jié)構(gòu)工程施工中，應(yīng)用BIM技術(shù)主要對設(shè)計進(jìn)行深化，并指導(dǎo)后期的制作和安裝工作，通過構(gòu)建起三維模型，組合各個模型中的信息，可以得到詳細(xì)的工程設(shè)計圖以及精準(zhǔn)的模型，其中的內(nèi)容和數(shù)據(jù)更新也可實(shí)時更新，保證了出圖的效率、報表精度。

具體在鋼結(jié)構(gòu)工程中，BIM技術(shù)的運(yùn)用具有以下三方面作用：第一，構(gòu)建起建筑工程的三維模型，對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行碰撞檢測，分析其構(gòu)件安裝和整體能耗，來優(yōu)化設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)工程，使設(shè)計更具合理性和可靠性;第二，實(shí)現(xiàn)施工信息的共享，利用BIM技術(shù)建立起B(yǎng)IM平臺，可以共享不同專業(yè)信息，由于信息流通得以加強(qiáng)，因此可以高效傳遞其中的各項數(shù)據(jù)和信息，及時優(yōu)化更改施工流程，保證施工管理成效;第三，對鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制件進(jìn)行優(yōu)化，在具體的鋼結(jié)構(gòu)施工中，預(yù)制件發(fā)揮著顯著作用，要保障其質(zhì)量就要利用BIM技術(shù)進(jìn)行信息共享，在企業(yè)獲取到足夠的預(yù)制件信息基礎(chǔ)上，來進(jìn)行其構(gòu)件生產(chǎn)，提高項目施工效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

2? 鋼結(jié)構(gòu)BIM的建立

通常情況下，要制作鋼結(jié)構(gòu)，要先建立起鋼結(jié)構(gòu)BIM模型，通過3D實(shí)體建模對設(shè)計進(jìn)一步深化。該過程就是利用電腦進(jìn)行預(yù)拼裝，將所有的桿件和節(jié)點(diǎn)連接等信息，都通過三維實(shí)體模型進(jìn)入鋼結(jié)構(gòu)整體模型中，該三維模型與之后的建造建筑一致。然后利用三視圖原理投影生成布置圖和構(gòu)件圖等加工詳圖，查找設(shè)計中不合理的地方進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。在其設(shè)計深化中主要有四個階段，各個階段都需要校對人員參與實(shí)施控制，經(jīng)過審核之后才可出圖，然后進(jìn)行下階段工作。

在第一個階段，就是根據(jù)其施工圖，建立起軸線布置、搭建桿件的實(shí)體模型，導(dǎo)入AutoCAD中單線布置，并對其校核、檢查，確保兩套軟件中導(dǎo)出的設(shè)計數(shù)據(jù)吻合，提高構(gòu)件定位、拼裝精確度。創(chuàng)建軸線系統(tǒng)，并選擇工程中使用的截面類型和相關(guān)幾何參數(shù)，建立起整體的三維實(shí)體模型，并對其進(jìn)行編輯。

第二個階段，就是根據(jù)工程設(shè)計圖紙，安裝和處理模型中的桿件連接、構(gòu)造和加工安裝工藝等，建立起整體模型后裝配其中的各個節(jié)點(diǎn)，根據(jù)工程制作調(diào)價、現(xiàn)場拼裝和土建條件等，采取合適的裝配方案。

第三個階段，就是對搭建起來的模型執(zhí)行碰撞校核，審核人員對其進(jìn)行整體校核和審查。裝配完成各個連接節(jié)點(diǎn)后，運(yùn)用BIM技術(shù)中的碰撞校核功能，來校核其中各項細(xì)微碰撞，檢查其設(shè)計、建模中存在的誤差。系統(tǒng)可以將各項碰撞情況自動列出，設(shè)計人員核實(shí)也更加方便，然后對模型進(jìn)行更正，在多次執(zhí)行校核后將樣圖設(shè)計誤差有效消除。

