基于BIM技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)工程深化設(shè)計(jì)應(yīng)用探究

尉雪梅

（中冶（上海）鋼結(jié)構(gòu)科技有限公司，上海 201908）

自從工程師們擺脫了純手工的方式進(jìn)行手工計(jì)算與手工設(shè)計(jì)，CAD、BIM等技術(shù)就在建筑行業(yè)當(dāng)中流行開來(lái)。中國(guó)建筑業(yè)信息化率也在逐步提高，這其中由于CAD作為傳統(tǒng)平面組合設(shè)計(jì)，針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)與建筑設(shè)計(jì)發(fā)揮的效果并不理想。因此，基于BIM技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)工程深化設(shè)計(jì)逐漸在世界流行，成為建筑業(yè)信息化進(jìn)程的新秀，可以對(duì)施工時(shí)間、施工質(zhì)量和施工成本進(jìn)行管理，使工民建技術(shù)層次得以提高。獨(dú)立的信息板塊使各參與方無(wú)法有效進(jìn)行合作，而BIM技術(shù)最強(qiáng)大的功能就是實(shí)現(xiàn)信息的共享，這種以各種信息技術(shù)為基礎(chǔ)演變而來(lái)的多方信息共享技術(shù)是建筑行業(yè)發(fā)展至今對(duì)信息技術(shù)的必然需求。

1 基于BIM技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)工程深化設(shè)計(jì)應(yīng)用的歷史與現(xiàn)狀

1.1 BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM軟件的問世對(duì)建筑行業(yè)來(lái)說是一股熱潮，國(guó)內(nèi)外的很多研究機(jī)構(gòu)都把BIM技術(shù)當(dāng)作重點(diǎn)研究對(duì)象進(jìn)行深入探究。很多國(guó)家都掀起了BIM技術(shù)學(xué)習(xí)熱潮，BIM軟件也迅速的推廣開來(lái)并經(jīng)受住了實(shí)際的考驗(yàn)，得到了建筑市場(chǎng)的認(rèn)同。BIM技術(shù)起源于美國(guó)，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家的研究和應(yīng)用比較早也比較成熟，我國(guó)對(duì)BIM技術(shù)的研究開展的比較遲，目前也不是很成熟，在2008年奧運(yùn)會(huì)以及2010年上海世博會(huì)的推動(dòng)下BIM軟件在我國(guó)建筑市場(chǎng)得到重視。這之后，很多建筑企業(yè)都開始關(guān)注這項(xiàng)技術(shù)，也有不少企業(yè)將BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用作為重點(diǎn)發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。直到現(xiàn)在，我國(guó)將近70%的建筑企業(yè)都在建筑工程項(xiàng)目中使用了BIM軟件和技術(shù)。

我國(guó)在BIM技術(shù)上的研究也取得了不少的突破和進(jìn)展，國(guó)家也支持建筑行業(yè)進(jìn)行信息化推動(dòng)，重視BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的信息中起到的作用，BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越好。

1.2 BIM技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用的歷史

在過去很長(zhǎng)的一段時(shí)間當(dāng)中，BIM技術(shù)定義眾說紛紜，這實(shí)質(zhì)上是由于對(duì)BIM技術(shù)的使用途徑不同造成的。出于使用途徑不同，BIM技術(shù)實(shí)質(zhì)上是具有多種不同的定義。伴隨信息技術(shù)的發(fā)展，后由Fernbostan對(duì)BIM技術(shù)進(jìn)行專業(yè)的名詞定義。隨后伴隨revitBIM建模軟件的出現(xiàn)，BIM技術(shù)的應(yīng)用出現(xiàn)了翻天覆地的變化。由此，美國(guó)、歐洲各國(guó)、韓國(guó)、日本、英國(guó)紛紛以國(guó)家計(jì)劃的形式將BIM技術(shù)的應(yīng)用于本國(guó)的建筑行業(yè)當(dāng)中，至此一大批應(yīng)用了BIM技術(shù)的優(yōu)秀建筑作品涌現(xiàn)出來(lái)。而中國(guó)應(yīng)用BIM技術(shù)稍晚于其他國(guó)家，中國(guó)應(yīng)用BIM技術(shù)首先是在863計(jì)劃當(dāng)中為BIM技術(shù)設(shè)置相應(yīng)的表達(dá)與傳遞信息的標(biāo)準(zhǔn)，并在這一時(shí)期我國(guó)多所建筑院校設(shè)置了BIM技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)室開展相關(guān)的研究。同時(shí)，中國(guó)房地產(chǎn)協(xié)會(huì)分別在2010年、2011年出臺(tái)了中國(guó)當(dāng)前BIM技術(shù)的應(yīng)用研究報(bào)告。

