BIM在鋼結(jié)構(gòu)施工和風(fēng)險管理中的技術(shù)應(yīng)用

劉 維

上海市工程建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司 上海 200433

近年來，鋼結(jié)構(gòu)已逐漸成為建筑領(lǐng)域廣為應(yīng)用的一種建筑結(jié)構(gòu)。雖然鋼結(jié)構(gòu)可以滿足當(dāng)代建筑施工的很多新要求，但其體量大與模型復(fù)雜的特點(diǎn)，對施工過程的管理提出了新的挑戰(zhàn)。隨著BIM技術(shù)的應(yīng)用，通過構(gòu)建3D模型，并將工程參數(shù)錄入計算機(jī)中，可以實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)管理數(shù)字化，為施工設(shè)計和過程管理提供有利的條件，提升鋼結(jié)構(gòu)施工期間的安全性。

1 BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工前的應(yīng)用

1）設(shè)計可視化，明確管理重點(diǎn)。BIM技術(shù)通過3D模型將鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計以立體模型的方式呈現(xiàn)出來，可以讓管理人員清楚地了解鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，發(fā)現(xiàn)工程各構(gòu)件間的聯(lián)系，熟悉關(guān)鍵隱蔽部位的情況，提前明確施工管理中的重點(diǎn)，便于在施工中更好地落實(shí)管理要求[1]。

2）模擬施工過程，優(yōu)化項目工期。鋼結(jié)構(gòu)項目包含的工藝與工序眾多，如采用傳統(tǒng)施工管理模式，很難提出滿足鋼結(jié)構(gòu)施工要求的最優(yōu)方案。BIM技術(shù)可以通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，根據(jù)使用需要優(yōu)化施工計劃，并以可視化的方式模擬施工過程，從而明確施工設(shè)計方案在工程中的效率與可行性，有效地縮短鋼結(jié)構(gòu)工程的工期[2]，提升鋼結(jié)構(gòu)管理工作效率與質(zhì)量[3]。

3）檢驗(yàn)?zāi)Ｐ秃侠硇?，降低返工風(fēng)險。鋼結(jié)構(gòu)工程的工序眾多，構(gòu)建好的BIM模型可以清楚地反映施工設(shè)計方案在工程中的應(yīng)用情況，通過自動計算判斷鋼結(jié)構(gòu)施工設(shè)計是否具有可行性，快速發(fā)現(xiàn)施工圖紙中不切實(shí)際的地方，提醒管理人員在施工前進(jìn)行修正，從而避免傳統(tǒng)模式中因圖紙存在問題而導(dǎo)致大量返工與設(shè)計變更的情況[4]。通過4D模擬試驗(yàn)排查施工期間可能出現(xiàn)的突發(fā)事故，分析應(yīng)急預(yù)案在應(yīng)對該類事故時是否合理有效，為施工管理提供更為可靠、安全的保障[5]。

4）優(yōu)化資源調(diào)配，提高施工效益。在鋼結(jié)構(gòu)施工管理中，BIM技術(shù)可以快速掌握工程資源持有量與分布情況，按照施工方案與施工各階段的管控要求，動態(tài)優(yōu)化施工現(xiàn)場的材料、工作人員與施工設(shè)備安排，提高施工資源調(diào)度的合理性。在提升鋼結(jié)構(gòu)施工效率同時，有效降低項目成本，讓施工單位從項目中獲得更多利潤[6]。

2 BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

1）信息綜合管理。鋼結(jié)構(gòu)項目作業(yè)體量龐大，在工程運(yùn)行期間會產(chǎn)生大量的信息，如使用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理方式，無法全面收集施工數(shù)據(jù)，難以為數(shù)據(jù)信息設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的管理體系。因此，在項目施工后期，在管理層面會出現(xiàn)很多問題，導(dǎo)致項目可能延期交付。BIM技術(shù)應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)施工中，可以在設(shè)定的流程下記錄工程數(shù)據(jù)，提高記錄信息內(nèi)容的可靠性與完整性，并將信息進(jìn)行分類處理。施工管理人員可以整理施工數(shù)據(jù)，同時對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)追蹤，對施工過程進(jìn)行無死角監(jiān)管[7]。BIM技術(shù)應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)施工中，可以幫助管理人員進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)工程現(xiàn)場管理工作。另外，應(yīng)用BIM技術(shù)可建立信息共享平臺，同時編制信息共享機(jī)制，按照工作流程采集、整理信息數(shù)據(jù)，防止誤用信息等情況出現(xiàn)。

