BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中的應(yīng)用

唐章穎

（云南監(jiān)協(xié)工程咨詢有限公司，云南 昆明 650034）

近幾年，國家與政府大力提倡建筑工業(yè)化，提出了重點發(fā)展裝配式建筑的發(fā)展戰(zhàn)略。所謂裝配式建筑，就是在建筑施工現(xiàn)場對預(yù)制構(gòu)件予以裝配的建筑模式。經(jīng)了解發(fā)現(xiàn)，裝配式建筑與我國鋼結(jié)構(gòu)體系，無論是生產(chǎn)還是建設(shè)的方法都十分相似。鋼結(jié)構(gòu)建筑中結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受力明確，且具備較高的工業(yè)化，能夠與裝配式建筑理念相互融合。在鋼結(jié)構(gòu)建筑中應(yīng)用BIM技術(shù)，能夠加強建筑體系中的規(guī)范性、系統(tǒng)性、集成性以及準確性。

1 BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中設(shè)計環(huán)節(jié)的具體應(yīng)用

1.1 基于BIM軟件的功能模擬

以往的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中，在設(shè)計規(guī)劃施工方案、圖紙時，通常由設(shè)計師依據(jù)業(yè)主所提出的各種要求，查閱并參考前期類似工程資料，最后畫出CAD圖紙（二維）與建筑物的渲染效果圖（三維），對業(yè)務(wù)予以展示。其中，三維的建筑物渲染效果圖是應(yīng)用3d Max、Photoshop等軟件制作的，無法充分呈現(xiàn)CAD圖紙中的二維信息。反觀二維的CAD設(shè)計方案，其并沒有對建筑工程進行完整、綜合的考量，因此所編制的設(shè)計方案無法充分滿足業(yè)主與建筑單位的需求。

而使用BIM軟件對裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑進行方案規(guī)劃設(shè)計時，設(shè)計師能夠構(gòu)建BIM輕量化模型（LOD200），并根據(jù)BIM軟件具有的可視化功能與動態(tài)漫游功能對設(shè)計方案展開分析。該行徑有助于設(shè)計師對建筑形態(tài)、空間設(shè)計進行合理調(diào)整，滿足業(yè)主所提要求。比如，可以應(yīng)用Autodesk Revit軟件，并通過該軟件中攜帶的第一人稱視覺模擬、動態(tài)漫游的性能，對裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)部構(gòu)造予以直觀的分析了解[1]。如果再結(jié)合VR技術(shù)，還可以讓設(shè)計人員體驗到在真正房間內(nèi)部的感受，即在DVS3D軟件中導(dǎo)入Revit模型，并通過VR眼鏡或VR投影儀模擬出現(xiàn)實中的房間，使用動態(tài)交互的方法，對裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑進行全面、綜合的觀察，如圖1所示。

圖1 BIM技術(shù)與VR技術(shù)結(jié)合

在設(shè)計方案逐步深入的過程中，需要對裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的樓板、龍骨隔墻等構(gòu)件信息予以記錄規(guī)劃，而BIM的建筑數(shù)據(jù)也在慢慢增加。設(shè)計師可通過BIM與該建筑工程中各大參與方對設(shè)計方案展開直接的溝通交流，加強設(shè)計的科學(xué)性與系統(tǒng)性。

當(dāng)設(shè)計方案步入深化環(huán)節(jié)，這時應(yīng)當(dāng)在專業(yè)分析軟件中導(dǎo)入BIM模型對其性能展開全方位的分析，如室外聲環(huán)境分析、室外風(fēng)環(huán)境分析與能耗分析等。其性能所分析的結(jié)果能夠使建筑設(shè)計師在充分滿足其功能、作用的基礎(chǔ)上，加強居民居住的舒適度、建筑的穩(wěn)定度、安全度、可靠度提供強大助力?，F(xiàn)階段，BIM技術(shù)在對建筑性能進行分析時所設(shè)計的階段、環(huán)節(jié)以及應(yīng)用軟件，如圖2所示。

圖2 基于BIM模型的建筑性能分析框架圖

1.2 通過BIM技術(shù)進行參數(shù)化設(shè)計

在BIM技術(shù)中，參數(shù)化設(shè)計是其所具備全部特征中的重點之一。通過BIM軟件中的參數(shù)化規(guī)則體系構(gòu)建模型，將陳舊的設(shè)計模式與設(shè)計思維予以創(chuàng)新改革。在建筑工程設(shè)計前需要對建筑方案進行深入分析探討，并對項目予以劃分，使其成為多個獨立、互通的單元板塊，并結(jié)合建筑工作的真實需求，對諸多板塊展開針對性的結(jié)合與改進，并規(guī)劃出多種作用的全新組合[2]。BIM模型中的每一個元素都是單個獨立的小體系，其元素主要體現(xiàn)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中的鋼梁、鋼柱、龍骨隔墻及門窗系統(tǒng)等。