第四個階段就是在3D實(shí)體模型的設(shè)計基礎(chǔ)上，最終出圖。BIM建模軟件的圖紙功能，可以自動產(chǎn)出圖紙并對其進(jìn)行調(diào)整，以及產(chǎn)生加工和安裝的輔助數(shù)據(jù)等，比如材料清單和油漆面積等。完成節(jié)點(diǎn)裝配工作后，按照設(shè)計準(zhǔn)則中編號原則，來對構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)等編號。然后產(chǎn)生布置圖和構(gòu)件圖等，根據(jù)設(shè)計準(zhǔn)則進(jìn)行圖紙修改，包括圖紙的類別、大小和比例等。這些加工詳圖是利用三視圖原理投影和剖圖來生成深化圖紙的，在桿件模型上直接投影即可產(chǎn)生桿件長度、斷面尺寸和桿件的相交角度等。從理論上來講，其生成的鋼結(jié)構(gòu)深化圖不存在誤差，其精度比較理想。最后統(tǒng)計用鋼量等資料，按照構(gòu)件類別、材質(zhì)等進(jìn)行排序整理，輸出其數(shù)量和表面積等信息，便于后續(xù)施工的順利進(jìn)行。

3? BIM技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的應(yīng)用

3.1 鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制作中的應(yīng)用

當(dāng)下，信息技術(shù)、自動化技術(shù)發(fā)展迅猛，數(shù)字化加工和生產(chǎn)管理逐漸取代傳統(tǒng)手工加工技術(shù)、人為生產(chǎn)組織。應(yīng)用BIM技術(shù)，可以使鋼結(jié)構(gòu)的加工制造更加簡單，BIM模型可以輸出相關(guān)信息，不僅可以快速生成加工清單和工藝路徑，在數(shù)控切割和油漆噴涂等工藝中也可發(fā)揮積極作用。BIM技術(shù)的應(yīng)用有助于建立起數(shù)字化的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，改變了以往指令需層層下達(dá)反饋的狀態(tài)，其生產(chǎn)協(xié)同信息平臺具有一體化、扁平化特性，可以將加工指令信息有序下達(dá)到工位，在加工工序完成后及時反饋信息到平臺。其數(shù)字化生產(chǎn)管理系統(tǒng)，可以提高標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，將相關(guān)文件清單導(dǎo)入而生成初步加工清單。

生產(chǎn)組織的重要基礎(chǔ)，就是工藝流程的規(guī)劃，需要熟悉相關(guān)設(shè)備和工藝技術(shù)的人員，根據(jù)工藝流程等編制設(shè)定各結(jié)構(gòu)形式工藝流程，合理配置其各個流程的參數(shù)，并優(yōu)先指定其使用設(shè)備，便于選定其工藝路徑。完成各項生產(chǎn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備后，系統(tǒng)中指揮人員發(fā)揮生產(chǎn)指令，系統(tǒng)會自動匹配零件清單與生產(chǎn)流程，結(jié)合車間工位、設(shè)備負(fù)載反饋信息等，將指令快速下達(dá)到系統(tǒng)指定工位、終端計算機(jī)，然后各工位開始進(jìn)行加工。倉庫人員可根據(jù)生產(chǎn)計劃，得到使用的材料信息，事先準(zhǔn)備好使用的材料。

在各項生產(chǎn)流程指定工位、設(shè)備旁，會設(shè)置計算機(jī)控制臺，以及時獲得流轉(zhuǎn)過來的待加工指令。生產(chǎn)人員可在計算機(jī)上操作，選擇構(gòu)件和運(yùn)行狀態(tài)，同時系統(tǒng)可以將其過程狀態(tài)及時記錄，便于管理人員對生產(chǎn)情況確切掌握，及時進(jìn)行合理調(diào)整。

以異形板材加工為例，在其切割和鉆孔等加工中，需要加入套料凍脹使其利用率得以提高。具體可采用一些自動套料排版軟件，批量轉(zhuǎn)入BIM輸出的多個NC文件，其數(shù)據(jù)輸入的效率高、準(zhǔn)確性好。在得到NC文件零件信息后，根據(jù)鋼板的厚度和材質(zhì)，將輸入零件進(jìn)行自動套料分類，完成作業(yè)文件后，按下執(zhí)行按鈕，即可完成零件的套料加工。

3.2 施工階段應(yīng)用

在鋼結(jié)構(gòu)施工中，項目的成本控制、施工質(zhì)量和施工進(jìn)度等方面都還存在一些問題，由于工程的變更而引發(fā)造價波動，或者其安裝工藝使用不當(dāng)會導(dǎo)致工程延期等，以及由于安全意識薄弱，而導(dǎo)致安全事故的發(fā)生等。這些問題都不利于保證工程建設(shè)效率和質(zhì)量安全。