1.3 基于BIM技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)工程深化設(shè)計(jì)應(yīng)用的意義

基于BIM技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)工程深化設(shè)計(jì)應(yīng)用的意義主要是在于提高信息的共享效率、實(shí)現(xiàn)了對(duì)項(xiàng)目全過程的管理與控制。BIM構(gòu)建的模型呈現(xiàn)三維立體性，具有可視化的優(yōu)點(diǎn)，能夠較好地對(duì)于不同構(gòu)件之間的互動(dòng)與反饋進(jìn)行模擬。同時(shí)，基于BIM技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)工程深化設(shè)計(jì)應(yīng)用能夠減少不同設(shè)計(jì)師所帶來(lái)的各個(gè)專業(yè)施工圖紙交叉問題，真正意義上在設(shè)計(jì)階段就不同專業(yè)之間相互碰撞檢測(cè)和專業(yè)協(xié)調(diào)做出貢獻(xiàn)，最大限度減少投資，提高項(xiàng)目的施工效率。

除此之外，基于BIM技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)工程深化設(shè)計(jì)應(yīng)用的高度模擬性更是貫穿于項(xiàng)目的全過程，包括項(xiàng)目的施工方案的制定、施工順序的優(yōu)化、進(jìn)度的管控、后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)和檢修、特殊情形下整體安全性評(píng)估等，這些都對(duì)項(xiàng)目的實(shí)施和運(yùn)維有著重要的意義。

2 鋼結(jié)構(gòu)工程的現(xiàn)狀和問題研究

2.1 鋼結(jié)構(gòu)工程的特點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)工程是當(dāng)前最為常見的建筑形式之一，這種建筑在結(jié)構(gòu)以及使用場(chǎng)所上具有較大的優(yōu)勢(shì)。因此，在近些年來(lái)關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)工程的研究層出不窮，而這其中最受到關(guān)注則是鋼結(jié)構(gòu)廠房。

鋼結(jié)構(gòu)廠房在結(jié)構(gòu)以及使用場(chǎng)所、建造時(shí)間上都具有顯著的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)廠房自身對(duì)于地基的要求較傳統(tǒng)的廠房建筑更低，更加能夠適用于不同的土地地質(zhì)條件。

地基深度

特點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)自重較輕，對(duì)地基的要求不高，地基深度比較淺，取土量比較少，成本較低。

框架結(jié)構(gòu)

特點(diǎn)：鋼材料具有比較強(qiáng)的抗拉伸能力和比較高的機(jī)械強(qiáng)度，同等荷載的情況下受到的破壞比混凝土結(jié)構(gòu)受到的破壞小，有比較好的抗震性能。

材料利用

特點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)建筑中使用的材料在改建時(shí)可以進(jìn)行重復(fù)使用，節(jié)約材料成本，產(chǎn)生的建筑垃圾也比較少，符合綠色環(huán)保建筑的理念鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用模塊化進(jìn)行組裝，組裝工作不復(fù)雜，工程量比較小，工期比較短。

空間利用率

特點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)建筑通常是單層建筑，不適合建設(shè)多層建筑，立體空間的利用率比較低，一定程度上造成了土地資源的浪費(fèi)鋼結(jié)構(gòu)建筑的耐火性很差，一旦發(fā)生火災(zāi)會(huì)造成比較嚴(yán)重的后果。

性能維護(hù)

特點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)建筑中使用的材料很容易被銹蝕，需要經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)而且維護(hù)成本比較高。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)工程改建的技術(shù)

