淺析鋼結(jié)構(gòu)工程中BIM的應(yīng)用

徐虎臣

摘要：鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)前被廣泛應(yīng)用于各類建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)制造具備制造業(yè)特點(diǎn)，它具有高強(qiáng)度、高環(huán)保及高效率的特點(diǎn)，是當(dāng)前比較熱門的一種新型工程要件。本文分析了BIM在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀，明確BIM現(xiàn)今的發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用狀況，指出目前存在的問(wèn)題及應(yīng)用BIM的必要性，最后給出BIM應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)工程中的建議。

Abstract： Steel structure is currently widely used in various types of construction projects. Steel structure manufacturing has the characteristics of manufacturing industry. It has the characteristics of high strength， high environmental protection and high efficiency. It is a new type of engineering element that is currently popular. This paper analyzes the current application status of BIM in steel structure engineering， clarifies the current development direction and research hotspots of BIM， combines the current status of steel structure application in China， points out the current problems and the necessity of applying BIM， and finally gives suggestions for BIM application in steel structure engineering

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu);BIM;應(yīng)用情況;建議

Key words： steel structure;BIM;application;suggestions

中圖分類號(hào)：TU391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）04-0230-02

0? 引言

新世紀(jì)下的建筑科學(xué)在不斷的發(fā)展，施工項(xiàng)目的相關(guān)管理軟件也被廣泛應(yīng)用于各類建筑施工中，這為建筑行業(yè)的項(xiàng)目順利開(kāi)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也更好的提升了企業(yè)的專業(yè)技術(shù)和工作效率。但目前大部分的軟件都是相互獨(dú)立存在的，互相之間的信息傳遞必須要經(jīng)過(guò)許多道程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以如何推進(jìn)建筑業(yè)的信息化管理仍然是我們當(dāng)前要思考的重要問(wèn)題。鋼結(jié)構(gòu)作為建筑行業(yè)中的重要結(jié)構(gòu)之一，對(duì)各類軟件的應(yīng)用也有很大的需求。鋼結(jié)構(gòu)具有很多其它材料不具備的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)被大量的應(yīng)用于橋梁建筑及大型公用設(shè)施建設(shè)中，但是當(dāng)前對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)科學(xué)應(yīng)用研究成果并不多，所以本文就如何加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)中BIM的應(yīng)用策略做詳細(xì)分析，這對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用具有一定的重要意義。

1? BIM在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM軟件是針對(duì)工程項(xiàng)目中結(jié)構(gòu)和建筑空間信息分析和設(shè)計(jì)的一個(gè)軟件，結(jié)構(gòu)工程師可以利用BIM軟件進(jìn)行項(xiàng)目的相關(guān)數(shù)據(jù)分析，然后根據(jù)分析的結(jié)果對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)也能將這個(gè)結(jié)果反饋到BIM軟件中。而LEED軟件是用來(lái)評(píng)價(jià)建筑項(xiàng)目的綠色指標(biāo)的，主要通過(guò)這個(gè)評(píng)價(jià)來(lái)降低項(xiàng)目環(huán)境的負(fù)面影響。隨著國(guó)家環(huán)保意識(shí)的不斷提高，對(duì)建筑業(yè)的綠色環(huán)保要求也越來(lái)越高，所以必須要利用一些綠色環(huán)保的建筑評(píng)價(jià)軟件來(lái)進(jìn)行建筑環(huán)保方面的設(shè)計(jì)與分析，而B(niǎo)IM軟件能更好的完成這些功能。