應(yīng)用BIM技術(shù)，通過參與管理其3D模型中構(gòu)件，并關(guān)聯(lián)3D模型和時間軸，然后進(jìn)行4D模擬施工，并模擬其施工場地布置等，從而實(shí)現(xiàn)施工前對施工計劃的審查確保安裝工藝的合理性，避免工序間出現(xiàn)沖突，以及埋下安全隱患等，及時糾正存在偏差，才能更好地確保施工目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

利用BIM 新品庫、軟件插件，可以二次開發(fā)更高效、智能建模。在4D模型基礎(chǔ)上，對具體施工進(jìn)行模擬，并綜合各專業(yè)完成碰撞檢查，對施工中的重點(diǎn)部分可以模擬，從而優(yōu)化項目施工方案。并且應(yīng)用BIM技術(shù)可以模擬建筑節(jié)點(diǎn)構(gòu)造模型，對其進(jìn)行精準(zhǔn)展現(xiàn)，促進(jìn)設(shè)計質(zhì)量提升，減少了工程變更則其施工效率也可有效提高。在實(shí)際施工中，其信息流轉(zhuǎn)中可以利用模型進(jìn)行計劃制定，信息共享效率提升，更高效指導(dǎo)施工現(xiàn)場。不僅保證了工程施工質(zhì)量、進(jìn)度和成本，且提升了管理水平。

在施工中，利用BIM平臺可以對施工成本變化和施工質(zhì)量等，進(jìn)行實(shí)時跟蹤，并將具體信息錄入3D模型與原計劃進(jìn)行對比，及時調(diào)整施工計劃等，確保工程按時按質(zhì)完成。并且數(shù)據(jù)模型的更新是動態(tài)的，可以跟進(jìn)部分完工工程的驗(yàn)收，各方可及時追蹤項目建設(shè)情況，并且進(jìn)行溝通交流來確保其成本目標(biāo)和安全目標(biāo)等的實(shí)現(xiàn)。

3.3 運(yùn)用階段BIM技術(shù)應(yīng)用

在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程全生命周期中，運(yùn)營階段的周期最長，且該階段也需要花費(fèi)更大的成本。在傳統(tǒng)建筑運(yùn)營維護(hù)中，是根據(jù)其圖紙由人工進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并與表格中設(shè)備系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)合來監(jiān)控工程建設(shè)情況的。這種方式直觀性較差，且無法保證其時效性，在傳輸數(shù)據(jù)的過程中也容易發(fā)生丟失等情況。而利用BIM技術(shù)，可以保證設(shè)計階段、施工階段中各項數(shù)據(jù)資料在傳輸?shù)竭\(yùn)維階段中的完整性、全面性，建立起項目全生命周期檔案，其中的數(shù)據(jù)可以實(shí)時、動態(tài)更新，對于運(yùn)維管理來說，保證了管理質(zhì)量和效率。

當(dāng)前，對BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程運(yùn)維管理中的應(yīng)用研究較少，雖然對其應(yīng)用功能，當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用中存在問題等有一定的認(rèn)知，但在其空間管理、物業(yè)管理和能耗管理方面的研究還存在一定程度缺失。但在一些大型項目中，建筑鋼結(jié)構(gòu)工程在運(yùn)維管理階段，對BIM技術(shù)進(jìn)行高效應(yīng)用，可以借鑒相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。比如北京鳳凰傳媒中心，在其運(yùn)維階段就進(jìn)行了FM調(diào)度與分析的強(qiáng)大信息模型，其總面積達(dá)到6.5萬平方米，采用的是非線性型體，項目團(tuán)隊也采用新的工作方法來建設(shè)。應(yīng)用BIM技術(shù)減少了施工風(fēng)險、提高了施工效率，在其運(yùn)維計算創(chuàng)建其信息模型，可以進(jìn)行FM調(diào)度與分析，其中的FM數(shù)據(jù)要素包括安?？刂坪湍芎牡?，將其在信息模型中得以整合，工程竣工后交付業(yè)主，提升了其運(yùn)維管理成效。

4? 結(jié)束語

在現(xiàn)代建筑中，鋼結(jié)構(gòu)建筑是重要的結(jié)構(gòu)類型，這種建筑的穩(wěn)定性良好、資源消耗少、耐久性強(qiáng)。在其設(shè)計、施工和運(yùn)維等各個階段，要合理運(yùn)用BIM技術(shù)，使其價值充分發(fā)揮，通過碰撞檢查和構(gòu)件制作控制等，提升其施工效率，保證施工質(zhì)量安全，達(dá)到工程效益目標(biāo)，推動鋼結(jié)構(gòu)工程進(jìn)一步發(fā)展。

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