2 BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中生產(chǎn)環(huán)節(jié)的具體應(yīng)用

2.1 統(tǒng)計材料、工程量

通過BIM模型中所含帶的材料信息，對建筑工程中需要的各種物料、零構(gòu)件的數(shù)目進行精確核算。將Revit中的明細表導(dǎo)出至Excel軟件中，并對這些構(gòu)件的大小、長短、形態(tài)、性質(zhì)進行匯總分析、規(guī)劃整理，極大減少了工作人員的工作量，同時實現(xiàn)了不同規(guī)格、厚度、材質(zhì)的零構(gòu)件共同大批量統(tǒng)計的目標(biāo)。此外，在Excel表格中輸入構(gòu)件的形狀、體積、數(shù)目及切割距離等數(shù)據(jù)信息，可自動得出每個原材料板的利用率與廢料的百分比、重量等數(shù)據(jù)。

2.2 三維模型指導(dǎo)加工

通過BIM軟件可以加快局部設(shè)計修改的速度，對建筑部品模型的數(shù)據(jù)信息予以更新優(yōu)化使其成為LOD400的部品模型。在生產(chǎn)、制作、加工建筑部品時，可以直接調(diào)取建筑部品模型的三維直觀圖與其相對應(yīng)的尺寸等數(shù)值。比如，對鋼結(jié)構(gòu)深入化設(shè)計是裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑工程中最為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，對此，可通過BIM模型對其設(shè)計內(nèi)容進行深入分析，使之成為鋼結(jié)構(gòu)加工圖紙與施工圖紙，借此使鋼構(gòu)件與生產(chǎn)制作、實際施工安裝環(huán)節(jié)的需求相符。此外，鋼結(jié)構(gòu)的加工圖紙及安裝圖紙與構(gòu)件的生產(chǎn)制作、組拼安裝都有直接關(guān)系，且與該建筑工程施工質(zhì)量、成本造價息息相關(guān)，因此在施工現(xiàn)場對鋼結(jié)構(gòu)進行安裝時，一定要嚴格根據(jù)圖紙拼裝。

在深化設(shè)計環(huán)節(jié)，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)模型等級在LOD400之上時，BIM軟件能夠?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)支撐體系中大批構(gòu)件相連之間的節(jié)點進行明確展示，如圖3所示。該情況可減去鋼構(gòu)件生產(chǎn)工廠中使用人力對節(jié)點進行描繪、統(tǒng)計的環(huán)節(jié)，從而使鋼構(gòu)件加工精確度與加工效率得到大幅度提升，同時也避免了人工所產(chǎn)生的誤差問題。只有使鋼結(jié)構(gòu)模型在構(gòu)建時具備準確性、專業(yè)性以及規(guī)范性，其所形成的構(gòu)件詳圖才能更加精確、科學(xué)，從而降低施工現(xiàn)場安裝時出現(xiàn)偏差的概率，節(jié)省工程成本。

圖3 三維加工圖

2.3 查詢構(gòu)件詳細信息

Revit軟件可以對工程圖紙進行劃分，包含施工裝配圖、后期施工圖、構(gòu)件生產(chǎn)加工圖等；Revit軟件還可以輸出含帶鋼構(gòu)件的形狀、尺寸、體積、性質(zhì)等信息數(shù)據(jù)的.nwc文件，并將該文件導(dǎo)出至Navisworks中，使其模擬施工流程，提前對施工設(shè)計方案進行驗證。鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的深化通過BIM技術(shù)完成，不僅大大節(jié)約了原材料，而且在對鋼結(jié)構(gòu)進行定位時，具有較強準確性與快捷性，同時安裝操作十分簡便，真正實現(xiàn)了降本增效的目標(biāo)。

在建設(shè)材料BIM數(shù)據(jù)庫時，可以BIM的材料管理體系為基本依據(jù)，令該工程每個參與單位都能夠?qū)ζ鋽?shù)據(jù)信息進行查閱、探析，有助于加強項目部對材料的管理能力與決策能力。若是裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)生了工程變更問題，BIM可以對其進行科學(xué)有效的動態(tài)保護，并能夠及時對出現(xiàn)變更的材料數(shù)目進行精準整理與計數(shù)，為部品物料的采買與生產(chǎn)加工提供了便利。

將BIM技術(shù)與RFID技術(shù)同時應(yīng)用于構(gòu)件出廠環(huán)節(jié)，能夠為建筑構(gòu)件的質(zhì)量、信息傳遞的完整性提供有力保障。利用BIM模型與相關(guān)機器設(shè)備對建筑部品設(shè)置相應(yīng)二維碼圖案，在輸送構(gòu)件環(huán)節(jié)與施工環(huán)節(jié)中掃描其二維碼，可以得到有關(guān)該構(gòu)件的一應(yīng)數(shù)據(jù)信息，為工作人員查詢部品信息提供了便利性。