同時(shí)，在大跨度的橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也經(jīng)常用到BIM軟件，各橋梁設(shè)計(jì)單位之前的設(shè)計(jì)圖紙主要以傳統(tǒng)的二維圖紙為主，通過(guò)BIM軟件的推廣與應(yīng)用，已經(jīng)由三維模型逐步取代了二維圖紙模型，通過(guò)復(fù)雜的建模設(shè)計(jì)和優(yōu)化計(jì)算，將傳統(tǒng)的二維圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)槿S的可視化模型。在這個(gè)過(guò)程中，首先是定義零構(gòu)件的主要屬性，主要包含零構(gòu)件編號(hào)前綴、名稱、截面型材、材質(zhì)、等級(jí)（顏色）等主要屬性;其次是構(gòu)件單元?jiǎng)澐?，將組成構(gòu)件的各零件按主、次順序“焊接”形成構(gòu)件，最終形成整體模型。在BIM設(shè)計(jì)中，加工詳圖（零件圖、構(gòu)件圖、布置圖等）都是基于三維模型生成，圖紙中的零件編號(hào)、材質(zhì)信息、數(shù)量信息與建模過(guò)程中錄入的信息一致。

2? 鋼結(jié)構(gòu)工程的現(xiàn)狀

2.1 鋼結(jié)構(gòu)加工的過(guò)程需要完成的工作

鋼結(jié)構(gòu)加工包括合同計(jì)劃階段、加工圖繪制階段、進(jìn)度階段、材料采購(gòu)階段、質(zhì)量控制階段及工藝裝焊階段、表面處理階段、質(zhì)量檢測(cè)階段，最后為包裝運(yùn)輸階段。項(xiàng)目部要按照合同計(jì)劃中的相關(guān)規(guī)定和條款進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度，然后采購(gòu)部根據(jù)計(jì)劃采購(gòu)并檢測(cè)這些材料，生產(chǎn)部負(fù)責(zé)鋼結(jié)構(gòu)制作工藝選擇和技術(shù)方法方案等，主要包括放樣、切割、焊接等工藝，為了降低施工人員安裝和焊接的工作量，大部分承包商都選擇將鋼結(jié)構(gòu)部分構(gòu)件進(jìn)行組裝，然后集中運(yùn)輸，為了防止運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)的碰撞和侵蝕，要求對(duì)這些運(yùn)輸?shù)匿摻Y(jié)構(gòu)件進(jìn)行妥善包裝。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)施工任務(wù)

鋼結(jié)構(gòu)件在加工完成后，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)后再進(jìn)行組裝。此時(shí)要求管理人員先驗(yàn)收鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量和數(shù)量，檢查準(zhǔn)備應(yīng)用到的安裝工具，也要對(duì)混凝土的預(yù)埋錨固件進(jìn)行檢測(cè)的，全部達(dá)標(biāo)后才可以進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安裝。

2.3 參與方

對(duì)于建設(shè)工程而言，有著不同利益主體，他們各自承擔(dān)自己的任務(wù)和利益。為了能更好的優(yōu)化工程項(xiàng)目建設(shè)，各個(gè)利益主體需要協(xié)調(diào)各自在合作中的關(guān)系和協(xié)同機(jī)制，鋼結(jié)構(gòu)工程的參與方主要有：業(yè)主方、承包方、分包商等，其中業(yè)主方是工程建設(shè)投資者和招標(biāo)、監(jiān)理單位等;承包方主要包括施工單位或是總包機(jī)構(gòu)，主要負(fù)責(zé)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)安裝等工作;分包商負(fù)責(zé)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)。業(yè)主屬于工程項(xiàng)目的發(fā)起方，負(fù)責(zé)項(xiàng)目人員和工程管理的方方面面;業(yè)主對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)工程的管理主要負(fù)責(zé)與參與方的協(xié)商，以此來(lái)達(dá)到鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)的最優(yōu)化。

3? 鋼結(jié)構(gòu)工程面臨的問(wèn)題

3.1 鋼結(jié)構(gòu)工程的制造工藝復(fù)雜，設(shè)計(jì)中誤差率高

鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)主要是通過(guò)建筑設(shè)計(jì)要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，按照施工圖來(lái)加工和安裝鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以此來(lái)達(dá)成業(yè)主方、承包方及分包商的各種要求，使得最終設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出來(lái)的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件能夠滿足各方要求，達(dá)到實(shí)用和具有可操作性的目的。此時(shí)要求設(shè)計(jì)人員必須將構(gòu)件的各類特點(diǎn)與信息深度表達(dá)在圖紙上，包括構(gòu)件的材料、截面、形狀、重量、位置及焊縫等重要信息，要求繪圖必須簡(jiǎn)單明了易懂。