2）實(shí)時施工管理。在鋼結(jié)構(gòu)工程中，為保證工程施工按照要求進(jìn)行，管理人員使用BIM技術(shù)輔助管理工作，可以掌握工程各階段的施工參數(shù)，通過BIM技術(shù)可以比對實(shí)際施工與設(shè)計存在的差距，發(fā)現(xiàn)雙方差距呈現(xiàn)增大趨勢時，快速查找問題原因并制定解決對策，提高施工方案的可操作性與合理性[8]。合理應(yīng)用BIM技術(shù)可以為管理人員提供有價值的參數(shù)，便于管理人員從宏觀上控制工程施工，對施工進(jìn)行動態(tài)跟蹤控制，及時發(fā)現(xiàn)并解決施工中出現(xiàn)的問題。保證各工序中不存在質(zhì)量問題后，方可進(jìn)入下道工序的施工。在鋼結(jié)構(gòu)施工成本管理期間，通過BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)共享，在三維模型中，掌握施工情況，按照項目建設(shè)信息與要求規(guī)劃項目管理工作，計算工程的物資與人力資源，從而合理、科學(xué)、高效地分配施工資源，將工程資源的損耗率降至最低。

3 案例分析

3.1 項目概述

某數(shù)據(jù)中心項目，工程所用的主要材質(zhì)為Q355B鋼材，總用鋼量約為1.9萬 t，結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)，平面尺寸南北向?qū)?05 m、東西向長206 m，結(jié)構(gòu)柱為箱形截面，結(jié)構(gòu)梁為箱形和H形截面，組合樓板類型為閉口型壓型鋼板。工程中需使用高強(qiáng)螺栓約25萬套、樓板栓釘約50萬套。

3.2 風(fēng)險因素與防控對策

3.2.1 圖紙深化

本工程中的工程圖紙版本多（結(jié)構(gòu)4個、幕墻3個、機(jī)電支架2個，變更2次），圖紙深化的次數(shù)也多。深化過程等待確認(rèn)時間長，有效深化的周期短。工程構(gòu)件總數(shù)達(dá)50萬件，深化構(gòu)件零件數(shù)量龐大，增加了施工作業(yè)難度。結(jié)構(gòu)存在降板多、節(jié)點(diǎn)復(fù)雜等問題，致使圖紙深化復(fù)雜、煩瑣，大大影響了生產(chǎn)時間。

針對上述風(fēng)險隱患，在圖紙深化階段，面對特殊問題，及時調(diào)整工作思路，合理調(diào)度人員，通過BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)分析，決定提前進(jìn)行備料工作，同步推進(jìn)備料工作與深化出圖，由此可以縮短備料工作的周期，同時快速開展生產(chǎn)加工工作，充分提高了該環(huán)節(jié)的工作效率。在圖紙設(shè)計期間，與設(shè)計院建立了基于BIM協(xié)同平臺的溝通渠道，確保各環(huán)節(jié)工作溝通可以無縫連接。

3.2.2 大梁施工

大梁選擇加工廠分段制作，增加預(yù)埋、支撐體系，分段加工的構(gòu)件運(yùn)至現(xiàn)場后進(jìn)行支撐，然后吊運(yùn)至高空進(jìn)行組裝。該施工方法增加了工作難度。另外，構(gòu)件的進(jìn)場順序、支撐安裝及卸載是大梁施工的難點(diǎn)，需要在施工過程中隨時關(guān)注吊裝的安全監(jiān)控、驗(yàn)收等工作。

大梁施工存在一定的難度，會增加工程延期交付的風(fēng)險，通過BIM技術(shù)分析吊裝工況，驗(yàn)算支撐體系的承載力，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)制定施工方案，同時嚴(yán)格按照方案開展工作、約束施工行為。

現(xiàn)場吊裝管控需要在技術(shù)交底后進(jìn)行，嚴(yán)格按照方案交底、施工。鋼梁預(yù)起拱在設(shè)計要求下進(jìn)行，在施工各階段檢測實(shí)際變形結(jié)果，按照施工要求進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。按照方案開展工作，在焊接固定后進(jìn)行整體卸載工作。最后，以影像資料形式記錄需要保留的大梁安裝過程的施工數(shù)據(jù)。