鋼結(jié)構(gòu)廠房改建的最關(guān)鍵的問題是保枕設(shè)計(jì)結(jié)果能夠與廠房的實(shí)際需要相吻合，在改建中主要注意以下的事項(xiàng)：①成本廉價(jià)，鋼結(jié)構(gòu)廠房的改建投資并不是一蹴而就，它還是需要經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)以保證使用的安全性，就此設(shè)計(jì)人員應(yīng)保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上確保整體的質(zhì)量在預(yù)怵的設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)；②荷載量計(jì)算，鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要先計(jì)算各部分的荷載量，從而選取合適的鋼板材料，并且通過結(jié)構(gòu)的調(diào)整使內(nèi)力最大化；③加固結(jié)構(gòu)，中國(guó)本身幅員遼闊，部分地區(qū)的氣候環(huán)境較為惡劣，出于對(duì)抗惡劣化氣候與環(huán)境的考慮，鋼結(jié)構(gòu)廠房本身的加固使其中的重中之重，尤其是在鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)連接部位更是需要對(duì)此進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)確保整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；④性能維護(hù)，鋼結(jié)構(gòu)廠房不同于其他的建筑，其根本目的是用作廠房。它需要降低自身的維護(hù)費(fèi)用，這實(shí)質(zhì)上也就是要求了鋼結(jié)構(gòu)本身具備較強(qiáng)的抗腐蝕性能，這是設(shè)計(jì)師需要著重進(jìn)行考慮的要點(diǎn)之一。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)工程改建的問題

目前來(lái)說，鋼結(jié)構(gòu)工程改建需要著重考慮的問題如下：①鋼結(jié)構(gòu)廠房改建施工現(xiàn)場(chǎng)存在較多的不確定因素，導(dǎo)致無(wú)法保證現(xiàn)場(chǎng)的施工效率。例如惡劣的天氣狀況、人員不足等都可能對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)廠房的建設(shè)存在不利的影響；②建筑工程環(huán)節(jié)信息溝通效率較低，就當(dāng)前的鋼結(jié)構(gòu)工程改建來(lái)看，傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)工程改建中由于資料管理工作的弊端，極易出現(xiàn)紙質(zhì)文檔丟失的情況，造成鋼結(jié)構(gòu)工程改建的困難。

3 基于BIM技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)工程深化設(shè)計(jì)應(yīng)用

3.1 利用BIM技術(shù)構(gòu)建信息管理框架

建筑工程的信息管理工作是一個(gè)比較復(fù)雜的工作，因?yàn)樗灤┝苏麄€(gè)建筑工程，從設(shè)計(jì)到工程每一步施工，再到工程完結(jié)后的交接工作等，都需要進(jìn)行信息管理工作。但是目前大多的建筑企業(yè)在資料管理的工作方面成效不佳利用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑信息模型構(gòu)建，能夠有效解決這種問題，BIM技術(shù)改變傳統(tǒng)建造過程中工程各參與方依賴文本書面的交流形式，有利于所有參與方在整個(gè)建筑周期中相互合作，而信息的統(tǒng)一整合到平臺(tái)當(dāng)中，提高項(xiàng)目不同參與方的信息共享效率，也促使工程項(xiàng)目形成更加細(xì)致完善的管理形式。

3.2 BIM技術(shù)與鋼結(jié)構(gòu)施工應(yīng)用的價(jià)值優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)與鋼結(jié)構(gòu)施工應(yīng)用的價(jià)值優(yōu)勢(shì)主要在于能夠提高信息溝通的效率，同時(shí)，減少手工繪圖的誤差與時(shí)間。例如在鋼結(jié)構(gòu)整體的建設(shè)過程當(dāng)中穿插了不同的方面工程師，使整體的方案更加合理，減少了后期由于不合理施工所帶來(lái)的返工損失。而且通過BIM技術(shù)的應(yīng)用最大程度上使不熟悉鋼結(jié)構(gòu)廠房建設(shè)相關(guān)事宜的人也能夠在最短時(shí)間了解工程的進(jìn)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

BIM技術(shù)最強(qiáng)大的功能就是實(shí)現(xiàn)信息的共享，這種以各種信息技術(shù)為基礎(chǔ)演變而來(lái)的多方信息共享技術(shù)是建筑行業(yè)發(fā)展至今對(duì)信息技術(shù)的必然需求。自從工程師們擺脫了純手工的方式進(jìn)行手工計(jì)算與手工設(shè)計(jì)，中國(guó)建筑業(yè)信息化率也在逐步的提升，基于BIM技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)工程深化設(shè)計(jì)逐漸在世界流行，成為建筑業(yè)信息化進(jìn)程的新秀，可以對(duì)施工時(shí)間、施工質(zhì)量和施工成本進(jìn)行管理，使工民建技術(shù)層次得以提高。獨(dú)立的信息板塊使各參與方無(wú)法有效地進(jìn)行合作，從而切實(shí)提高了工民建工程的溝通效率。