在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)中，鋼結(jié)構(gòu)制造企業(yè)的圖紙放樣是利用AutoCAD軟件進(jìn)行操作，會(huì)給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)極強(qiáng)的勞動(dòng)強(qiáng)度，工作效率低下。尤其是對(duì)于一些較為復(fù)雜的曲線、曲面的放樣，通過(guò)AutoCAD并不能達(dá)到要求，必須要結(jié)合三維放樣軟件才可以進(jìn)行。當(dāng)遇到深化設(shè)計(jì)需要修改時(shí)，對(duì)于設(shè)計(jì)人員的校對(duì)會(huì)有很大挑戰(zhàn)，因?yàn)橛写罅康男畔⑿枰貜?fù)修改，使設(shè)計(jì)人員的工作量不斷加大。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)工程大多周期短任務(wù)急

在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)組裝前，必須要將基礎(chǔ)工程提前完成，鋼結(jié)構(gòu)的制造周期必須與工地的基礎(chǔ)工程進(jìn)度緊密聯(lián)系，在制造商接到承包商的訂單時(shí)，必須要先保證完成鋼結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計(jì)，然后就是要有足夠的時(shí)間來(lái)制造鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，最后要完成運(yùn)輸工作。如果這一系列工作不能按時(shí)完成，會(huì)直接影響工地項(xiàng)目的工期計(jì)劃，一般鋼結(jié)構(gòu)制造的旺季為5-12月份，由于制造商的產(chǎn)能是固定的，所以必須要保障車間機(jī)構(gòu)的定期維護(hù)與保養(yǎng)，以此來(lái)保證鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的正常生產(chǎn)。對(duì)于部分工期較為緊張的項(xiàng)目，可能只給了幾個(gè)月的設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)間，針對(duì)這種情況，必須要求鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)加班來(lái)滿足生產(chǎn)需求。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量過(guò)大，現(xiàn)場(chǎng)安裝管理效率不高

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在生產(chǎn)期間對(duì)技術(shù)、管理的要求較高，同時(shí)也會(huì)受到很多因素的影響，例如氣候、施工環(huán)境等因素條件。由于這些影響因素具有一定的不確定性，例如天氣異常的時(shí)候必須停工或是修改設(shè)計(jì)方案，如果承包方的相關(guān)管理者不能及時(shí)與生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行溝通與信息確認(rèn)。同時(shí)，由于生產(chǎn)企業(yè)每次運(yùn)輸?shù)臉?gòu)件數(shù)量都較大，施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于構(gòu)件的數(shù)量確定主要通過(guò)人工方式進(jìn)行，會(huì)導(dǎo)致工作效率低下，出錯(cuò)效率高升。

4? 鋼結(jié)構(gòu)工程中BIM技術(shù)應(yīng)用的必要性

隨著B(niǎo)IM技術(shù)的不斷推進(jìn)與應(yīng)用，目前有部分企業(yè)開(kāi)始推行和使用BIM技術(shù)，但是由于與之搭配的軟件并不成熟，使得BIM建模后還需要利用CAD導(dǎo)出圖紙，才能為項(xiàng)目管理人員提供使用。這種不便利的操作不利于BIM技術(shù)的推廣理念，并不能真正提高設(shè)計(jì)效率。所以將BIM技術(shù)可以大量的應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制造流程中去，可以很好的提高其使得性。通過(guò)BIM技術(shù)能將復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行三維視覺(jué)效果顯現(xiàn)，能更好的自動(dòng)處理鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造過(guò)程中的大量信息，能有效提升現(xiàn)場(chǎng)管理問(wèn)題的效率。在鋼結(jié)構(gòu)制造過(guò)程中，作為分包商的生產(chǎn)企業(yè)主要負(fù)責(zé)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造工作，有時(shí)也會(huì)負(fù)責(zé)施工現(xiàn)場(chǎng)的安裝工作。在鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)過(guò)程中，深化設(shè)計(jì)和構(gòu)件制造這兩個(gè)環(huán)節(jié)是非常重要的，生產(chǎn)企業(yè)在承接鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)這個(gè)任務(wù)時(shí)，必須做好設(shè)計(jì)、信息傳遞這兩項(xiàng)工作，而后續(xù)的運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝也是基于設(shè)計(jì)和信息傳遞基礎(chǔ)上進(jìn)行的，所以說(shuō)鋼結(jié)構(gòu)工程的整體質(zhì)量完全取決于深化設(shè)計(jì)和加工制造的準(zhǔn)確性和高精度。所以，將BIM技術(shù)應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)過(guò)程中，有利于鋼結(jié)構(gòu)工程的準(zhǔn)確度和高精度提升。