3 BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中施工環(huán)節(jié)的具體應(yīng)用

3.1 基于BIM的4D應(yīng)用

在建立三維模型時，將進度相關(guān)信息予以添加，能夠?qū)⒉煌瑫r期中節(jié)點下模型的形態(tài)充分、直觀地反映出來，此為BIM中的4D模擬應(yīng)用。該應(yīng)用可以將眾多施工方案模擬出來，從而選出最為科學(xué)合理的方案，且能夠針對施工技術(shù)進行虛擬演練，便于提前控制與防范施工環(huán)節(jié)中可能會出現(xiàn)的問題與誤差。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑是將生產(chǎn)商加工的大批量建筑構(gòu)件在施工現(xiàn)場完成拼裝操作，其間要想使部品能夠順利如期裝配，防止各大流程之間出現(xiàn)碰撞，可選取4D模擬對建筑工程的施工進程實施虛擬建設(shè)，達到對其施工流程預(yù)先管控的目的。選擇建造裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑模型的4D模擬軟件時，可采用Navisworks軟件，其能夠根據(jù)標(biāo)準規(guī)定對Microsoft Project的進度與BIM模型予以自動關(guān)聯(lián)，同時還能夠通過其所攜帶的Timeliner板塊與進度規(guī)劃相關(guān)聯(lián)，進而令模型中的每一個部品構(gòu)件都有時間參數(shù)，并將三維模型與時間數(shù)據(jù)進行組合。

通過Revit軟件中的輸出板塊將.rvt格式的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑模型轉(zhuǎn)變?yōu)?nwc格式，并將該格式的模型在Navisworks軟件中打開，通過Timeliner功能板塊令其與進度規(guī)劃相關(guān)聯(lián)，再選取多個構(gòu)件集合使其與進度計劃對接，由此建造了4D模型，保證了進度計劃的可視性[3]。除此之外，由于BIM進度模型據(jù)具備可視化、多維化的特殊性質(zhì)，因此進度計劃工作人員能夠直接對施工時間節(jié)點進行觀察，從而使得進度計劃更加合理、更加科學(xué)。

由上述可知，將BIM模型和進度計劃相關(guān)聯(lián)，在4D模型中對時間、空間信息進行有效整合，提高了可視性，并能夠?qū)κ┕みM程與多個施工環(huán)節(jié)中有所關(guān)聯(lián)的點進行明確的描繪，同時使建筑工程施工中的動態(tài)項目得以充分體現(xiàn)。不僅如此，通過對4D進度模擬模型進行觀察，能夠及時察覺建筑工程在施工環(huán)節(jié)中的重難點，并對施工進程出現(xiàn)差異的原因進行分析探究，從而優(yōu)化完善施工組織，對施工設(shè)計方案進行合理調(diào)節(jié)。建筑工程的4D進度模擬可以直觀感受施工進度在空間中的展現(xiàn)，與早期的橫道圖進度計劃相比，該模型對進度計劃予以可視化的模擬，使得裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中管理階層人員能夠更加直接具體地對每個構(gòu)件的施工工序進行了解，并熟練掌控進度中的重要時間節(jié)點，對施工進度計劃予以優(yōu)化。除了能夠在Navisworks軟件中增加模型的規(guī)劃期限，基于BIM的4D進度管理還能增加真實時間參數(shù)，通過該軟件中Animator板塊將計劃數(shù)據(jù)與真實狀況進行對比，并將對比情況渲染成不同顏色，在模型上充分展示出兩者之間的差異，有助于管理人員對進度規(guī)劃進行合理有效調(diào)整。

3.2 利用BIM技術(shù)模擬施工方案

在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中對重要節(jié)點處進行施工模擬，主要是對建筑局部的施工流程進行仿實模擬，通常情況下都是在實際施工過程中有特定需求的位置。BIM模型能夠?qū)⒃撌┕す?jié)點的安裝順序通過動態(tài)方式展現(xiàn)出來，使該流程具備可視性。預(yù)先對重要施工環(huán)節(jié)的操作程序進行模擬，有助于優(yōu)化完善施工設(shè)計方案。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在具體施工時，鋼結(jié)構(gòu)的施工方案至關(guān)重要，其與該建筑工程的綜合質(zhì)量、穩(wěn)定程度與安全程度有著直接關(guān)系[4]。對其施工方案進行BIM技術(shù)模擬，能夠?qū)︿摌?gòu)件的安裝秩序是否合理科學(xué)進行審核，并分析機器設(shè)備的形式路線，通過對其動態(tài)模擬進行直接細致的觀察，能夠找出施工流程中重要節(jié)點，為鋼結(jié)構(gòu)得以順利安全有序的拼裝提供良好保障。

4 結(jié)束語

總而言之，目前的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在設(shè)計環(huán)節(jié)、施工技術(shù)、生產(chǎn)加工等階段依然有一些不足。然而BIM技術(shù)所具備的可視化、模擬化、協(xié)調(diào)化、統(tǒng)一化等諸多優(yōu)點，很好地彌補了裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的不足，使建筑工程質(zhì)量得到有效提升，同時也促進了裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的穩(wěn)定發(fā)展。