BIM技術(shù)在大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工管理中的應(yīng)用分析

卜學(xué)寶 張紅 杜傳金

摘? ? 要：隨著近年來我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增強(qiáng)，我國各行各業(yè)的發(fā)展水平都得到了顯著地提升，我國的建筑行業(yè)正是在這一社會(huì)背景之下飛速發(fā)展起來的。建筑行業(yè)的發(fā)展與人類的社會(huì)生活是息息相關(guān)、密不可分的，從隨處可見的大型公共建筑，例如體育場館、會(huì)展中心，再到日常生活所必須居民廣場、公共廁所等等，這些隨處可見的生活場地都可以視為基于建筑美學(xué)與施工技術(shù)相結(jié)合的藝術(shù)產(chǎn)物。一直以來，我國始終奉行著為人民服務(wù)的核心理念作為一切行動(dòng)的準(zhǔn)則，建筑行業(yè)也不例外，更是要以為人民提供更為便利、舒適的生活環(huán)境為主要目標(biāo)，建設(shè)更具有實(shí)用性、藝術(shù)性、技術(shù)性的建筑物。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);大跨度鋼結(jié)構(gòu);施工管理

1? 大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的研究現(xiàn)狀

自我國實(shí)行加大高等教育、素質(zhì)教育力度以來，各類高素質(zhì)人才豐富涌現(xiàn)，這些新鮮的血液注入了建筑行業(yè)，促進(jìn)了建筑理念的革新，也使得我國的建筑行業(yè)達(dá)到了一個(gè)前所未有的高度。近年來，新涌現(xiàn)的現(xiàn)代大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)雖然推行時(shí)間尚短，但是已經(jīng)得到了十分廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，為人類生活帶了諸多便利。例如深圳國際會(huì)展中心、哈爾濱體育會(huì)展中心、廈門國際會(huì)展中心等建筑，都是大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)在建筑行業(yè)中得到實(shí)際應(yīng)用的優(yōu)秀案例。除此以外，這種以鋼結(jié)構(gòu)建筑為核心建筑理念，各種大跨度、復(fù)雜空間形狀的鋼結(jié)構(gòu)建筑更是層出不窮，并且許多建筑物之中還在此基礎(chǔ)上衍生出了多種新型、局部受力復(fù)雜、制作難度大的鋼構(gòu)件，它們可以依據(jù)其鋼結(jié)構(gòu)的連接方式主要?jiǎng)澐譃榫W(wǎng)架式、網(wǎng)殼式、懸索式三種結(jié)構(gòu)。這三種鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)各有其獨(dú)特的優(yōu)勢性，且較傳統(tǒng)的建筑材料而言具備更良好的抗壓性與實(shí)用性。

2? 大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)

2.1? 空間跨度比較大且質(zhì)量嚴(yán)格

目前，空間鋼結(jié)構(gòu)朝著大跨度發(fā)展已經(jīng)成為了當(dāng)前的關(guān)鍵所在。其中在研究中需要注意到的一點(diǎn)是建筑空間是橫向拓展，可為建筑功能的豐富性奠定基礎(chǔ)，提供環(huán)境支撐。但是需額外注意的一點(diǎn)是結(jié)構(gòu)荷載也會(huì)增加，所以怎樣保證鋼結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量的安全性成為了關(guān)鍵所在。相關(guān)部門出臺(tái)了大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量審查標(biāo)準(zhǔn)，無論是施工設(shè)計(jì)流程還是鋼材選擇均給予了明確的說明，所以在施工過程中需要嚴(yán)格按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，保證建筑工程的有效性。

2.2? 結(jié)構(gòu)形式與功能呈現(xiàn)出多樣性

受到設(shè)計(jì)理念與施工技術(shù)等因素的影響，傳統(tǒng)模式下鋼結(jié)構(gòu)建筑形式和使用功能都比較單一。然而在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展下，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)不僅改變了傳統(tǒng)的缺陷與不足，并且也可以滿足人們的多種需求。比如鳥巢作為最具代表性的大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)，不僅是比賽場地，并且在奧運(yùn)會(huì)結(jié)束之后也可發(fā)揮出旅游、娛樂的良好作用。

2.3? 材料強(qiáng)度與厚度比較大

在跨度的不斷增加下，其結(jié)構(gòu)材料所受到的力學(xué)作用呈現(xiàn)出幾何增長的趨勢，這對(duì)材料力學(xué)性能提出了較高的要求。就目前而言，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足30m跨度下限的要求，需要朝著更大跨度不斷發(fā)展，并且為進(jìn)一步保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在材料選擇方面要盡可能選擇高強(qiáng)度的材料作為主體，并且材料還要具備一定的尺寸厚度，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物荷載的穩(wěn)定支撐。