3.2.3 高空作業(yè)

現(xiàn)場作業(yè)點(diǎn)多面廣，同時在工程中有大量高空安裝與吊裝作業(yè)，增大了安全管理的工作難度。

針對上述隱患，施工單位在工程啟動前，按照安全生產(chǎn)手冊建立鋼結(jié)構(gòu)安全防護(hù)體系，體系內(nèi)容較成熟，根據(jù)BIM模擬情況優(yōu)化并確定項目施工流程與各工序工作內(nèi)容，從而保證工作人員可以按照安全防護(hù)體系工作，在安全防護(hù)措施下，為工作人員構(gòu)建安全的工作環(huán)境。為了保證施工現(xiàn)場的安全性，現(xiàn)場安全管理人員需要具備相關(guān)的資格證書和豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，可以應(yīng)對現(xiàn)場突發(fā)狀況。在施工過程中，安全管理人員需要對全過程進(jìn)行安全監(jiān)督。另外，在施工前確定現(xiàn)場各管理人員的崗位職責(zé)，并定期進(jìn)行安全教育，宣貫職責(zé)，讓現(xiàn)場管理人員逐漸形成安全管理的意識，發(fā)揮職責(zé)作用，完成安全管理工作。

3.3 BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)項目實(shí)施中的應(yīng)用

1）準(zhǔn)備階段。管理人員在鋼結(jié)構(gòu)項目啟動后，使用BIM技術(shù)比對備選方案，從施工技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全與進(jìn)度等方面進(jìn)行權(quán)衡，從中選擇性價比、安全度最高的方案。通過BIM技術(shù)可視化功能，可以在輸入方案后，看到關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)施工的立體模型，從而更加直觀地掌握項目數(shù)據(jù)，為方案比對提供了便捷的條件。另外，在BIM技術(shù)構(gòu)建的模型下，可以發(fā)現(xiàn)各方案存在的風(fēng)險隱患，憑借可視化模型快速制定操作性高的解決預(yù)案，確保施工安全。

2）設(shè)計階段。使用BIM技術(shù)可以直觀展示建筑設(shè)計方案，通過立體模型清楚地展示建筑主體情況、管理模型與電氣系統(tǒng)模型，并對設(shè)計模型進(jìn)行深層次的分析。結(jié)合模型，快速發(fā)現(xiàn)并解決方案中存在的問題，以降低設(shè)計工作的難度，便于設(shè)計人員分析方案，提高設(shè)計方案內(nèi)容的合理性，將干預(yù)因素對施工造成的影響降至最低。

3）施工階段。設(shè)計方、委托方、施工方、監(jiān)理方可以通過BIM技術(shù)掌握項目的進(jìn)行情況，定期圍繞鋼結(jié)構(gòu)施工開展研討會，及時提出施工中存在的問題，各方討論并提出解決問題的意見。BIM技術(shù)構(gòu)建的信息平臺，也為各部門人員交流提供了便利，管理人員可以掌握工程進(jìn)度情況，從而提高施工管理水平，保證工程按照計劃推進(jìn)，且可以有效地控制工程成本。

4 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)具有體量大、模型復(fù)雜、施工難度較大、危險性較高的特點(diǎn)，對施工進(jìn)度、成本與安全管理均提出了不小的挑戰(zhàn)。鋼結(jié)構(gòu)項目管理人員在施工中選擇BIM技術(shù)，利用該技術(shù)可視化等優(yōu)點(diǎn)，模擬施工過程、優(yōu)化設(shè)計方案，對施工進(jìn)行全過程監(jiān)管，挖掘BIM技術(shù)在施工管理中的最大價值，應(yīng)用BIM技術(shù)開展動態(tài)建模、信息管理與施工管理等工作，為各工序工作的開展提供良好的基礎(chǔ)，從而及時發(fā)現(xiàn)施工中的風(fēng)險并給出專項應(yīng)對方案，強(qiáng)化鋼結(jié)構(gòu)施工風(fēng)險管理能力。

合理應(yīng)用BIM技術(shù)，成為施工單位高效、安全開展鋼結(jié)構(gòu)施工的最佳工具，為保證項目在工期內(nèi)完工、達(dá)到業(yè)主的要求提供了有力保障。