5? 鋼結(jié)構(gòu)工程中BIM的應(yīng)用建議

5.1 第一階段的應(yīng)用

在第1個(gè)階段中的BIM技術(shù)主要用于鋼結(jié)構(gòu)的建模中，包括筑物理信息、構(gòu)件施工工藝以及項(xiàng)目管理信息等。主要是將傳統(tǒng)二維圖紙進(jìn)行三維模型的實(shí)體轉(zhuǎn)換，然后自動(dòng)輸出最終加工圖紙。在這個(gè)時(shí)期，鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)企業(yè)必須在建模前先確定構(gòu)件的各項(xiàng)詳細(xì)信息，然后根據(jù)生產(chǎn)要求，將構(gòu)件的BIM模型逐步完善至高精確階段。無(wú)論最終的BIM模型完善程度高低，生產(chǎn)部門都要按照這個(gè)模型來(lái)分析自己需要的詳細(xì)信息，此時(shí)的BIM狀態(tài)還是較為簡(jiǎn)單的，所以各個(gè)部門的溝通信息仍然較為不連貫，依然對(duì)原始的二維圖紙依賴較大。

5.2 第二階段的應(yīng)用

在這個(gè)階段的BIM技術(shù)應(yīng)用主要體現(xiàn)的是項(xiàng)目人員通過(guò)三維模型進(jìn)行合作的過(guò)程，這個(gè)合作模型會(huì)貫穿于鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的第一、二個(gè)階段，甚至是全部階段。如在招投標(biāo)階段中，鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)BIM模型進(jìn)行投標(biāo)競(jìng)爭(zhēng);制造階段中，鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)企業(yè)要通過(guò)BIM三維模型進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的制造實(shí)施全方位管理;安裝階段中，要求生產(chǎn)企業(yè)在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)組裝，在這個(gè)過(guò)程中，都離不開(kāi)BIM技術(shù)的全程參與，而且不同的模型也會(huì)伴隨不同的信息。

5.3 第三階段的應(yīng)用

這個(gè)階段的BIM技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)到了成熟的時(shí)期，該時(shí)期的BIM模型已經(jīng)具備信息豐富的特點(diǎn)，這個(gè)時(shí)期的協(xié)作需要始終貫穿于整個(gè)生產(chǎn)周期，在這種模式下，各利益參與方需要將利益分配及風(fēng)險(xiǎn)分配等關(guān)系進(jìn)行重新構(gòu)建，才能更好的保障多方利益。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹毅.BIM標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀及其發(fā)展[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（29）：256.

[2]劉獻(xiàn)偉，高洪剛，王續(xù)勝.施工領(lǐng)域BIM應(yīng)用價(jià)值和實(shí)施思路[J].施工技術(shù)，2012，41（22）：84-86.

[3]王裙.BIM理念及BIM軟件在建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用研究[J].成都：西南交通大學(xué)，2011.

[4]彭鵬.基于詳圖描述和建筑性能分析的BIM設(shè)計(jì)流程研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2010.

[5]王珺.BIM理念及BIM軟件在建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2011.

[6]周春波.BIM技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用研究[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，34（1）：51-54.