3? BIM技術(shù)在工程中的應(yīng)用

3.1? BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

組裝式鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展前提是標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，其中包括標(biāo)準(zhǔn)化的建筑設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)造設(shè)計(jì)。在過去的設(shè)計(jì)中運(yùn)用了二維方式，如果在二維和實(shí)際的三維之間的信息傳達(dá)不通順的話，導(dǎo)致不同職責(zé)的員工間的銜接困難，銜接中會(huì)出現(xiàn)各種問題，以致于其工作的效率大大降低。例如，在通常的設(shè)計(jì)中，建筑設(shè)計(jì)、構(gòu)造設(shè)計(jì)、安裝設(shè)計(jì)的聯(lián)系性往往較差，施工中沖突的問題、開口部的磨損等未預(yù)約和預(yù)約位置有時(shí)會(huì)發(fā)生偏離。但是，如果使用BIM這一技術(shù)，可以把建筑、構(gòu)造、設(shè)置等分散的各個(gè)系統(tǒng)規(guī)整為一個(gè)整體的可視化模式。BIM技術(shù)采用的是三維建模軟件，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)BIM技術(shù)對(duì)建筑的構(gòu)造，排水等建立三維模型，從三維模型角度設(shè)計(jì)建筑圖紙，在各個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要運(yùn)用同一三維建筑模型。

組裝式鋼房中的各個(gè)元件分解成大小、形狀標(biāo)準(zhǔn)化和可自訂的元件，可以采用BIM技術(shù)。應(yīng)用BIM技術(shù)中的族群作用，需要制作各個(gè)元件的族群信息，并在建模中運(yùn)用這些信息，結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的結(jié)構(gòu)模式、加工方法及工程規(guī)范化可以做到指導(dǎo)工廠工人的加工效率。在建筑施工中，正確地運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)可以減少施工難度和風(fēng)險(xiǎn)，提高建筑施工的質(zhì)量和效率。BIM技術(shù)還可以為預(yù)制材料的模具設(shè)計(jì)提供三維形狀模型，從而形成預(yù)制材料的自動(dòng)生產(chǎn)線和自動(dòng)生產(chǎn)線縫合。

3.2? 施工模擬

BIM技術(shù)能夠通過技術(shù)模擬，對(duì)施工現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行模擬演示，確定最合理的施工方案。或者按照既定的施工方案，模擬出整個(gè)施工過程的各個(gè)細(xì)節(jié)，從而便于發(fā)現(xiàn)施工方案的不足，方便進(jìn)行修改。在施工階段，該裝配式鋼結(jié)構(gòu)高層住宅的BIM技術(shù)應(yīng)用主要包括進(jìn)行場地布置、施工模擬。

（1）場地布置。裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的施工特點(diǎn)是將構(gòu)件運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行組裝，如何合理放置建筑部品構(gòu)件是施工過程的重點(diǎn)。應(yīng)用BIM技術(shù)使用Revit可對(duì)模擬施工現(xiàn)場場地布置，完成對(duì)施工區(qū)、備料區(qū)、辦公區(qū)、宿舍區(qū)的布置。塔吊是裝配式建筑施工的關(guān)鍵，在對(duì)施工區(qū)進(jìn)行布置時(shí)，可對(duì)塔吊位置進(jìn)行布置，對(duì)比多個(gè)方案進(jìn)行優(yōu)化。

（2）施工模擬。施工組裝在裝配式建筑建造過程中擔(dān)任十分重要的角色，對(duì)于裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅而言，僅應(yīng)用傳統(tǒng)施工方法進(jìn)行施工組裝存在弊端，可能遇到一些問題。比如說消防管道等，當(dāng)反映在平面圖上時(shí)，往往存在很多交叉的地方，不能很好的反映其中的問題?？梢岳肂IM技術(shù)對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行模擬，根據(jù)實(shí)際情況，將二維的圖紙，轉(zhuǎn)化為三維的動(dòng)畫，從而發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，提前優(yōu)化施工方案和結(jié)構(gòu)布局，避免在施工過程中再對(duì)方案進(jìn)行修改，出現(xiàn)返工現(xiàn)象。利應(yīng)用BIM技術(shù)，可在Navis?works中進(jìn)行三維施工模擬，通過漫游模擬、施工動(dòng)畫等。

4? 工程實(shí)例應(yīng)用

4.1? 項(xiàng)目概況

擬建某博物館總建筑面積為5198.70m2，主要功能為展覽。建筑總高22.45m，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年。

4.2? 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，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。

4.3? 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。

5? 結(jié)束語

總的來說，伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展，BIM技術(shù)日趨成熟，不可否認(rèn)的是BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)工程中已經(jīng)取得了顯著的效果，在我國的應(yīng)用前景還是很可觀的，因此我們應(yīng)當(dāng)共同努力，不斷的去研究和實(shí)踐。

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